火力發電廠低壓缸中分面螺栓緊固案例分析

特約撰稿人：凱特克集團有限公司市場總監王劍波

·凱特克螺栓預緊力控制技術推廣·

火力發電廠低壓缸中分面螺栓緊固案例分析

特約撰稿人：凱特克集團有限公司市場總監王劍波

低壓缸是汽輪機的重要組成部分，當汽輪機將高溫蒸汽的熱能轉換為高速旋轉的機械能，并帶動發電機切割磁力線轉換為電能時，蒸汽要做功，必須壓力降低、體積膨脹，因此由高壓膨脹到中壓或低壓，并分布在高壓缸、中壓缸和低壓缸中。其中，低壓缸由于體積較大，需要更多的螺栓連接，低壓缸內缸的進汽口和抽汽口由于結構緊湊，螺栓緊固拆卸的空間狹小，采用傳統的緊固方法往往因為空間原因無法施力，造成螺栓無法緊固到位。本期帶來兩個HY TOR C預緊力控制技術在火力發電廠的低壓缸中分面螺栓緊固改造的應用案例。

案例1 北侖發電廠

項目概況

北侖發電廠＃3機組汽輪機系日本東芝公司制造的亞臨界、單軸、沖動、四缸四排汽、一次中間再熱、雙背壓凝汽式汽輪機，型號為TC4F—42，機組銘牌功率為600MW。4個汽缸均采用雙層缸（內缸和外缸）、水平中分面結構。低壓缸內缸的外側有兩種規格的螺栓，分別為M48和UH3，形式為雙頭。低壓缸各抽汽口中分面緊固螺栓規格全部為UH11/2，形式為沉頭。改造位置為3號機汽輪機A、B低壓缸內缸進汽口、抽汽口。

尺寸規格

螺栓規格及數量：1-1/2″-8UN（28顆/臺×2=56顆）；M36X 3（40顆/臺×2=80顆）。

安裝工具：AVANTI-3，4部；090173S，4副；JETPR O10.3，2臺；CLAMP螺母驅動器，2個。

項目立項的必要性和可行性

2006年，#3機第一次大修，在低壓內缸螺栓尚未松開前，內缸中分面（抽汽口處）最大間隙已超過1.0mm。解體后，其抽汽口的最大間隙為1.07mm（與解體時未松螺栓一致），最小間隙也達0.54mm，即整個內缸普遍存在張口，緊固螺栓力矩增加到130%時，其間隙最大處0.52mm，抽汽口的間隙未能夠完全消除。解體時，抽汽口處中分面的螺栓至少有一半因張口應力過大無法松開，只能用氣割法去除螺栓。這種做法工作量大、易摻入金屬顆粒、螺栓花費上升。因為中分面張口的存在，使得機組運行時極有可能損傷，而且會隨著機組運行時間的增加越來越惡劣，造成高品質蒸汽的浪費，影響其經濟效益，并且危及安全運行。

另外，二期機組低壓內缸進汽口及各抽汽口螺栓拆卸空間狹小，在螺栓的緊固過程中，會發生螺栓預緊力不均現象，兩個問題相結合，所造成的危害無法預估。

為同時解決這兩個問題，消除機組安全隱患，首先是消除汽缸的內張口，采用焊接密封帶的方法，在保證汽缸密封的前提下，消除因內張口存在而造成的螺栓緊固力不均及過大問題。根據實際情況，在消除了汽缸內張口而產生的應力問題后，準備采用一種全新的無偏載緊固方式——HYTOR C機械式拉伸螺母，其能保證每個螺栓的預緊力幾乎一致，且在緊固過程中，也不會產生螺栓偏載問題，不會對螺紋造成咬牙，螺栓也不需要進行破壞性拆卸，理論上這種螺栓可以重復使用。

實施過程

·對進汽口及抽汽口的螺栓換型，由原來的傳統載絲螺栓改為雙頭螺栓；

·扣缸并手動將機械拉伸螺母上到中分面螺栓上，擰緊；

·分步驟開始對中分面兩側螺栓進行緊固，采用四同步將中分面兩側同時依次壓緊；

·緊固完畢后測量結合面間隙，測量結果顯示：除了最內側兩顆螺栓壓緊面間隙測量值為0.10mm以外，其余位置均達到0.05mm塞尺不入的要求，這比未改造前間隙最大2.7mm、最小0.54mm相比，有了很大改善。

