汽輪機(jī)的大型可靠螺栓連接件

周珩磊

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱150046）

1 引言

對(duì)于利用剪切力鎖緊的剛性聯(lián)軸節(jié)來(lái)說(shuō)，兩個(gè)聯(lián)軸節(jié)半部依靠它們與驅(qū)動(dòng)件的表面接觸來(lái)傳遞扭矩，這時(shí)驅(qū)動(dòng)件本身承受的是剪切力。

根據(jù)剪切式聯(lián)軸的承載能力，在聯(lián)軸節(jié)和驅(qū)動(dòng)件之間的接觸壓力與驅(qū)動(dòng)件的剪切載荷同等重要。通常，聯(lián)軸節(jié)的尺寸都是根據(jù)剪切載荷予以確定。相當(dāng)高的接觸壓力僅通過(guò)經(jīng)驗(yàn)所得的安全系數(shù)予以考慮。如果在設(shè)計(jì)階段通過(guò)分析來(lái)計(jì)算表面壓力，則可以明顯提高聯(lián)軸節(jié)的承載能力，從而減小所取用的安全系數(shù)。在實(shí)踐中，采用多頂緊螺栓緊固件可獲得較高的承載能力。

2 擰緊和松卸的問(wèn)題

在擰緊高扭矩傳遞的聯(lián)軸節(jié)連接件時(shí)，聯(lián)軸節(jié)螺栓的擰緊和松卸是最大的問(wèn)題。

在擰緊聯(lián)軸節(jié)螺栓時(shí)，人們總是試圖獲得盡可能高的預(yù)載荷，以便把兩個(gè)聯(lián)軸節(jié)半部固緊在一起。由于傳遞的扭矩大，而且隨著技術(shù)的完善還會(huì)增大，就需要采用大直徑的螺栓。但是，大直徑的螺栓難以擰緊。目前常用的擰緊方法如下：

（1）力矩?cái)Q緊法。采用力矩?cái)Q緊法時(shí)，先把螺母套在螺栓上，然后按照規(guī)定的力矩予以擰緊。由于力矩的增大與螺紋直徑的三次方成比例，這種擰緊法很快就達(dá)到了極限。當(dāng)螺紋直徑達(dá)到M24或更大，單靠人力已無(wú)法保證可靠地?cái)Q緊聯(lián)軸節(jié)螺栓，必須改用機(jī)械工具、氣動(dòng)工具或液壓工具。而這些工具通常都較笨重、昂貴，并需要較大的操作空間。

（2）機(jī)械擰緊法。機(jī)械擰緊法可能比較理想，因?yàn)檫@時(shí)螺栓和連接法蘭同時(shí)被預(yù)緊，在理論上螺栓可以達(dá)到最大拉伸量。

（3）多頂緊螺栓緊固件。多頂緊螺栓緊固件能精確達(dá)到目的，也就是說(shuō)，利用較小的螺栓連接件可以獲得同樣的預(yù)載荷，從而使連接系統(tǒng)更緊湊、剛性更好、更經(jīng)濟(jì)。因此，采用機(jī)械式多頂緊螺栓緊固件是一種理想的解決方法。這時(shí)所要求的操作空間較小，用簡(jiǎn)單的機(jī)械工具就可擰緊,材料可得到最佳利用，而且拆卸時(shí)毫無(wú)困難。

3 多頂緊螺栓介紹

（1）結(jié)構(gòu)。有一個(gè)螺母本體，與標(biāo)準(zhǔn)緊固件一樣被擰緊在連接螺栓上。在螺母的主螺紋四周有若干個(gè)小的頂緊螺栓。連接面的緊密性不是依靠主螺紋的擰緊，而是依靠這些小的頂緊螺栓來(lái)實(shí)現(xiàn)。每個(gè)頂緊螺栓產(chǎn)生一個(gè)小的壓緊力，但加起來(lái)就成為了很大的預(yù)載荷。

