摘要：汽輪發(fā)電機組容量的不斷增加，對其聯(lián)軸器的連接螺 栓提出了更高的要求。新型的錐形套液力連接螺栓憑著其獨特的工作原理和先進的性能得到 了日益廣泛的應(yīng)用。以ALSTOM公司出產(chǎn)的T2A-330汽輪發(fā)電機組的錐形套連接螺栓為例，對 該類型螺栓進行了較為系統(tǒng)的介紹。
關(guān)鍵詞：錐形套；連接螺栓；汽輪發(fā)電機組；應(yīng)用
1 T2A-330機組聯(lián)軸器介紹
ALSTOM 產(chǎn)T2A-330汽輪發(fā)電機組軸系布置為：高壓轉(zhuǎn)子-中壓轉(zhuǎn)子-低壓轉(zhuǎn)子-發(fā)電機 轉(zhuǎn)子。各轉(zhuǎn)子均為實心整鍛件，三個聯(lián)軸器均為剛性連接。聯(lián)軸器螺栓數(shù)量分別為：14（高 /中）；12（中/低）；10（低/發(fā)）。所有連接螺栓均為液力拉伸雙頭螺栓，隨機配有專用 的拉伸裝置。其原始長度在出廠前都經(jīng)過嚴格測量，精度為0.01 mm，用電腐蝕工藝寫在每 顆螺栓的端部。裝配時通過調(diào)整拉伸裝置液壓缸的壓力，控制其伸長量，手動旋緊螺帽即可 ，最后對螺桿長度進行測量，確認其拉伸量無誤后結(jié)束操作。拆卸時也是使用拉伸裝置將螺 桿拉長，以消除螺帽承受的應(yīng)力后，將處于自由狀態(tài)的螺帽松開，之后泄掉油壓，完成拆卸 。在軸系中負荷最大處的低壓缸/發(fā)電機對輪處的螺栓采用了特殊的錐形套，帶錐形套的螺 栓無論是在結(jié)構(gòu)、原理以及施工工藝上都有其獨特之處。
2 結(jié)構(gòu)特點
這種螺栓相比常規(guī)的液力拉伸螺栓有以下幾點不同：
1) 在螺桿的兩端均加工有完全一樣的錐形螺紋。
2) 兩端的螺帽外形尺寸一致，但其中一側(cè)的螺帽端面加工有3個軸向通孔，每個通孔由M 8的螺孔和ø6的光孔兩部分組成。
3) 在螺桿外表面和聯(lián)軸器的螺孔內(nèi)表面之間有一個錐度為1∶100的C形的開口套，該開口槽 道在自然狀態(tài)下寬約10 mm。
4) 在錐形開口套與帶M8螺孔的螺母之間有一個間距套。
3 工作原理
在正確裝配狀態(tài)下，螺桿的伸長量為0.38～0.44 mm，對應(yīng)的緊固力為：61 850～70 09 7 kgf。可以推知整個聯(lián)軸器對輪接觸面之間的正壓力為618 500～700 970 kgf。
就工作原理而言，與普通螺栓不同的是，錐形套及其附件的作用。
3.1 實現(xiàn)無間隙配合
錐形套附件包括間距套、6鎖緊銷釘以及M8鎖緊螺釘。在裝配過程中，均勻地旋緊鎖 緊螺釘，可以推動銷釘和間距套向錐形套方向移動，進而推動錐形套朝其薄壁端的楔形空間 移動。由于錐形套內(nèi)表面已經(jīng)被螺桿的配合段限位，錐形配合面會將間距套施加的軸向力轉(zhuǎn) 化為放大了100倍，方向垂直與其內(nèi)表面的正壓力，并最終作用在對輪螺孔的內(nèi)表面，以實 現(xiàn)螺桿、錐形套、對輪三者緊密結(jié)合。該過程類似于緊固膨脹螺栓。
由于該聯(lián)軸器螺栓孔在機組安裝過程中經(jīng)過嚴格的配鉸，故理論上正確的裝配工藝完全 能夠確保將聯(lián)軸器恢復(fù)到配絞時的狀態(tài)。從這種意義上，可以認為聯(lián)軸器連接螺栓的裝配是 對聯(lián)軸器找中心結(jié)果的一個自動修正過程，而不會在連接過程中產(chǎn)生任何附加的曲柄效應(yīng)。 某臺機組連續(xù)3次大修資料的曲柄測試記錄可以清楚地說明這一點。
