某核電機(jī)組汽輪機(jī)軸瓦螺栓咬死處理

上海核工程研究設(shè)計(jì)院有限公司 樊向松 鄭東宏

某核電機(jī)組常規(guī)島汽輪機(jī)軸承采用90°型式支撐，調(diào)整墊片在兩側(cè)90°支撐下部，中分面固定螺栓為細(xì)牙螺紋，軸系中心調(diào)整僅通過(guò)底部和兩側(cè)墊片，上下和左右移動(dòng)軸承即可實(shí)現(xiàn)，軸系中心調(diào)整方便，但存在螺栓咬死風(fēng)險(xiǎn)。如果在安裝階段發(fā)現(xiàn)螺栓咬死，有足夠時(shí)間和空間處理，難度不大。如果在汽輪機(jī)扣缸后發(fā)現(xiàn)螺栓咬死，則處理難度較大。某核電廠汽輪機(jī)扣缸后軸系中心復(fù)查，在緊固上部軸承座蓋時(shí)，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)軸承上部的1條螺栓咬死。

由于廠家在設(shè)計(jì)中未考慮螺栓咬死、翻瓦情況，而且支撐瓦塊厚度和寬度尺寸大，空間相對(duì)小，無(wú)法翻出下半軸瓦。若工程進(jìn)入全面調(diào)試階段，揭缸處理將會(huì)使主機(jī)安裝工作全部暫停，影響整個(gè)工程進(jìn)展，需要采用不揭缸處理。作為廠家對(duì)于結(jié)構(gòu)空間狹小，無(wú)法布置廠家專用機(jī)床、鉆床等處理設(shè)備情況下，在工廠內(nèi)沒有發(fā)生過(guò)類似情況，沒有相關(guān)的處理經(jīng)驗(yàn)。在安裝現(xiàn)場(chǎng)處理時(shí)存在3個(gè)難度：切割并取出咬死螺栓，不損傷螺孔絲扣；在取出咬死螺栓后，需檢查軸承座內(nèi)螺孔絲扣損壞，如損壞需進(jìn)行處理；在原完好螺栓中心不變的情況下，鉆孔、攻絲，配套安裝新螺栓。

1 問(wèn)題描述及處理方案

某核電機(jī)組常規(guī)島汽輪機(jī)本體為國(guó)外引進(jìn)技術(shù)，額定功率為1250MW、1500r/min、單軸、中間汽水分離再熱、四缸、六排汽、反動(dòng)式凝汽式汽輪機(jī)。一個(gè)高壓轉(zhuǎn)子、三個(gè)低壓轉(zhuǎn)子通過(guò)剛性聯(lián)軸器連成一個(gè)軸系，再通過(guò)剛性聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連，每根轉(zhuǎn)子都有一對(duì)徑向軸承支撐，整個(gè)軸系有一個(gè)推力軸承，位于#1低壓缸與#2低壓缸之間的軸承座內(nèi)，#1、#2軸承采用可傾瓦，其余為橢圓瓦，推力軸承采用金斯伯里式軸承機(jī)構(gòu)。

高壓和低壓支持軸承具有自動(dòng)調(diào)整功能的球形座結(jié)構(gòu)，使軸承與轉(zhuǎn)子軸頸能很好對(duì)中，所有的低壓軸承均采用相同結(jié)構(gòu)，僅在頂軸油接管處存在區(qū)別。90°軸承支撐型式結(jié)構(gòu)最大優(yōu)點(diǎn)：每次調(diào)整整個(gè)軸系中心僅進(jìn)行上下和左右調(diào)整，不需要處理因調(diào)整瓦塊墊片造成支撐接觸面變化，將節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)的大量的調(diào)整工作和勞動(dòng)強(qiáng)度。但若扣缸后瓦塊因螺栓故障，不能翻出，導(dǎo)致更換合適調(diào)整墊片難度較大。

