主泵阻尼器固定螺栓在線拉伸工具的研發(fā)

燕芯弘 李佳斌 鄭磊

摘 要：該文介紹了CPR1000堆型核電站核島主冷卻劑泵阻尼器安裝邏輯，描述了阻尼器固定螺栓使用拉伸工具進(jìn)行拉伸及拉伸長(zhǎng)度檢查的要求。通過(guò)對(duì)拉伸工具進(jìn)行深入研究，提出對(duì)螺栓拉伸工具結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，研發(fā)出在線拉伸工具。在不拆除土建11.5m鋼平臺(tái)、主泵阻尼器的情況下，在線拉伸工具可對(duì)主泵阻尼器鉸接座固定螺栓進(jìn)行拉伸長(zhǎng)度的檢查。在線拉伸工具的研發(fā)與應(yīng)用，有效節(jié)約了鉸接座固定螺栓伸長(zhǎng)量檢查工作的工期，優(yōu)化了主泵施工方案，避免了土建鋼平臺(tái)、主泵阻尼器重復(fù)拆裝的工作風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：主泵阻尼器 螺栓拉伸工具 在線拉伸

中圖分類號(hào)：TL34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（a）-0133-03

主泵阻尼器固定螺栓由螺栓拉伸工具進(jìn)行拉伸緊固，按照設(shè)計(jì)要求，固定螺栓拉伸緊固完成一個(gè)月以后，需要對(duì)固定螺栓伸長(zhǎng)量進(jìn)行二次檢查。

進(jìn)行二次檢查時(shí)主泵阻尼器已經(jīng)安裝，由于固定螺栓上方空間狹窄，已有的螺栓拉伸工具無(wú)法安裝使用，需要拆除主泵阻尼器后才能完成固定螺栓伸長(zhǎng)量的檢查工作。

本論文通過(guò)對(duì)螺栓拉伸工具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，將螺栓拉伸工具部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，設(shè)計(jì)出在線拉伸工具。在阻尼器已經(jīng)安裝的情況下，使用在線拉伸工具進(jìn)行固定螺栓伸長(zhǎng)量的檢查工作，可有效節(jié)約人力物力，提高工作效率。

1 螺栓拉伸工具改進(jìn)需求研究

1.1 主泵阻尼器安裝邏輯分析

CPR1000堆型主泵阻尼器及支承如圖1所示，安裝過(guò)程主要分為以下三個(gè)步驟。

（1）安裝鉸接座，鉸接座固定螺栓拉伸緊固（需使用螺栓拉伸工具）；

（2）安裝阻尼器本體（主泵水力部件安裝的先決條件）；

（3）鉸接座固定螺栓伸長(zhǎng)量檢查（設(shè)計(jì)要求在最終拉伸1個(gè)月后進(jìn)行，需使用螺栓拉伸工具）。

1.2 螺栓拉伸工具使用分析

當(dāng)前主泵阻尼器鉸接座固定螺栓拉伸使用的螺栓拉伸工具如圖2所示，采用軸向分體設(shè)計(jì)，拉伸螺母（包括拉伸液壓缸及油嘴）與裙座分體布置，裙座和拉伸螺母的安裝及拆卸都是從固定螺栓的頭部進(jìn)出，這樣就要求固定螺栓的頭部留出足夠拉伸螺母和裙座拆裝進(jìn)出的空間。

螺栓拉伸工具不加油嘴總高度為185 mm，其中裙座高約115 mm，拉伸螺母高約75 mm。當(dāng)鉸接座固定螺栓及墊片安裝后，螺栓拉伸工具放置在墊片上，加上支座高度150 mm和墊片厚度40 mm，則支座下平面到螺栓拉伸工具上平面的距離為185+150+40=375 mm。

主泵阻尼器本體安裝之后，支座下平面與阻尼器最小距離為240 mm，最大為409 mm。因此，當(dāng)阻尼器本體安裝后，在最小距離240 mm處根本無(wú)法使用，而在最大距離409 mm處，上方空間僅為34 mm，螺栓拉伸工具裙座和拉伸螺母也無(wú)法安裝。

1.3 主泵阻尼器施工方案

由于拉伸工具尺寸結(jié)構(gòu)的空間要求，鉸接座固定螺栓伸長(zhǎng)量的檢查工作只能在最終拉伸1個(gè)月以后進(jìn)行；或者檢查時(shí)將阻尼器本體拆除，留出足夠空間來(lái)安裝螺栓拉伸工具，待檢查完畢，再重新安裝阻尼器本體。