第一次檢修記錄：最大曲柄出現(xiàn)在4 號與5號之間及對側(cè)，汽機側(cè)對輪在4號與5號之間正 向0.015 mm。
第二次檢修記錄：最大曲柄出現(xiàn)在3號～8號處，汽機側(cè)對輪在3號正向0.02 mm。
第三次檢修記錄 ：最大曲柄出現(xiàn)在4號～9號處，汽機側(cè)對輪在4號處正向0.02 mm。
可見，數(shù)次操作所產(chǎn)生最大曲柄值出現(xiàn)的范圍和數(shù)值波動的范圍都極其有限，這正是錐形 套定位作用的體現(xiàn)。因此，錐形套采用的意義在于自動修正聯(lián)軸器找中心后的軸系狀況。
3.2 限制螺桿應(yīng)力釋放
與常規(guī)的無錐形套的連接螺栓相比，錐形套的加入，使螺桿的受力情況變得較為復(fù)雜： 旋緊鎖緊螺釘，將錐形套壓進螺桿和螺栓孔之間的楔形空間后，就應(yīng)力分布而言，將整個螺 桿以間距套/錐形套的結(jié)合面為界分成了兩部分：左端的拉應(yīng)力由帶鎖緊孔的螺帽和錐形套 保持；右端的拉應(yīng)力由錐形套和不帶鎖緊孔的螺帽保持；故從理論上講，拆卸（或松開）間 距套側(cè)螺帽能完全釋放該側(cè)的螺桿拉應(yīng)力；拆卸（或松開）錐形套側(cè)螺帽后，也將導致該側(cè) 拉引力釋放，但隨著拉應(yīng)力的釋放，螺桿收縮，配合段的徑向回彈增大，錐形套對螺桿配合 段的表面正壓力將限制其進一步收縮以釋放拉應(yīng)力。
可見錐形套增加了螺桿應(yīng)力釋放的限制條件，客觀上對于運行中的聯(lián)軸器起到了螺栓防 松動的積極作用，同時也將導致檢修中的解體工作進一步復(fù)雜化。
4 拆裝工藝
4.1 液力拉伸裝置
液力拉伸螺栓的拆裝離不開液力拉伸裝置，該裝置一般由手搖油泵、液壓缸、拉伸頭、 槽口操作扳手及手柄組成。
手搖油泵產(chǎn)生的壓力油通過液壓缸上的油管接頭進入油缸內(nèi)部，驅(qū)動活塞膨脹，并通過 拉伸頭將拉伸力傳遞到螺桿，實現(xiàn)螺桿的拉伸。操作扳手右端的槽口與螺帽端面的槽口配合 ，當油壓升至預(yù)定值后，就可操作手柄將螺帽旋動。底部墊圈為保持架提供一個平整的支持 平面。
在充分認識了其結(jié)構(gòu)特點和工作原理之后，就不難理解錐形套液力拉伸螺栓的拆裝工藝 了。
4.2 裝配工藝
4.2.1 準備工作
1）聯(lián)軸器中心找正工作結(jié)束，滿足規(guī)程要求：端面張口≤0.02 mm，外園偏差0.04 mm。
2）螺桿的自由長度測量記錄。
3）仔細清掃對輪螺孔內(nèi)、螺栓的各個零件并晾干表面的清洗油。
4）為每個螺栓準備3顆M8的臨時用的螺釘，規(guī)格同原件。
4.2.2 就位
1）將錐形套套在各自的螺桿上，并穿入對應(yīng)的對輪螺孔中，并調(diào)整錐形套的開口面朝轉(zhuǎn)子 的軸線。
由于錐形套的開口使得螺栓的質(zhì)量分部出現(xiàn)圓周方向不均，這樣做可以防止聯(lián)軸器出現(xiàn)質(zhì) 量不平衡。
2）輕輕用手將帶鎖緊孔的螺母旋緊。這樣做是為了確保螺桿/錐形套之間以及錐形套/對 輪螺孔之間能夠接觸。
3）就位對側(cè)的螺母。
4）就位鎖緊銷及臨時鎖緊螺釘。
4.2.3 緊固
總體順序同常規(guī)的緊固方法，在手動盤車裝置的配合下，對稱進行。
1）組裝拉伸裝置于間距套的對側(cè)。
2）就中拉伸：拉伸油壓為最終拉伸壓力的50％，均勻緊固臨時鎖緊螺釘（并不操作手柄 旋動螺帽），將錐形套沿軸向壓緊后泄掉油壓。
3）初步拉伸：再次以50％最終拉伸壓力進行拉伸，旋緊螺帽后泄壓。