低壓#1缸后軸承座（即#4軸承座）軸瓦下半結(jié)構(gòu)中，軸瓦厚度為430mm，軸承瓦枕寬度為480mm，瓦枕下半螺栓材質(zhì)為35CrMo，規(guī)格為M56×3×530mm，螺栓絲扣長(zhǎng)度為118mm，瓦枕中分面與螺栓之間調(diào)整墊片厚度為2.5mm。在汽輪機(jī)扣缸結(jié)束后，進(jìn)行軸瓦正式工作墊片更換時(shí)，發(fā)現(xiàn)低壓#4軸瓦瓦枕下半螺栓1條咬死，咬死螺栓位置位于#4軸瓦右側(cè)調(diào)端，直接后續(xù)安裝工作。

對(duì)于這一問(wèn)題，采用不揭缸處理。處理原則為在不損傷設(shè)備任何部件下取出咬死螺栓，檢查軸承座瓦枕下半螺孔絲扣損傷情況，如果正常則更換新螺栓恢復(fù)安裝；若檢查結(jié)果座孔絲扣損傷，廢掉損傷段螺孔絲扣，繼續(xù)在原螺孔絲扣基礎(chǔ)上向下繼續(xù)配鉆合適長(zhǎng)度的螺孔、攻絲，加長(zhǎng)損傷段座孔絲扣長(zhǎng)度，保持原設(shè)計(jì)螺栓絲扣長(zhǎng)度不變，螺栓受力不變，更換新制造加長(zhǎng)螺栓。

割除咬死螺栓頂部的六角頭部分，松開上半全部緊固螺栓，吊開上半瓦枕。取出剩余咬死部分，將軸承下半瓦枕恢復(fù)原位，重新定位后緊固其余5條螺栓，用定心套筒定位鉆頭位置，依次用不同規(guī)格的專用鉆頭逐漸擴(kuò)孔，直至取出咬死部分螺栓。將咬死螺栓割除，取出咬死部分，如果座孔絲扣損傷輕微，則修整螺孔螺紋正常后更換新的螺栓安裝。聯(lián)合檢查損傷情況，發(fā)現(xiàn)螺孔絲扣部分損壞，螺栓孔總長(zhǎng)度為117mm，底部12mm 無(wú)絲扣，螺栓孔絲總長(zhǎng)105mm，咬死部位上部絲長(zhǎng)46mm，中間咬死部位長(zhǎng)23mm（共計(jì)7扣），咬死部位以下36mm 完好無(wú)損。

采用將原有M56×3的螺紋孔擴(kuò)孔至58mm、深度117mm，去除原有的M56×3所有螺紋，然后在原孔基礎(chǔ)上向下重新鉆孔，深度超過(guò)90mm、孔徑53mm，在此基礎(chǔ)上用M56×3絲攻攻絲至有效長(zhǎng)度90mm。現(xiàn)場(chǎng)用專用設(shè)備擴(kuò)孔，除掉中間損傷絲扣，在下部絲扣中心不變基礎(chǔ)上重新補(bǔ)鉆孔、攻絲，絲扣長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)要求，保證上下部中心一致。重新安裝廠家補(bǔ)供的加長(zhǎng)螺栓，最后恢復(fù)設(shè)備。

主要作業(yè)流程：軸瓦下半翻出→用千斤頂支撐聯(lián)軸器→拆下瓦枕下半其余緊固螺栓→割掉咬死螺栓上部六角頭→翻出下半軸承→頂起下半瓦枕，割掉咬死螺栓→割掉#4瓦枕回油盒，后移瓦枕→取掉咬死部分螺栓→用絲錐檢查瓦枕下半螺孔情況（正常安裝新的螺栓）→損傷則安裝鉆孔和攻絲設(shè)備→使用M20×60螺栓固定連接工裝，將液壓鉆就位于連接工裝上→在液壓鉆上安裝加長(zhǎng)錐柄，下部末端安裝麻花鉆→安裝Ф58mm 麻花鉆，啟動(dòng)液壓鉆進(jìn)行鉆孔至有效深度為117mm（圖1）→依次更換Ф14mm、Ф35mm、Ф53mm 麻花鉆，繼續(xù)向下鉆孔，控制鉆孔深度→移除液壓鉆，使用液壓攻絲機(jī)進(jìn)行攻絲→完成攻絲后退出絲攻。

