汽轮机的大型可靠螺栓连接件

周珩磊

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046）

1 引言

对于利用剪切力锁紧的刚性联轴节来说，两个联轴节半部依靠它们与驱动件的表面接触来传递扭矩，这时驱动件本身承受的是剪切力。

根据剪切式联轴的承载能力，在联轴节和驱动件之间的接触压力与驱动件的剪切载荷同等重要。通常，联轴节的尺寸都是根据剪切载荷予以确定。相当高的接触压力仅通过经验所得的安全系数予以考虑。如果在设计阶段通过分析来计算表面压力，则可以明显提高联轴节的承载能力，从而减小所取用的安全系数。在实践中，采用多顶紧螺栓紧固件可获得较高的承载能力。

2 拧紧和松卸的问题

在拧紧高扭矩传递的联轴节连接件时，联轴节螺栓的拧紧和松卸是最大的问题。

在拧紧联轴节螺栓时，人们总是试图获得尽可能高的预载荷，以便把两个联轴节半部固紧在一起。由于传递的扭矩大，而且随着技术的完善还会增大，就需要采用大直径的螺栓。但是，大直径的螺栓难以拧紧。目前常用的拧紧方法如下：

（1）力矩拧紧法。采用力矩拧紧法时，先把螺母套在螺栓上，然后按照规定的力矩予以拧紧。由于力矩的增大与螺纹直径的三次方成比例，这种拧紧法很快就达到了极限。当螺纹直径达到M24或更大，单靠人力已无法保证可靠地拧紧联轴节螺栓，必须改用机械工具、气动工具或液压工具。而这些工具通常都较笨重、昂贵，并需要较大的操作空间。

（2）机械拧紧法。机械拧紧法可能比较理想，因为这时螺栓和连接法兰同时被预紧，在理论上螺栓可以达到最大拉伸量。

（3）多顶紧螺栓紧固件。多顶紧螺栓紧固件能精确达到目的，也就是说，利用较小的螺栓连接件可以获得同样的预载荷，从而使连接系统更紧凑、刚性更好、更经济。因此，采用机械式多顶紧螺栓紧固件是一种理想的解决方法。这时所要求的操作空间较小，用简单的机械工具就可拧紧,材料可得到最佳利用，而且拆卸时毫无困难。

3 多顶紧螺栓介绍

（1）结构。有一个螺母本体，与标准紧固件一样被拧紧在连接螺栓上。在螺母的主螺纹四周有若干个小的顶紧螺栓。连接面的紧密性不是依靠主螺纹的拧紧，而是依靠这些小的顶紧螺栓来实现。每个顶紧螺栓产生一个小的压紧力，但加起来就成为了很大的预载荷。

（2）拧紧。采用多顶紧螺栓时，主螺纹在载荷下不会发生移动，只需把所有小的顶紧螺栓拧紧就可。拧紧小尺寸顶紧螺栓所需的力仅仅是拧紧主螺纹所需力的一小部分，因为拧紧力矩与螺纹直径的三次方成比例。

相对于大螺纹来说，小螺纹较容易处理，而且能较精确地拧紧。利用普通的力矩扳手获得的预载荷误差为±10%，通过同时测量螺栓的延伸率，就能获得精确的预载荷。

（3）拆卸。小直径螺栓的拆卸比大直径螺栓容易得多，但要注意，必须使各顶紧螺栓逐步减少载荷。如果使顶紧螺栓一个接着一个完全卸载，则整个载荷将落到其余螺栓上，这一点在具体操作时很容易被疏忽。此外，利用专门的松卸程序时，即使多顶紧螺栓紧固件过载，也能无损地松卸。通常，可以先把一个顶紧螺栓完全松开，重新上润滑剂后，再用比原来高10%的力矩重新拧紧。这时，相邻的各顶紧螺栓就变得松动。用这种方法可以在很短的时间内松卸多顶紧螺栓紧固件，而不会产生其它问题。

（4）优点。多顶紧螺栓紧固件不仅在拧紧和松卸方面比标准紧固件优越，而且在运行方面也具有很大的优越性。因为所达到的预载荷可以在尽可能长的时间内保持不变。载荷的不均匀、螺纹的塑化和变形等，只需要通过紧固件的高弹性就能予以控制。预载荷能保持更长的时间，使连接面保持可靠的紧密性。所以，其载荷的分布要比传统的紧固件更为均匀。

由于载荷分布均匀，延长了螺栓的使用寿命，因为载荷集中程度较低，降低了出现裂纹的危险。对8.8级M42螺栓连接系统的疲劳试验证明，多顶紧螺栓紧固件的使用寿命为传统紧固件的2.5～4倍。

4 结语

大型联轴节的螺栓连接件在运行时常常出现问题。利用摩擦型联轴节无法传递所需的力矩，因为无法达到或无法保持所需的轴向预载荷。采用正向（持续）锁紧的联轴节，又会在联轴节法兰之间承受负荷时发生位移，导致联轴节螺栓的变形，以及松卸时的磨损。在检修时往往必须更换联轴节螺栓，成本较高，而且还需要修复联轴节法兰。

采用多顶紧螺栓紧固件能有效地解决这些问题。只需使用简单的手持力矩扳手，就可以非常精确地达到预载荷要求。由于高弹性和均匀的负荷分布，预载荷能保持较长的时间，联轴节能保持紧密连接。此外，还能迅速松卸，节省时间和费用。因此，采用多顶紧螺栓紧固件是控制高传递扭矩的联轴节螺栓连接系统的理想解决措施。