水電站機組檢修不銹鋼螺栓鎖死問題處理及預(yù)防

陳明輝

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 引言

廣州抽水蓄能電廠（以下簡稱廣蓄電廠）位于廣州市從化區(qū)境內(nèi)，距廣州市120 km，廣蓄A(yù)、B 廠總裝機容量為2 400 MW（8×300 MW），其中A 廠(一期工程)裝機容量為1 200 MW（4×300 MW），于1994 年全部建成投產(chǎn)。廣蓄B 廠(二期工程)裝機容量為1 200 MW（4×300 MW），于2000 年全部建成投產(chǎn)。2022 年11 月份在進行B 廠7 號機組A 級檢修過中，發(fā)生一顆發(fā)電機上下端軸不銹鋼連軸螺栓（M160×6），在回裝過程中無法裝配到位，隨即使用專用扳手反方向松拆也無法退出的情況，分析判斷為連軸螺栓的外螺紋與下端軸孔座內(nèi)螺紋已經(jīng)鎖死。上下端軸連接螺栓做為發(fā)電機連接的核心部件，如果裝配不到位，將給發(fā)電機的正常運行帶來安全隱患。此時如果強行采取其他加大力矩的手段，強行將螺栓扭到位有可能造成孔座內(nèi)螺紋發(fā)生更大的損傷，7 號機組A 修項目組領(lǐng)導(dǎo)立即叫停了現(xiàn)場施工，組織相關(guān)技術(shù)專家研討相應(yīng)的處理措施。

2 處理方案

針對上述連軸螺栓鎖死的問題，7 號機組A 修項目組通過專題技術(shù)研討，提出采用磁力鉆鏜孔破拆的方法，先將鎖死連接螺栓取出。利用磁力鉆對問題螺栓進行鉆孔并鏜孔至足夠大后，使螺栓外螺牙與孔座的內(nèi)螺牙接觸部分的應(yīng)力得到相應(yīng)的釋放后一再采取加大扭矩的方法將螺栓松拆。破拆后再根據(jù)下端軸孔座內(nèi)螺紋的損傷情況，制定相應(yīng)的螺紋修復(fù)方案。

圖1 連軸螺栓螺紋示意圖

圖2 連軸螺栓實物圖

由于抽水蓄能電站發(fā)電機組下風(fēng)洞轉(zhuǎn)子下部結(jié)構(gòu)設(shè)計一般都比較緊湊、空間狹小，螺栓鎖死部分的操作空間僅為1 m 左右（圖3），而且操作人員必須采用仰視作業(yè)，給破拆帶來很大的難度。

圖3 連軸螺栓空間示意圖

2.1 磁力鉆固定

將磁力鉆安裝至破拆螺栓孔附近下端軸法蘭下部合適位置，并使用專用固定架進行保護支撐固定（圖4）。

圖4 磁力鉆固定實物圖

2.2 磁力鉆鉆孔

使用磁力鉆在聯(lián)軸螺栓底部中心位置，采用逐步遞增鉆孔的方法，至磁力鉆最大鉆孔上限70 mm。鉆孔時分別使用25 mm、31 mm、38 mm、45 mm、50 mm、60 mm、70 mm 麻花鉆頭遞增，鉆孔過程不斷使用乳化油進行潤滑冷卻，鉆孔深度需大于螺栓孔螺牙卡澀段的長度（130 mm）約50~100 mm，即鉆孔深度180~230 mm。需要注意的是，在鉆孔長度接近鉆頭長度時，需使用大一規(guī)格的鉆頭進行擴孔，防止因發(fā)熱和金屬粉末黏著鉆頭尾部卡死在鉆孔內(nèi)。（例如在使用50 mm 鉆頭鉆孔時，當(dāng)聽到鉆頭卡澀聲音，且鉆頭尾部將進入鉆孔時，換用60 mm 麻花鉆頭進行擴孔，然后再使用50 mm 麻花鉆頭鉆孔，使鉆孔直徑達(dá)到50 mm，深度達(dá)到180~230 mm）。鉆孔示意圖見圖5。