圖1 鉆孔有效深度117mm

2 施工技術(shù)措施

2.1 測(cè)量#4軸瓦處低壓轉(zhuǎn)子相關(guān)數(shù)據(jù)

測(cè)量#4軸瓦下瓦套左右側(cè)、前后側(cè)固定墊板處間隙數(shù)據(jù)B、C 數(shù)值，瓦枕與軸承座的距離A（圖2），做好記錄。用內(nèi)徑千分尺測(cè)量#4軸瓦處低壓2#轉(zhuǎn)子油檔洼窩處數(shù)據(jù)a、b、c（圖3），做好記錄。

圖2 瓦枕與軸承座距離A

圖3 低壓轉(zhuǎn)子油檔洼窩a、b、c

2.2 用千斤頂支撐聯(lián)軸器

在LP1-LP2轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器處架設(shè)百分表，調(diào)整表的讀數(shù)并記錄。確保轉(zhuǎn)子最終恢復(fù)原位；用100t 液壓千斤頂在距離低壓#2轉(zhuǎn)子電端聯(lián)軸器1.0mm 處頂起，在電端聯(lián)軸器正下方用墊鐵加不銹鋼墊片或鋁板墊支撐，同時(shí)在聯(lián)軸器左右兩側(cè)用50t 液壓千斤頂支撐，防止聯(lián)軸器左右移動(dòng)，固定好后松100t 液壓千斤頂。

2.3 翻出#4軸瓦下半瓦體

測(cè)量下半軸瓦厚度，計(jì)算瓦枕吊起高度，確定瓦枕與軸頸的安全距離。在#2低壓轉(zhuǎn)子軸頸處加廠家特供的潤(rùn)滑油，使4#軸瓦與#2低壓轉(zhuǎn)子軸頸充分用廠房?jī)?nèi)行車將#4軸瓦沿著轉(zhuǎn)子軸頸翻出（注意：保護(hù)好轉(zhuǎn)子軸頸及4#軸瓦下半瓦體烏金面）。將翻出的瓦體清理干凈（特別是烏金面）并用塑料布包裹好并妥善保存。將#4軸瓦瓦枕下半其余五條螺栓做好標(biāo)記后依次拆下，用煤油清理干凈并用塑料布包裹好，妥善保存。

2.4 割除咬死螺栓上部六角頭

把#4軸瓦瓦枕下半右側(cè)其余兩個(gè)螺栓孔用醫(yī)用膠帶封住后蓋上鐵板，防止施工過(guò)程中雜物落入。用醫(yī)用膠帶封住4#軸瓦右側(cè)定位墊片的間隙，并用鐵板蓋住，防止施工過(guò)程中雜物落入。做好周圍的防火圍欄，用切割機(jī)將咬死螺栓六角頭割除（圖4）。

圖4 割除咬死螺栓上部六角頭

2.5 切除咬死螺栓與軸承座接觸處部分

將瓦枕中分面的雜物清理干凈，把鐵板移除，把醫(yī)用膠帶去除；用行車將#4軸瓦下半瓦枕吊起約150mm（注意：起吊過(guò)程中防止瓦枕擺動(dòng)，瓦枕不能碰到低壓2#轉(zhuǎn)子軸頸），做好下半瓦枕的支撐措施，保證支撐穩(wěn)定，把左側(cè)支撐墊片取出，清理干凈并用塑料布包裹好，妥善保存；把軸承座右側(cè)的螺栓孔用醫(yī)用膠帶封住，用鐵板蓋住予以保護(hù)，防止切割過(guò)程中的雜物落入螺栓孔，同時(shí)將瓦枕左側(cè)的螺栓孔封住，防止雜物落入；在瓦枕下半與軸承座螺栓咬死接觸的部位切割開，切割完成后取下切割部分，然后取下右側(cè)支撐墊片。