在此情況下，主泵阻尼器施工方案有以下兩種。

方案一：阻尼器鉸接座拉伸→設(shè)計(jì)要求間隔一個(gè)月→檢查鉸接座螺栓伸長(zhǎng)量→阻尼器安裝→水力部件安裝→電機(jī)安裝，單臺(tái)主泵施工總工期79天。（見(jiàn)圖3（a））

方案二：阻尼器鉸接座拉伸→阻尼器安裝→水力部件安裝→電機(jī)安裝→拆除土建11.5 m部分鋼平臺(tái)→阻尼器拆除→檢查鉸接座螺栓伸長(zhǎng)量→阻尼器回裝→恢復(fù)土建11.5 m部分鋼平臺(tái)，單臺(tái)主泵施工總工期59天。（見(jiàn)圖3（b））

方案一需將主泵安裝關(guān)鍵路徑的施工工期延長(zhǎng)一個(gè)月，而方案二需先拆除土建11.5 m的鋼平臺(tái)留出空間，再拆除阻尼器本體，完成檢查工作后回裝阻尼器，再恢復(fù)鋼平臺(tái)。

由于阻尼器本體重量較大，安裝拆卸需要花費(fèi)較大人力、物力及時(shí)間。這樣不但施工周期長(zhǎng)，需要額外投入大量人力、物力，且作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高。

為減少阻尼器及鋼平臺(tái)重復(fù)拆裝工作，急需設(shè)計(jì)一套空間尺寸要求小，更小巧靈活的螺栓拉伸工具。在不拆除阻尼器本體的情況下，對(duì)固定螺栓進(jìn)行拉伸操作的拉伸工具，以實(shí)現(xiàn)主泵安裝的連續(xù)作業(yè)。

2 螺栓在線拉伸工具優(yōu)化改進(jìn)研究

2.1 總體設(shè)計(jì)

如前文所述，目前的螺栓拉伸工具采用軸向分體結(jié)構(gòu)，拉伸螺母和裙座的高度要求固定螺栓的頭部要留出足夠進(jìn)出的空間以滿足其安裝要求。通過(guò)對(duì)阻尼器本體結(jié)構(gòu)及螺栓拉伸工具的研究，從降低拉伸工具拆裝所需的軸向空間出發(fā)，考慮將現(xiàn)有軸向分體拉伸工具進(jìn)一步徑向分體，以減少拉伸工具對(duì)軸向操作空間的要求。因此，新工具的總體設(shè)計(jì)理念即確定為徑向分體設(shè)計(jì)。

2.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)及難點(diǎn)

確定了螺栓拉伸工具徑向分體設(shè)計(jì)總體理念，隨即進(jìn)行螺栓拉伸工具的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

首先，對(duì)于尺寸要求較高的拉伸螺母和裙座進(jìn)行徑向分體，以減少拉伸工具對(duì)空間尺寸的整體要求，是本次優(yōu)化改進(jìn)的重點(diǎn)。與拉伸螺母整體連接的液壓缸，是否需要同步進(jìn)行徑向分體呢？經(jīng)過(guò)分析，液壓缸是整個(gè)拉伸工具的關(guān)鍵部件，拉伸過(guò)程中要求壓力均勻分布，強(qiáng)度、密封性要求高，但液壓缸行程小，尺寸及空間要求不高，液壓缸可整體保留，暫不考慮徑向分體設(shè)計(jì)。既然液壓缸不分體設(shè)計(jì)，則需要與拉伸螺母在軸向分離開(kāi)，這樣有兩點(diǎn)考慮：一是在液壓缸行程基本不變的前提下，強(qiáng)度和密封性得到了保證；二是拉伸螺母可以單獨(dú)靈活設(shè)計(jì)。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，徑向分體從結(jié)構(gòu)上可以實(shí)施，但面臨的最大問(wèn)題是要保證螺栓拉伸工具的強(qiáng)度。徑向分體后，原本是一個(gè)整體的部件被分為幾部分，其強(qiáng)度和完整性大大降低，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于整個(gè)部件的穩(wěn)定性提出了更高的要求，必須采取一定措施加以彌補(bǔ)。