4）最終拉伸：將油壓提升到100％拉伸壓力，旋緊螺帽及臨時鎖緊螺釘，之后泄壓并拆除拉 伸裝置。
5) 檢查拉伸量：實踐證明，只要嚴格控制拉伸油壓，螺栓的生產(chǎn)量均能滿足要求，如果 出現(xiàn)較大偏差，可以松開螺帽后，調(diào)整壓力，重新操作。
6） 更換臨時鎖緊螺釘并涂抹適當?shù)逆i固膠。
4.3 拆卸工藝
從螺栓結(jié)構(gòu)上可以看到整根螺桿的拉伸量被錐形套/間距套的結(jié)合面沿軸向分為兩部分， 錐形套側(cè)的伸長量約占總伸長的2/3，故拆卸螺栓應(yīng)考慮先從錐形套側(cè)的螺母入手。
1）就位拉伸裝置于間距套對側(cè)的螺母上，拆卸螺母。提升油壓直至螺母松動（拆卸油壓一般略高于裝配油壓），在保持油壓的情況下在松開 螺母一圈以上，擰松并退出鎖緊螺釘，之后泄掉油壓。
2）檢查螺桿是否松動。如果在機組運行過程中，螺桿/錐形套/螺孔之間的徑向正壓力 減小或消失，拆卸間距套對側(cè)的螺母很可能導致整根螺桿的內(nèi)應(yīng)力釋放而松動。如果松動， 就取下間距套側(cè)的螺母、螺桿等完成拆卸工作。
3）如果螺桿/錐形套/螺孔之間的徑向正壓力依然保持在較高水平，拆卸間距套對側(cè)的螺 母只能部分釋放錐形套側(cè)螺桿的拉應(yīng)力。而且隨著應(yīng)力的釋放，螺桿收縮，徑向正壓力對其 產(chǎn)生限位作用，將其壓得更緊導致拉應(yīng)力無法進一步釋放。
此時需要通過拉伸間距套側(cè)的螺桿來釋放該段的拉應(yīng)力：在該側(cè)組裝拉伸裝置，提升油 壓以松開間距套側(cè)的螺母。在松開雙側(cè)螺母的情況下，一般適當敲打便可輕松取下。
4）如果螺桿仍然無法松動，需要在螺桿與錐形套之間施加一個軸向的內(nèi)力將二者分離。
可以取下間距套和帶鎖緊孔的螺帽就位于錐形套的薄壁側(cè)，并組裝好鎖緊銷及鎖緊螺釘 ，通過緊固鎖緊螺釘將錐形套與螺桿分離，完成拆卸過程。為安全起見，應(yīng)將螺桿的另一段 旋上螺母，防止錐形套彈出傷人。
4.4 裝配中典型的操作誤區(qū)
1）隨意選擇拉伸方向。如果選擇間距套側(cè)進行拉伸，在拉伸過程中一旦將錐形套脹 緊后 ，錐形套側(cè)的螺桿便被限位無法繼續(xù)拉伸，此后繼續(xù)施加的拉力將由間距套側(cè)的螺桿單獨承 受，無法達到規(guī)定的拉伸量。極端情況下，當錐形套脹緊時，無鎖緊孔的螺帽尚未緊貼對輪 沉孔平面，所有拉伸力均有間距套側(cè)的螺桿承受，此時螺桿的伸長量最小（約為0.12～0.15 mm），且拉伸完成后，錐形套側(cè)的螺帽仍然為松動狀態(tài)。
2）省略就中拉伸步驟。無法保證裝配后的螺桿與螺孔同心，將導致聯(lián)軸器部分的質(zhì)量分 部難以控制，同時也無法實現(xiàn)聯(lián)軸器曲柄的自動校正，沒有發(fā)揮出錐形套的功能。
3）最終拉伸后沒有及時擰緊鎖緊螺釘。在高速旋轉(zhuǎn)的軸系中，錐形套在螺孔內(nèi)的任何位 移都是危及安全的隱患。
5 結(jié)論
錐形套液力連接螺栓具有液力連接螺栓的一般特點：緊固力的大小由調(diào)整活塞油壓可以很 精確地控制，可以保證整個聯(lián)軸器的總壓力和壓力分布的均勻；無間隙配合更是其獨到之處 ，可以對聯(lián)軸器中心找正結(jié)果自動修正，確保安裝精度。其優(yōu)越的性能特點，使得它在大容 量的汽輪發(fā)電機組上得到了日益廣泛的應(yīng)用。同時其特殊的結(jié)構(gòu)也決定了拆裝工藝的特殊性 ，只有按照正確的工藝施工，才能充分發(fā)揮其長處，實現(xiàn)其應(yīng)有的功能，避免不必要的損壞。
