汽轮机汽缸螺栓紧固浅议

汽轮机汽缸螺栓紧固浅议

孙健 钱伟

（海南核电有限公司 海南省昌江县）

摘要：介绍了汽轮机螺栓紧固的要求、螺栓紧固的顺序，对比了热紧螺栓加热技术中电阻加热和感应加热的优劣，提出了操作过程的注意要点。

关键词：螺栓加热 气缸中分面 汽轮机

1. 概述

汽轮机汽缸中分面的螺栓要求很高的预紧力，一般可通过下述方法达到。1)冷态拧紧是在冷态时，对螺栓施加相当大的机械力。目前，一般采用液压拧紧。2)热态拧紧，就是加热螺栓，松解汽缸法兰螺栓时对螺栓进行加热，螺栓伸长至螺母与法兰面分离、消除预紧力后旋松螺母；拧紧螺栓时对螺栓进行加热，螺栓伸长后将螺母旋拧到预定位置，冷却后获得足够的预紧力。

2. 螺栓紧固要求

对于汽轮机螺栓直径不小于M52的螺栓，采用冷紧的方法不能达到设计要求的扭矩，一般采用热紧方法，热紧螺栓在热紧前必须先进行冷紧。1) 螺栓紧固后需保证汽轮机在运行周期内结合面的严密性，中分面不能出现漏汽缺陷。2) 紧固顺序、紧固方法及紧固力矩应符合制造厂技术文件的规定。3) 螺栓紧固前需涂抹防咬合剂，防止螺栓咬死。4) 螺栓预紧力应尽量均匀，防止出现部分螺栓预紧力过大导致的螺栓损坏或汽缸变形。

螺栓冷紧目的是消除由汽缸自重引起的结合面间隙，并将结合面上的汽缸密封脂挤压至一定厚度，给螺栓热紧准确的基准。运行时间少于5年的汽缸结合面间隙一般都是由汽缸自重产生的自然垂弧引起的，而运行时间较长的汽轮机汽缸存在一定的永久变形，冷紧螺栓时还要考虑汽缸变形引起的结合面间隙，冷紧力矩要相应加大。在汽缸变形不大的情况下，可用加大冷紧力矩的方法，冷紧可采用呆扳手、电动、气动或油压扳手冷紧。

3. 螺栓紧固的顺序

螺栓冷紧的顺序应该是从汽缸中间位置开始向前面后端部同时依次紧固，而且左右两侧必须同时进行，螺栓紧固顺序如图1所示。

图 1 汽轮机汽缸螺栓紧固示意图

一般情况下，汽缸中间位置也就是汽缸结合面间隙和变形最大的位置，如果变形不在中间部位，则应先紧固汽缸间隙和变形最大部位的螺栓，然后从汽缸中间位置按顺序进行紧固。当汽缸变形较严重时，冷紧扭矩已经达到设定值，但是汽缸结合面间隙仍没有完全消除，此时先不要急于加大冷紧力矩，应继续使用原有力矩循环紧固各螺栓。如果间隙还无法消除，需要增加紧固螺栓数量消除间隙，如果还是无法消除，就需要根据具体情况适当加大冷紧力矩，但数值不能过大，必须在螺栓运行的应力范围内。在确定热紧弧长时，要统筹考虑加大冷紧力矩值。用力矩扳手冷紧螺栓时要注意扳手找正，螺栓中心线与扳手中心线必须重合，而且支点要牢固。不允许使用大锤敲击的方法撞击，冲击力大小难以掌握，使螺栓的冷紧值难以控制，而且螺纹承受很大的冲击载荷，容易发生裂纹，也会使螺纹至高温下产生塑性变形或拉出毛刺造成咬合和损坏。冷紧后的汽缸水平剖分面应严密贴合，汽缸前后轴封处不得有错口现象。

4. 螺栓加热方式

螺栓加热方式分为电阻加热和感应加热两种方式，电阻加热是指利用电流通过电阻加热棒产生的热效应对螺栓进行加热；感应加热就是通过向感应加热棒内通入交流电，在螺栓体内产生交变磁场形成电涡流生热后，螺纹体温度提升的过程。相对电阻加热，感应加热加热时间更短、螺栓受热更均匀、螺纹等不需要加热的部位不会被过度加热，提高了螺栓拆装效率、降低了螺栓伤损率。

加热螺栓时，需选择合适的规格的加热器及加热棒，根据螺栓的材质、规格型号等确定螺栓加热功率，选择合适的加热器，加热器要求功率输出平稳可调节，可供多套加热棒同时加热。根据螺栓加热孔的直径及螺栓的长度确定加热棒的直径、有效加热长度及安装位置，同时要防止加热棒直接与加热孔内壁接触导致螺栓局部过热。

图2 加热棒有效发热段在螺栓孔内相对位置示意图

比较于采用电加热棒方式，采用感应式螺栓加热的优点是明显的：

（1） 电加热棒自身通过直流或交流电而发热，再通过辐射方式把热量传递到螺栓本体，这样的热效率非常低下；感应加热本身就是非接触性加热，直接在螺栓内孔表面产生涡流磁场，进而让螺栓发热，这样的能源效率得到了成倍的提高。

（2） 电加热棒受自身材料限制，单棒功率在几个千瓦，而感应式加热机输出功率没有理论上的上限，可以输出几十千瓦甚至更多，这样可以大大提高螺栓加热时间。

（3）感应式加热机很容易实现温控式加热，通过在螺栓外露固定部分黏贴热电偶再连接到电源中，可以在线显示螺栓的温度实时值，也可以以该温度点为控制点，进行恒温控制。

（4）电加热棒一般只有几十个小时的使用寿命，而感应枪几乎是没有寿命指标的，一般可相同于发电机组的使用寿命。

5. 结语

目前国内核电厂主要采用电阻加热器对螺栓进行加热，由于无法实时监测螺栓内部温度，加热紧固和拆卸过程存在加热功率、温差及温升等控制标准不明确、操作随意性大、加热时间过长等问题，导致螺纹变形、螺母咬扣、紧力下降、中分面漏汽甚至螺栓失效，进而耽搁检修工期，降低了汽缸的运行寿命和汽轮机内效率。采用新型的高频感应加热螺栓方式加热效率更高，可 以大大提高螺栓加热时间。实际工作中，各电站在进行大直径螺栓的松开、紧固过程时，电热器的加热时间通常在30-60分钟左右，一直以来是缩短工期的最大障碍。高频感应加热器可大功率输入热能，加热时间缩短至10分钟以内，缩短了检修工期，提高了经济效益。

参考文献

[1] 姜土林. 感应加热原理与应用[M]. 天津科技翻译出版公司, 1993.

[2] 张正山. 工业汽轮机汽缸螺栓的紧固[J]. 中国高新技术企业, 2010, 000(016):35-37.