（1）拉伸螺母。

拉伸螺母徑向分體設(shè)計(jì)成2個(gè)半環(huán)，為保障強(qiáng)度及完整性，上方設(shè)計(jì)1個(gè)固定圈固定拉伸螺母上端，以組成一個(gè)完整的螺母。拉伸螺母下端設(shè)計(jì)成錐形結(jié)構(gòu)，嵌入液壓缸，與拉伸液壓缸相互契合。當(dāng)液壓缸活塞工作伸長(zhǎng)時(shí)，由于契合作用使拉伸螺母的2個(gè)半環(huán)得到一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)合力，拉伸螺母的整體強(qiáng)度得到保證。

（2）裙座。

裙座徑向分體設(shè)計(jì)成2個(gè)半環(huán)，由于只承受軸向壓力，分體結(jié)構(gòu)對(duì)其強(qiáng)度影響不大，在液壓缸的下端設(shè)計(jì)一個(gè)凸環(huán)將裙座的2個(gè)半環(huán)加以固定。

（3）液壓缸。

液壓缸與拉伸螺母軸向分離，設(shè)計(jì)成一個(gè)整體圓環(huán)。其中，圓環(huán)內(nèi)部設(shè)計(jì)成錐形，與拉伸螺母下端完全契合，達(dá)到固定拉伸螺母的目的；圓環(huán)外部下端設(shè)計(jì)一個(gè)凸環(huán)，用于固定下方裙座的2個(gè)半環(huán)；液壓缸油嘴從拉伸螺母上方移至液壓缸側(cè)面，減少對(duì)上方空間的需求。

2.3 最終設(shè)計(jì)

優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，只有液壓缸的拆裝需要考慮固定螺栓上部的空間問(wèn)題，這個(gè)空間只需要滿足液壓缸的厚度約20～30mm即可，滿足設(shè)計(jì)初衷。經(jīng)過(guò)最終勘探及強(qiáng)度計(jì)算后，優(yōu)化設(shè)計(jì)論證可行。

3 螺栓在線拉伸工具優(yōu)化應(yīng)用分析

3.1 創(chuàng)新性

此工具改進(jìn)靈感來(lái)源于現(xiàn)場(chǎng)施工，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況進(jìn)行評(píng)估分析，從工具結(jié)構(gòu)和形式上進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，率先對(duì)核電行業(yè)主泵阻尼器鉸接座螺栓的拉伸工具進(jìn)行改進(jìn)，在工具改造方面具有創(chuàng)新性，目前該項(xiàng)技術(shù)已申請(qǐng)專利，專利號(hào)ZL201220596970.9。

3.2 成效性

通過(guò)對(duì)拉伸工具的改進(jìn)，可對(duì)主泵阻尼器安裝的施工方案進(jìn)行優(yōu)化。

阻尼器拉鉸接座伸→阻尼器安裝→水力部件安裝→電機(jī)安裝?→檢查鉸接座螺栓伸長(zhǎng)量，單臺(tái)主泵施工總工期約48天。（見(jiàn)圖3（c））

通過(guò)對(duì)阻尼器鉸接座螺栓拉伸工具的創(chuàng)新改進(jìn)，較原方案一，單臺(tái)主泵節(jié)約了一個(gè)月的主泵阻尼器安裝施工工期；較原方案二，減少了土建鋼平臺(tái)、阻尼器的拆除及回裝工作，節(jié)約了11天工期。

在線拉伸工具的使用節(jié)約了工期、減少人力投入，降低了主泵安裝過(guò)程中的勞動(dòng)強(qiáng)度、工作時(shí)間和安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 影響及推廣

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)改進(jìn)的拉伸工具，已經(jīng)應(yīng)用到核電主泵阻尼器安裝施工工作中。由于在線拉伸工具較原拉伸工具，結(jié)構(gòu)細(xì)分，拆裝更輕便靈活，其現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用得到了高度認(rèn)可。

對(duì)主泵阻尼器拉伸工具分瓣改造的設(shè)計(jì)理念同樣可推廣至蒸發(fā)器阻尼器等其他拉伸工具上。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)螺栓拉伸工具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析，在軸向分體基礎(chǔ)上徑向分體，研發(fā)出在線拉伸工具。相比原拉伸工具，部件細(xì)分，拆裝靈活，在阻尼器已經(jīng)安裝的情況下可進(jìn)行固定螺栓伸長(zhǎng)量的檢查工作。有效節(jié)約了鉸接座固定螺栓伸長(zhǎng)量檢查工作的工期，避免了土建鋼平臺(tái)、主泵阻尼器重復(fù)拆裝的工作風(fēng)險(xiǎn)。該工具的成功研發(fā)與應(yīng)用，可有效提高工作效率，優(yōu)化施工邏輯，提高工作質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)價(jià)值明顯。

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