汽輪機檢修中螺栓損壞原因分析及維修策略

沙金，唐巍，王林松

（鞍鋼股份能源管控中心，遼寧 鞍山 114001）

通常情況下我們所說的螺栓為高壓、高溫螺栓，其內不但包括了主汽門、連通管、調節氣門、高壓導氣管和氣缸法蘭螺栓，也包含各軸承緊固螺栓。由于正常運轉下的汽輪機所需承載的壓力比較大，再加上機組運行過程中螺栓的狀態為不停做功，螺栓在此類運行狀態下會因較大應力的承載而出現疲勞，導致設備出現損壞。本文以汽輪機組實際檢修情況為依據，對導致螺栓出現損害的原因進行了分析，并結合實際探討如何妥善處理，以期汽輪機組整體運行安全性、穩定性得到提升。

1 汽輪機中螺栓檢修基本流程分析

要想實現汽輪機螺栓檢修工作效率及質量的提升，就必須合理設置螺栓的檢修基本流程，同時在科學檢修工藝的配合使用下，及時、妥善處理存在的問題。汽輪機螺栓檢修基本流程如下。

首先，合理、有效地拆卸螺栓。有效拆卸汽輪機螺栓時，需將金屬溫度降低至80℃左右，以便后續作業計劃的順利實施。在完成拆卸之后需及時存放螺栓并編號，以便汽輪機檢修計劃的繼續實施。

其次，螺栓檢修與維修。在檢修之前需將準備工作落實，也就是逐一拆開和清理螺扣、螺帽等，并將氧化皮除去，確保部件的潔凈度。隨后展開正式檢修，若是螺母安裝、松下都沒有難度，那么螺栓就沒有問題；反之有問題，需排查。同時，合理選擇維修方法，確保螺栓的完好及螺扣表面的光滑。

最后，檢修完成后及時回裝。在完成了栓檢修作業之后需及時進行回裝。回裝中需在合理的順序支持下對螺栓進行冷緊、熱緊操作。具體操作中需有效把握力矩、嚴格落實密封處理，以此為螺栓的安全使用提供保障，以免發生漏氣問題。

2 螺栓損壞的原因分析

（1）螺牙咬死。螺栓的形狀十分像牙齒，其外形也稱之為螺牙。螺栓損壞原因中螺牙咬死十分常見，包含咬死螺母本身、底扣和螺栓等情況。以螺牙咬死問題為對象展開分析，引發螺牙咬死的情況包含螺栓加工質量不佳、未能及時將防燒劑和抗咬合劑涂抹在螺紋上、加熱工藝科學性不足及未能及時將螺紋清理干凈等。此外，需要注意的是，由于螺栓所處工作環境長期均為高溫，螺栓表面就會有較為厚重的一層氧化皮形成，螺栓、螺扣之間會有較大的擠壓力形成，而氧化皮在擠壓力的物理作用下會逐漸朝著高硬度氧化膜轉化，當人為或其他因素將這層氧化膜拉破之后，螺紋就會有較為明顯的毛刺形成，最終出現螺牙咬死。

（2）螺栓開裂。螺栓有裂紋或是斷裂現象出現的原因主要有如下多個方面：第一，在加熱過程中采用了過氧乙炔火焰，螺栓在不均勻的受熱情況下因為局部過熱會有較大的溫差應力產生，如此螺栓也就會有裂紋或斷裂出現；第二，螺栓材料的質量不過關，在冶煉實踐過程中會有元素偏析現象出現，以致于螺栓會有粗頸問題形成；第三，不正確的安裝方式，會使應力集中進而引發螺栓斷裂的問題；第四，未能正確應用裝配工藝，以致于附加應力偏大。如球面墊圈的研磨不夠認真，導致螺栓會有偏斜出現，進而形成相應的附加應力；第五，較大的預緊力，并未以相關標準為依據進行力矩緊固。倘若螺栓預緊力偏大，那么拉應力就會有所增加，同時彎應力和扭應力也會相應的增加，螺栓斷裂的可能性也就會進一步增大，如圖1。