2.6 拆除臨時(shí)支撐并把#4軸瓦瓦枕向電端移動(dòng)，使咬死螺栓的螺栓孔露出

如圖5所示，因回油盒阻礙瓦枕的移動(dòng)，故先行割除回油盒。先將回油盒用鐵板蓋住（防止雜物落入），然后選擇合適位置，用切割機(jī)切除相連接鋼管，取下回油盒。取下后用醫(yī)用膠帶封住切口，防止灰塵進(jìn)入，并用塑料布包裹好回油盒，妥善保存。用行車把#4軸瓦瓦枕向電端移動(dòng)約130mm，使其和軸承座加強(qiáng)筋緊靠后放置，做好臨時(shí)支撐，讓咬死的螺栓孔及殘留部分露出（如圖4，將瓦枕向電端移動(dòng)130mm，可以使咬死螺栓孔露出）。移動(dòng)過(guò)程中不可碰觸軸頸。

圖5 割除回油盒

2.7 用磁力鉆鉆通咬死部分螺栓并取出

打磨平殘留螺栓的頂部，用樣銃在頂部確定中心。把瓦枕放回原位并定位固定，用臨時(shí)措施支撐下半瓦枕（如用臨時(shí)墊片支撐）。把φ65/φ16×260mm 的定心套筒放入螺栓孔內(nèi)，根據(jù)固定好的位置固定磁力鉆，用φ16×530mm 的鉆頭鉆孔。依次換用φ30×530mm、φ45×530mm的鉆頭和相對(duì)應(yīng)的定心套筒鉆孔至鉆通。用φ50530mm 的鉆頭鉆孔，鉆通后移開瓦枕，取下殘留部分螺栓。

檢查結(jié)果：螺栓絲扣已損壞，螺孔絲扣部分損壞；損壞情況：測(cè)量螺栓孔總長(zhǎng)度為117mm，底部12mm 無(wú)絲扣。確認(rèn)螺栓孔絲總長(zhǎng)105mm，咬死部位上部絲長(zhǎng)46mm，中間咬死部位長(zhǎng)23mm（共計(jì)7扣），咬死部位以下36mm 完好無(wú)損。

2.8 螺孔鉆孔、鉸孔、攻絲

記錄施工前在LP1-LP2轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器處架設(shè)百分表的讀數(shù)，做好記錄，目的是在處理工作結(jié)束后，瓦枕恢復(fù)原位；把#4軸瓦瓦枕下半右側(cè)其余兩個(gè)螺栓孔用醫(yī)用膠帶封住后蓋上鐵板，防止施工過(guò)程中雜物掉入；將鉆孔攻絲設(shè)備底座借用臨時(shí)螺栓M20×60連接到軸承座中分面現(xiàn)有螺栓孔內(nèi)。利用螺栓固定連接工裝；將液壓鉆就位于連接工裝上（圖6）；在液壓鉆上安裝加長(zhǎng)錐柄，下部末端安裝φ53mm 麻花鉆，利用φ53mm 麻花鉆外徑與原螺孔內(nèi)徑將液壓鉆中心調(diào)節(jié)和螺孔中心一致，到達(dá)中心后鎖緊液壓鉆固定螺栓。

圖6 液壓鉆及工裝固定

連接液壓站電纜，調(diào)試液壓站。用液壓管連接液壓站和液壓鉆，通過(guò)油壓調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)液壓鉆轉(zhuǎn)速；安裝延長(zhǎng)莫氏錐柄MT5-5-40及Φ58mm 麻花鉆（保證一次能鉆600mm 深），啟動(dòng)液壓鉆，調(diào)整轉(zhuǎn)速大致在100r/min，調(diào)整液壓鉆行程向下，當(dāng)鉆頭的刃口和螺孔的端面平齊后，在液壓鉆的導(dǎo)向桿上做標(biāo)記，控制鉆孔有效深度為117mm。鉆孔過(guò)程中進(jìn)給量要均勻，要適量加乳化液（乳化液盡量不要噴在外面，否則要及時(shí)清理）。