圖5 鉆孔尺寸示意圖

2.3 磁力鉆鏜孔

鉆孔完畢后，用磁力鉆在聯(lián)軸螺栓底部鉆孔基礎(chǔ)上鏜孔。在磁力鉆上安裝專用鏜孔刀架及浮動刀（規(guī)格16×16 mm、20×20 mm），找準(zhǔn)鏜孔中心，安排專人負(fù)責(zé)監(jiān)測，防止鏜孔過程中磁力鉆基座發(fā)生移動，造成鏜孔偏心，損傷下端軸螺孔螺牙。專用鏜孔刀架頂端有一段長約150 mm，直徑為50 mm 的導(dǎo)向桿（見圖6），可保證鏜孔中心與鏜刀中心對中。用磁力鉆帶專用鏜孔刀架及浮動刀在聯(lián)軸螺栓底部中心位置對已加工好的Φ70 mm 鉆孔進行鏜孔，逐級加大鏜孔直徑。當(dāng)鏜孔直徑在70~120 mm之間時，使用16×16 mm 規(guī)格的浮動刀，要求每次更換刀具時單邊吃刀量為5 mm。當(dāng)鏜孔直徑在120~140 mm之間時，使用20×20 mm 規(guī)格的浮動刀，要求每次更換刀具時單邊吃刀量為3 mm。以上鉆孔及鏜孔過程中均需安排專人負(fù)責(zé)監(jiān)測磁力鉆工作情況，同時另外安排人員使用吸塵器對破拆產(chǎn)生碎屑進行清理。

圖6 鏜刀刀架及導(dǎo)向桿實物圖

2.4 螺栓破拆

當(dāng)鏜孔直徑達(dá)到140 mm 時，嘗試使用螺栓拆裝專用工具配合加長桿松動螺栓，將聯(lián)軸螺栓拆卸下來。無法松動，則將孔徑繼續(xù)擴大，分別在孔徑達(dá)到144 mm、148 mm 時仍無法松動，將螺孔擴大至150 mm，順利完成連軸螺栓拆卸。

圖7 鏜孔尺寸示意圖

2.5 軸孔座內(nèi)螺紋修復(fù)

連軸螺栓拆卸后對下端軸孔座內(nèi)螺紋進行檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)螺紋損傷不嚴(yán)重進行清掃修復(fù)可滿足回裝的要求。使用M160×6 絲錐對該螺孔進行攻絲，然后使用電動直磨機配合銅質(zhì)鋼絲磨頭對內(nèi)螺牙進行打磨拋光，最后使用油石進行研磨，要求研磨后螺牙光滑、無毛刺、以手檢查無刺感。

2.6 備品連軸螺栓檢查

（1）開展備品螺栓無損檢測，要求無異常為合格。研磨合格備品螺栓的螺牙，要求研磨后螺牙光滑、無毛刺、以手檢查無刺感。

（2）用通止規(guī)檢查聯(lián)軸螺栓備品和下端軸螺栓孔螺牙，要求能用通規(guī)（T）順利旋進被測螺紋、止規(guī)（Z）旋進被測螺紋不超2.5 圈為合格。

（3）增加開展備品螺栓整體平直情況檢查，要求彎曲處偏差不大于2 mm。

2.7 連軸螺栓回裝

（1）在連軸螺栓的絲牙及軸孔座上均勻涂抹二硫化鉬潤滑劑。

（2）用聯(lián)軸螺桿專用工具配合電子秤將聯(lián)軸螺桿緩慢旋入螺孔內(nèi)，由2 名工作人員進入轉(zhuǎn)子體內(nèi)，雙手扶住螺桿配合螺桿下落，使螺桿正確對孔直到旋入到位，一旦螺桿旋入時卡澀，立即旋出檢查螺桿絲牙及螺栓孔并重新清潔。

（3）必要時可用小天車配合吊帶掛住螺桿輕微受力繃直吊帶，使螺桿旋入時保持垂直不發(fā)生偏斜，可有效防止卡澀。采取以上相關(guān)預(yù)防措施后，備品連軸螺栓順利完成回裝。