圖1 高壓內缸斷裂螺栓

（3）汽缸中分面泄漏。設備正常運轉過程中，在擰緊螺帽時會給螺栓帶來一定的拉應力，而螺栓則會有一種作用于氣缸中的壓力形成，而這類壓力會使連接中出現側漏問題。這是由于螺栓、螺帽的運轉環境長期為高溫、高壓，極易會有應力松弛的情況出現，如此就會對螺栓性能造成影響，進而導致汽輪機運行出現問題。而在緊固螺栓時，若是緊固不牢或是緊固順序有誤，也會導致氣缸中出現分面泄漏。如圖2為汽輪機螺栓分布圖。

圖2 汽輪機螺栓分布圖

3 螺栓損壞應對策略

（1）螺牙咬死問題處理。每條螺栓、每個螺帽及底扣在回裝前都需要認真進行試驗、檢查，將所有毛刺徹底清理干凈。高溫螺栓回裝前，必須徹底清理掉原有的黃油等，在完成潤滑劑的涂抹后再進行安裝，加熱棒的使用需確保嚴密、仔細。螺栓因加熱孔尺寸有差異的緣故，所需使用的加熱棒也會在長度和粗細上存在差異。加熱過程中必須合理進行加熱棒的選擇，具體為：長度應對應于螺栓，確保加熱棒有效發熱長度均位于螺孔內，發熱長度露出部位必須控制在25mm以下；加熱棒直徑應比加熱孔小約1mm，以免加熱棒使用壽命受到影響，也避免螺栓受到不良影響。加熱棒與電加熱器的功率選擇必須合適。

相關規定中指出，汽缸螺栓的拆卸必須在調節級金屬溫度降低至80℃以下后才能進行，這是因為汽缸螺栓、螺帽有部分是凸出在缸體外部的，再加上熱容量較小于汽缸，一旦停機，螺栓就會有更快于汽缸的溫度下降速度。而在螺栓溫度比汽缸更低時，會有螺栓冷縮形成，此時緊固力更大于正常運行狀況下。此外，由于溫度升高之后，材料的硬度會下降，而在此時進行螺栓拆卸極有可能出現螺紋咬死的問題，最終損傷到設備。在拆卸前4h左右，可將煤油或松動劑等澆在螺紋處對螺紋間的氧化物進行潤滑，以便拆卸更為容易。

圖3 螺母切割示意

螺母若是已壞死無法拆卸，應由熟練的氣焊工借助割把在保護螺桿的前提上將螺母割下。螺母切割可依據圖3操作。首先割開兩側面，隨后將水平切口割開，此時螺母就會脫離。在具體割切實踐中不能操之過急，必須逐層熔化，以免螺桿螺紋受到誤傷。

（2）螺栓開裂問題處理。要想使汽輪機螺栓使用的安全性得到保障，就必須采取有效的措施對螺栓螺紋及斷裂問題進行處理。具體策略包括加熱過程中針對氧乙炔火焰需避免直接使用，同時細致檢查螺栓，及時處理存在于其內的缺陷；操作實踐中，若是選取球面墊面機械加工方式，對于實際操作規范性必須予以重視，并及時處理干凈存在的毛刺；螺栓擰緊過程中，需積極配合使用各種類型的扳手，以便緊固力矩的準確性得到提升。此外，要想將擰緊力矩過大引發螺栓斷裂的問題避免，就必須確保力矩選擇的有效性，以便螺栓在實踐應用中能與汽輪機正常工作要求相符合。

（3）汽缸中分面泄漏問題處理。具體檢修實踐中，針對螺栓力矩必須明確，并以相關標準為依據，在液壓扳手的規范、合理運用下完成螺栓的緊固，同時對空缸情況進行測量、觀察，以此對螺栓緊固力度進行合理控制，不但能為螺栓的良好緊固提供保障，并且還能將汽缸泄漏的問題避免。

4 結語

總而言之，汽輪機檢修實踐中，由螺栓自身或由其引發的螺牙咬死、螺栓裂紋和斷裂現象及汽缸中分面泄漏等問題是導致螺栓損壞的主要原因。本文在分析這類問題原因的基礎上探討了相應的解決策略。通過大量實踐之后得知，汽輪機檢修實踐中，與規范相符合的檢修工藝的使用可使螺栓的損壞得到有效控制，確保汽輪機的正常運行。