當(dāng)Φ58mm 鉆至目標(biāo)尺寸后，將液壓鉆行程向上，將鉆頭退出孔外，拆下Φ58mm 麻花鉆，測(cè)量鉆孔深度，深度到達(dá)目標(biāo)尺寸后（孔的直端尺寸117mm，孔的總深度135mm），更換Ф14mm 麻花鉆將Φ14mm 鉆孔定位套放置孔內(nèi)，將液壓鉆行程向下，讓?duì)?4mm 鉆頭的鉆尖接觸到孔的底部，在液壓鉆的導(dǎo)向桿上做記號(hào)控制鉆孔有效深度為120mm，鉆孔過(guò)程中進(jìn)給量要均勻并注意及時(shí)清理鐵屑和加適量的乳化液。

更換Φ35mm 麻花鉆（如果深度不夠，繼續(xù)鉆孔至目標(biāo)深度）。將Φ35mm 鉆孔定位套放置孔內(nèi)，將液壓鉆行程向下，讓?duì)?5mm 鉆頭的鉆尖接觸到孔的底部，在液壓鉆的導(dǎo)向桿上做記號(hào)控制鉆孔有效深度為120mm，做好標(biāo)記后進(jìn)行鉆孔，鉆孔過(guò)程中進(jìn)給量要均勻并注意及時(shí)清理鐵屑和加適量的乳化液。

Φ35mm 鉆到目標(biāo)深度后，液壓鉆行程向上，拆下Φ35mm 麻花鉆，把孔內(nèi)的鐵屑清理干凈，測(cè)量尺寸是否到位。若深度不到位、裝上Φ35mm 麻花鉆繼續(xù)鉆至目標(biāo)深度，如果深度到位、取出Φ35mm 鉆孔定位套。換上Φ53mm 定位套及Φ53mm 麻花鉆進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)孔到目標(biāo)深度120mm；退出麻花鉆及Φ53mm 鉆孔定位套，清理孔內(nèi)的鐵屑，測(cè)量鉆孔有效深度，拆除加長(zhǎng)錐套，移除液壓鉆；使用液壓攻絲機(jī)進(jìn)行攻絲（圖7）。

圖7 液壓攻絲機(jī)攻絲

將攻絲機(jī)的底座安裝在工裝板上，將攻絲機(jī)油連接至液壓站上，調(diào)整好攻絲機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向備用；用M20×60的臨時(shí)螺栓固定底座但不鎖緊，將M56X3的絲錐的頭攻牙型部分均勻的涂上攻絲膏，將M56X3絲錐頭攻放進(jìn)Φ53孔端面，裝上攻絲定位套，使絲錐的中心和孔的中心一致，將絲攻延長(zhǎng)柄套在絲錐的方柄上，裝上攻絲連接頭，將攻絲機(jī)和攻絲機(jī)底座連接并調(diào)整底座使攻絲機(jī)的中心和絲攻延長(zhǎng)柄的中心一致并鎖緊攻絲機(jī)底座。

在攻絲機(jī)導(dǎo)向桿上做標(biāo)記，控制攻絲的深度在有效長(zhǎng)度90mm。啟動(dòng)攻絲機(jī)開始攻絲，當(dāng)攻絲深度20mm 左右停止攻絲，取下攻絲機(jī)及絲攻延長(zhǎng)柄，將攻絲定位套取出，（攻絲定位套使攻絲的鐵屑不易排出）再套上絲攻延長(zhǎng)柄，裝上攻絲機(jī)繼續(xù)攻絲致目標(biāo)深度。退出絲攻，取下攻絲機(jī)及絲攻延長(zhǎng)柄，把孔內(nèi)的鐵屑清理干凈后，將M56X3絲錐的2攻牙型部分均勻的涂上攻絲膏，手動(dòng)將絲錐旋入螺孔內(nèi)，直到旋不動(dòng)為止。套上絲攻延長(zhǎng)柄，裝上攻絲機(jī)攻牙，控制攻絲的深度在有效長(zhǎng)度90mm。

