一種大型水輪機螺栓安裝工裝的應用

楊冬 蔡朝東 冷天先

摘 要：在水電站機組檢修過程中，對于水輪機軸下法蘭為內法蘭的機組，使用傳統工藝拆裝水輪機軸與轉輪聯接螺栓是一項費時、費力、安全風險較高的工作，在施工過程中不斷優化施工方法及改善施工工藝，均未達到良好的效果，經過多年的摸索，設計制作了一套拆裝螺栓的專用工裝，工裝保證了螺栓拆裝省時、省力、高效且安全得到了保障，提高工作效率，縮短直線工期，提高檢修效率。

關鍵詞：水輪機軸;轉輪;螺栓;工藝;專用工裝

1 概述

小灣水電站廠房內共裝6臺機組，單機容量為700MW，裝機總容量4200MW，電站多年平均發電量為189.9億kW·h。小灣水輪機主軸下法蘭為內法蘭，水輪機軸與轉輪連接前需先將螺栓安裝至水機軸下法蘭，螺栓規格為M125×6，長度約800mm，每顆重量70kg，共20顆。該螺栓安裝時需將其托舉一定高度，將絲牙與水機軸下法蘭螺栓孔絲牙對正且螺栓不得傾斜，慢慢將螺栓選入螺栓孔中。在實際操作過程中，因螺栓較重，且水輪機軸下法蘭螺栓孔下部為高度125mm的剪力銷套孔，螺栓平衡不易控制，并出現多次對孔不正安裝失敗的情況，工作效率較低，且人員長時間托舉易疲勞，螺栓有滑落或傾倒的危險，稍有不慎就會傷人及損壞設備，存在較大的安全隱患。

2 傳統工藝存在的難題

2.1 螺栓安裝傳統工藝

1）將螺栓垂直放置于木板上，兩人半蹲著使用木板向上托舉螺栓，一人在一旁進行輔助穩定螺栓，將螺栓托舉至水機軸下法蘭面螺栓孔內進行安裝。

2）螺栓放至叉車上方，推動叉車將螺栓搬運至水機軸下方，通過調整叉車的位置及起落水機軸進行對孔，當螺栓孔對正以后才能進行安裝。

2.2 存在的問題

1）在螺栓安裝過程中需保證與水機軸垂直，由于螺栓重量近70Kg，放置于木板上平衡不容易掌握且螺牙對正困難，會出現多次安裝失敗情況。

2）工作人員長時間托舉螺栓后會乏力，且螺栓放置于木板上也不穩定，若安裝人員配合不到位會出現螺栓滑落、傾倒的情況，造成人員受傷或螺栓絲牙損傷。

3）在這過程中由于水機軸法蘭還有一段剪力銷套孔，螺栓進入銷套孔以后就很難觀察到螺牙對正情況。

4）叉車起升高度有限，只能通過起升水機軸來進行對孔（一次不能確保能對正，需進行多次起落），但直接操作橋機起落不好掌握水機軸下落的高度，容易與螺栓碰撞損傷螺牙及損壞叉車。

無論是哪一種工藝都需要起重橋機來配合工作，都存在特種作業，尤其是使用叉車的方法，需多次起升水機軸，橋機操作頻繁，而安裝螺栓是需要人員較多，時間較長，不利于起重作業指揮和操作，存在較大的安全風險;螺栓安裝時需6名以上工作人員（不包含起重人員），由于平衡、位置及螺牙對中等情況不好掌控，螺栓安裝耗時較長、人員易疲憊、工作效率較低，完成所有螺栓安裝需用2～3工作日。

3 專用工裝工作原理

為保證螺栓安裝時的平衡及防止螺栓掉落傾倒，利用法蘭上均分的10個同鏜螺孔與導桿進行螺栓定位為基礎，設計制作的專用工裝如[圖1]所示。

專用工裝主要由上層輔助板、中層托板、下層底板、起升螺旋桿、定位導桿、手輪等組成。其各部件的功能如下：

1）定位導桿可初步確定螺栓安裝位置。

2）下層底板設置萬向腳輪、水平氣泡及頂絲，方便螺栓搬運及整體水平調整。

3）中層托板用于托舉螺栓，設置配套螺母為方便螺栓進入安裝位置后輕松旋入，中間設置螺桿套實現托板上下移動。

4）上層輔助板設置兩個缺口，方便螺栓放入與安裝后工裝移位，并能在安裝過程中防止螺栓傾倒。

5）起升螺旋桿固定于下層底板與上層輔助板上，手輪設置在上層輔助板上，通過搖動手手輪將螺栓托舉至水機軸下法蘭螺栓孔內進行安裝。

4 工裝應用的效果

2018～2019檢修期在回裝階段使用專用工裝搬運螺栓[圖2]和安裝螺栓[圖3]。將兩顆螺栓放至小車上移動到水機軸下方，兩邊卡槽卡住定位導桿進行定位，轉動手柄將螺栓抬升至安裝位置，依次安裝兩顆螺栓，安裝完成后退出小車，按同樣的操作安裝剩余螺栓。安裝螺栓分10組進行安裝，每組安裝2顆螺栓，每組螺栓安裝耗時約20分鐘，從準備開始安裝到具備與轉輪連接總耗時約230分鐘。

傳統工藝與專用工裝安裝螺栓的對比見下表：

通過使用工裝安裝水輪機軸與轉輪聯接螺栓，使工作高質、高效、同時安全風險降到了最低。使用后發現專用工裝具有以下優點：

1）能保證螺栓安裝時與法蘭面保持垂直。

2）能轉向移動方便螺栓搬運及對孔。

3）能同時承受兩顆螺栓重量且在托舉過程中方便、省力。

4）確保螺栓在托板上能擺放平穩，不發生傾倒情況。

5）能提高工作效率，降低安全風險，節約人力資源成本，保證設備不易受損，減少安全隱患。

5 結束語

通過使用此套工裝最終的效果就是消除安全隱患，提高工作效率，縮短了直線工期，節約人力資源成本。經調研，為降低轉輪與水輪機軸聯接螺栓的銹蝕，大多數立式水輪機轉輪聯接螺栓采用的內嵌式結構，都存在安裝難度較大的問題，這套裝置能夠滿足現場使用條件并具備一定的推廣價值。

參考文獻

[1]周寧.水輪機制動器螺栓斷裂原因分析[J].理化檢驗（物理分冊），2019，55（01）：59-61+66.

[2]史宮男.潮流能水輪機葉根螺栓連接性能研究[D].哈爾濱工程大學，2016.

作者簡介

楊冬（1986-），男，助理工程師，主要從事水電站機械設備檢修與維護及技術管理工作。