3 鎖死原因分析

該機組的結(jié)構(gòu)形式轉(zhuǎn)子連軸螺栓較長（長度4 005 mm）,機組的A 級檢修周期為10 年，連軸螺栓在長期的受力運轉(zhuǎn)中，導(dǎo)致部分螺栓的直線度發(fā)生改變。直線度較差的螺栓在回裝旋進過程時，就不能保證螺栓處于垂直軸線狀態(tài)受力，是造成此次連軸螺栓鎖死的直接原因。后續(xù)在機組A 級檢修作業(yè)指導(dǎo)書中，增加轉(zhuǎn)子連軸螺栓直線度測量質(zhì)量控制點。在聯(lián)軸螺栓最外側(cè)兩個凸臺的外側(cè)放置兩個銷軸，拉緊一條鋼絲線，用鋼板尺測量凸臺與鋼絲線的垂直距離，檢查聯(lián)軸螺栓的直線度，對存在直線度偏離的螺栓進行校正。

圖8 螺栓直線度測量示意圖

4 預(yù)防措施

不銹鋼螺栓在安裝過程中鎖死的現(xiàn)象時有發(fā)生，發(fā)生這種現(xiàn)場螺栓與螺母的連接方式，要比螺栓與螺孔座的連接方式處理簡單，但是從經(jīng)驗上分析不銹鋼螺栓發(fā)生鎖死后，要想拆分基本上只有采用破拆的方式，因此要在源頭上采取防鎖死的措施，降低螺栓在回裝過程中的鎖死風(fēng)險就顯的十分重要。

（1）安裝不銹鋼螺栓前要將螺栓的螺牙部位用鋼絲刷、油石等清掃工具將表面的油污、毛刺等清理干凈，確保螺紋表面光潔度。

（2）安裝螺栓前在螺牙表面涂抹必要的潤滑劑，常用的有石墨、云母、二硫化鉬、黃油等，涂抹應(yīng)均勻，且充滿螺紋牙底。

（3）大體積的螺栓安裝前，可以在螺栓螺牙表面纏縛適量的聚四氟乙烯（俗稱“生料帶”），螺栓緊固時螺紋間所產(chǎn)生的壓力可使聚四氟乙烯充填不銹鋼螺栓螺紋表面和螺紋間的空隙，達(dá)到類似覆膜的效果，提高螺紋表面光滑度。生料帶自身的潤滑性和表面的不粘性，也有助于防止緊固過程中的鎖死。生料帶不僅價格便宜，而且國內(nèi)市場采購方便，可以推廣普及使用。

（4）在日本不銹鋼螺栓安裝前，基本上都會對不銹鋼螺栓螺牙表面進行S-COATING 技術(shù)處理。該S-COATING 藥水對不銹鋼緊固件進行特殊化學(xué)處理后，可以很好的降低不銹鋼緊固件鎖死的情況發(fā)生，但是S-COATING 處理劑價格昂貴且為日本公司專有，國內(nèi)部分重要設(shè)備的不銹鋼緊固件可以采購這個專利處理劑使用。

（5）安裝螺栓時前幾個螺牙（2~3 扣絲）的帶入至關(guān)重要，前幾牙帶入過程中需要保證螺栓與螺母或孔座的配合應(yīng)能達(dá)到輕松旋入的狀態(tài)。后續(xù)螺栓持續(xù)旋入過程中，必須保證螺栓與螺母或孔座始終處于垂直軸線狀態(tài)，不能出現(xiàn)傾斜，而且在旋緊過程中，用力要均勻，不要超過螺栓的安全扭矩。

5 結(jié)論

導(dǎo)致不銹鋼螺栓鎖死的原因很多，不銹鋼緊固件一旦發(fā)生鎖死后，就很難繼續(xù)旋進或退出。本次廣蓄電廠7 號機組連軸螺栓鎖死的破拆工法，成功的解決了在狹小受限空間內(nèi)螺栓鎖死的破拆問題。可以成為解決大體積不銹鋼螺栓緊固件鎖死后分離的通用方法之一，對同類型不銹鋼螺栓鎖死的處理，具有一定的參考和借鑒意義。水電站機組設(shè)備連接部件所使用的大體積不銹鋼螺栓一般價值都比較高，一但發(fā)生鎖死采用破拆的方式后，不僅螺栓基本都不能再次使用，而且整個破拆過程需要耗費較多的人力與工期，對水電站機組檢修的順利開展產(chǎn)生較大的影響，因此在水電站機組檢修中，更應(yīng)注重不銹鋼緊固件防鎖死的預(yù)防措施。