完成攻絲后退出絲攻，清理鐵屑，檢查螺紋情況。攻絲完后仔細(xì)檢查螺栓孔，用手觸摸檢查，若有毛刺則及時(shí)處理，確保螺栓孔內(nèi)無(wú)雜物、無(wú)毛刺，處理完成。

2.9 其他

向勵(lì)端移動(dòng)瓦枕130mm 后，用M56的絲攻重新檢查下半螺孔螺紋情況，用手觸摸，若有毛刺則及時(shí)處理，最后用白布蘸酒精進(jìn)行清理，確保螺栓孔內(nèi)無(wú)雜物；把新供螺栓進(jìn)行檢查清理，確保無(wú)毛刺，并用白布蘸酒精清理干凈，然后涂抹防咬劑，進(jìn)行螺栓試裝（試裝時(shí)，用手慢慢帶入，旋入兩絲扣，退出1絲扣，直至安裝到要求位置）。

把軸瓦瓦枕恢復(fù)原位：把新供螺栓拆下并清理干凈，用塑料布包裹好妥善保管。把瓦枕恢復(fù)原來(lái)位置，放入正式墊片，按照記錄調(diào)整兩側(cè)間隙，確保與記錄保持一致；把#4軸瓦按工序恢復(fù)原位，恢復(fù)后把千斤頂拆除，確保百分表及油檔洼窩數(shù)據(jù)與記錄一致；按照螺栓編號(hào)依次把瓦枕螺栓緊固。緊固時(shí)清理螺栓及螺栓孔，確保無(wú)毛刺、無(wú)雜物，并涂抹防咬劑。

3 主要質(zhì)量控制措施及結(jié)論

鉆孔前測(cè)量定中心套筒的加工尺寸，偏差控制在0.05mm 以內(nèi)，內(nèi)外倒角做好，避免卡澀；定中心套筒安裝前，對(duì)廠家在廠內(nèi)鉆配好的銷孔進(jìn)行全面清理，保證干凈、無(wú)毛刺、雜物；鉆孔過(guò)程使用磁座鉆的最低轉(zhuǎn)速鉆孔，控制好力矩，不能用過(guò)大力矩?fù)p壞鉆頭和鉸刀等設(shè)備；按照銷孔由小到大的順序依次鉆配，避免鉆頭力矩過(guò)載損壞；定心套筒的更換用頂絲取出，不能用尖銳工具撬別，以防損傷定心套筒或成品銷孔的工作面。

在沒有揭缸情況，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)嚴(yán)格的每一個(gè)過(guò)程工藝控制，用不同規(guī)格的鉆頭精密定心，通過(guò)定心套筒鉆孔、擴(kuò)孔、取出下部咬死螺栓部分，取出過(guò)程沒有損傷螺孔。用液壓鉆、液壓攻絲機(jī)成功鉆孔、攻絲，完成中間損傷絲扣的切除，底部絲扣中心和上部中心重合。在鉆孔、攻絲過(guò)程中，根據(jù)取出咬死螺栓的工藝過(guò)程，利用螺栓固定連接工裝；將液壓鉆就位于連接工裝，采用取出咬死螺栓的方法，用不同規(guī)格的鉆頭在定心套筒的引導(dǎo)控制下，進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔，達(dá)到要求尺寸后，用液壓攻絲機(jī)，在定心工裝固定下，找正、定心、攻絲，最終成功完成咬死螺栓的全部處理工作。