·安裝好之后的效果圖如下。

案例2 神華四川能源有限公司江油電廠

項目概況

項目位于30萬機組低壓缸中分面聯接螺栓，由HY T OR C機械式拉伸螺母取代傳統罩蓋螺母，通過液壓扭矩拉伸機精確拉伸螺栓至所需緊固力并保持4個人孔門螺栓載荷一致性，確保結合面聯接緊密，滿足間隙要求，避免機組運行過程中蒸汽串流對結合面的沖刷，保護設備，提高氣體利用率。

尺寸規格

螺栓工況數據：螺栓規格M36×4mm，10.9級；螺栓數量：40顆；運行溫度：66～300。載荷設計：由于此螺栓是縮頸螺栓，最小的截面積直徑是30mm，而且螺栓是舊螺栓，有傷痕。所以為了安全起見，凱特克為螺栓留了1.5倍的安全系數，螺栓緊固到300kN的載荷時，螺栓處于60%的螺栓屈服極限（以M30校核）。使用機具：AVANT I3型拉伸機4部，電動液壓泵站2臺，驅動器4部，油管4副。

實施過程

·安裝前確保每顆螺栓高度滿足要求

在清理螺栓過程中，遇到很多罩蓋螺母與螺桿咬牙不易取下的情況，嘗試多種方法后，取下罩蓋螺母，對螺栓螺牙和栽絲孔進行清理后，達到安裝要求。

·機具安裝前清理準備

由于空間位置和液壓油管的限制，本次安裝使用兩臺液壓泵站，平臺兩側各一臺；機具四部，一個人孔門位置各一部，同時提供一臺機具作為備用；拉伸螺母40顆。

·拉伸螺栓過程

實施緊固過程中，每個人孔門安排一部機具進行緊固，4個人孔門同時進行，位置保持一致，如此來保證同步性；首先施加40%預緊力由里往外對每顆螺母進行初始預緊，再由70%、100%分布實施，最終再進行一次校核，整個過程相當順利，用時1小時，在保證安裝質量的情況下，用時較傳統方法大幅縮短，為下一步工序節約了時間。

·間隙測量

在所有螺栓緊固后，用0.03mm塞尺進行間隙測量，間隙小于0.03mm，效果很好，同時所有結合面密封膠擠出，證明結合面不存在異物。

安裝過程根據預定方案進行，因HY TOR C拉伸螺母的結構原理，在實施過程中沒有出現任何螺栓咬牙無法取出螺栓螺母的情況；過程中由液壓設備驅動拉伸螺母進行緊固，載荷均勻一致性好，在螺栓的合理屈服極限范圍內。

凱特克的無反作力臂預緊力控制技術在國內電力行業的應用已有諸多案例，除了本期介紹的北侖發電廠和江油電廠的低壓缸中分面以外，其它還有河北興泰電廠300MW汽輪機高壓缸出汽口法蘭、粵電集團廣東湛江電廠300MW汽輪機高壓缸尾缸中分面及發電機大端蓋法蘭等等。凱特克預緊力控制技術在發電行業的應用位置除了汽輪機、發電機等主機以外，在給水泵、對輪、高加、低加、再熱器法蘭及聯通管等蒸汽管線，核島內的蒸發器、穩壓器、主泵法蘭、堆芯控制器法蘭以及其它泵閥等的應用所帶來的效果也非常顯著。由于緊固時不需要加熱，不需要反作用力臂，可以大幅度節省螺栓緊固的時間，避免傳統緊固方法在緊固過程中對螺栓造成的損害，避免螺紋咬牙，HY T OR C機械式拉伸螺母獨特的三件式結構在緊固時自身形成力的循環，不需要額外的反作用力支點，螺栓桿本身除了軸向的拉伸力以外不承受任何扭轉力或翻轉力，從而保證螺栓載荷的精度可以達到前所未有的+/-5%。