（2）擰緊。采用多頂緊螺栓時(shí)，主螺紋在載荷下不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，只需把所有小的頂緊螺栓擰緊就可。擰緊小尺寸頂緊螺栓所需的力僅僅是擰緊主螺紋所需力的一小部分，因?yàn)閿Q緊力矩與螺紋直徑的三次方成比例。

相對(duì)于大螺紋來(lái)說(shuō)，小螺紋較容易處理，而且能較精確地?cái)Q緊。利用普通的力矩扳手獲得的預(yù)載荷誤差為±10%，通過(guò)同時(shí)測(cè)量螺栓的延伸率，就能獲得精確的預(yù)載荷。

（3）拆卸。小直徑螺栓的拆卸比大直徑螺栓容易得多，但要注意，必須使各頂緊螺栓逐步減少載荷。如果使頂緊螺栓一個(gè)接著一個(gè)完全卸載，則整個(gè)載荷將落到其余螺栓上，這一點(diǎn)在具體操作時(shí)很容易被疏忽。此外，利用專(zhuān)門(mén)的松卸程序時(shí)，即使多頂緊螺栓緊固件過(guò)載，也能無(wú)損地松卸。通常，可以先把一個(gè)頂緊螺栓完全松開(kāi)，重新上潤(rùn)滑劑后，再用比原來(lái)高10%的力矩重新擰緊。這時(shí)，相鄰的各頂緊螺栓就變得松動(dòng)。用這種方法可以在很短的時(shí)間內(nèi)松卸多頂緊螺栓緊固件，而不會(huì)產(chǎn)生其它問(wèn)題。

（4）優(yōu)點(diǎn)。多頂緊螺栓緊固件不僅在擰緊和松卸方面比標(biāo)準(zhǔn)緊固件優(yōu)越，而且在運(yùn)行方面也具有很大的優(yōu)越性。因?yàn)樗_(dá)到的預(yù)載荷可以在盡可能長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持不變。載荷的不均勻、螺紋的塑化和變形等，只需要通過(guò)緊固件的高彈性就能予以控制。預(yù)載荷能保持更長(zhǎng)的時(shí)間，使連接面保持可靠的緊密性。所以，其載荷的分布要比傳統(tǒng)的緊固件更為均勻。

由于載荷分布均勻，延長(zhǎng)了螺栓的使用壽命，因?yàn)檩d荷集中程度較低，降低了出現(xiàn)裂紋的危險(xiǎn)。對(duì)8.8級(jí)M42螺栓連接系統(tǒng)的疲勞試驗(yàn)證明，多頂緊螺栓緊固件的使用壽命為傳統(tǒng)緊固件的2.5～4倍。

4 結(jié)語(yǔ)

大型聯(lián)軸節(jié)的螺栓連接件在運(yùn)行時(shí)常常出現(xiàn)問(wèn)題。利用摩擦型聯(lián)軸節(jié)無(wú)法傳遞所需的力矩，因?yàn)闊o(wú)法達(dá)到或無(wú)法保持所需的軸向預(yù)載荷。采用正向（持續(xù)）鎖緊的聯(lián)軸節(jié)，又會(huì)在聯(lián)軸節(jié)法蘭之間承受負(fù)荷時(shí)發(fā)生位移，導(dǎo)致聯(lián)軸節(jié)螺栓的變形，以及松卸時(shí)的磨損。在檢修時(shí)往往必須更換聯(lián)軸節(jié)螺栓，成本較高，而且還需要修復(fù)聯(lián)軸節(jié)法蘭。

采用多頂緊螺栓緊固件能有效地解決這些問(wèn)題。只需使用簡(jiǎn)單的手持力矩扳手，就可以非常精確地達(dá)到預(yù)載荷要求。由于高彈性和均勻的負(fù)荷分布，預(yù)載荷能保持較長(zhǎng)的時(shí)間，聯(lián)軸節(jié)能保持緊密連接。此外，還能迅速松卸，節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用。因此，采用多頂緊螺栓緊固件是控制高傳遞扭矩的聯(lián)軸節(jié)螺栓連接系統(tǒng)的理想解決措施。