汽轮机汽缸中分面的新型法兰螺栓

付玥， 张怀翼， 付国强

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046）

0 引言

确保汽轮机汽缸中分面法兰螺栓的紧度是一项保证汽轮机正常运行的主要任务之一。由于其机械载荷和热载荷都相当高，故在任何情况下都要保持高预载状态，以保证中分面的紧度和汽缸的最大刚性。但是通过大量的实际应用表明并不是所有这些螺栓连接都易于控制。通常接合面的螺栓连接失效，并不是因为其尺寸不合适，而是因为未达到或不能保持所要求的预载荷值。

1 对中分面螺栓紧固件的要求

中分面螺栓紧固件承受着高机械载荷和热载荷，故在确定尺寸和选择其材料时必须予以慎重考虑。

1.1 强度要求

汽轮机的运行压力和容量日益提高，导致汽缸的载荷增大。对中分面而言这种载荷必须由螺栓紧固件予以承担，故要求采用大直径螺栓紧固件。拧紧这种大直径螺栓所需的力很大，并且随着螺栓尺寸的增大而超比例地增大。因此，随着技术的发展，需要创新的螺栓紧固件，既能轻易地、可靠地拧紧，又不受其尺寸的约束。

1.2 温度的要求

为了改善汽轮机的效率和提高力矩输出，其运行温度也在不断提高。因此，对中分面螺栓紧固件的材料要求也随之提高。在选择材料时，其抗蠕变和抗松弛的能力特别重要，因为这反映了螺栓紧固件在长时间内保持初始预载荷水平的能力。所有材料的抗松弛能力在300～700℃的范围内都会明显下降。也就是说，在高温下，初始预载荷已所剩无几了。此时再增大预载荷已无济于事，相反倒会导致预载荷丧失更快。所以，或者是加大紧固件的尺寸，当然就会带来上述问题，若改用耐热性能更好的材料，成本就较高。但是，如前所述，即使采用了正确尺寸的螺柱，也无法保持所需的预载荷，因为头几扣承载螺纹会发生下陷现象。最后，还需指出，材料的相对热膨胀对预载荷来说是致命的因素。在高运行温度下，即使热膨胀产生微小的部件尺寸差别，也会导致预载荷的巨大变化。如果汽缸的膨胀超过螺柱的膨胀，螺柱就会蠕变。反之，汽缸中分面就会张开，导致漏汽。所以，最好是选择具有相同热膨胀系数的紧固件材料。

2 多顶紧螺栓紧固件

理论上，机械式多顶紧螺栓紧固件能满足中分面的连接要求。它们只需要较小的空间，就能够轻易精确地拧紧，不仅材料得到最佳利用，而且松卸简单。

2.1 结构

多顶紧螺栓紧固件是一种理想的解决途径。在结构上，有一个螺母如同标准紧固个那样套在螺柱上。在螺母主螺纹的周围有若干个小顶紧螺栓穿过螺母本体。每个顶紧螺栓都产生一个小的压紧力，累积起来就会形成巨大的预载荷。

2.2 实际应用

通过几个实例就可以显示出多顶紧螺栓紧固件是如何来解决上述问题的。

2.3 尺寸的确定

多顶紧螺栓紧固件只需要较小的空间。因此，允许汽缸具有紧凑而刚性的结构，致使中分面能保持最低程度的应变。再同时测量螺柱的延伸率，据此就可以使预载荷达到所需的准确度。

2.4 松卸

小螺栓要比大螺栓容易拧松。可是，要注意的一点，需将各个小螺栓逐个减少负荷。把小螺栓一个挨一个松卸，则剩余的顶紧螺栓就将承受全部负荷。这一点在实践中往往易被疏忽。此外，还应遵循专门的松卸程序，这样即使在松卸处于超负荷状态的多顶紧螺栓紧固件时，也不会导致其损伤。

2.5 紧度

多顶紧螺栓紧固件相对于标准螺栓紧固件的优点，不仅体现在拧紧和松卸方面，而且还体现在运行期间。在达到预载荷后，应使其保持尽可能长的时间。所用材料在高温下的偶发性载荷、螺纹下陷、热膨胀不均和蠕变只能通过紧固件的高弹性予以控制。

3 结论

常规紧固件在运行过程中往往会引起麻烦，所要求的高预载荷在高运行温度下无法达到或保持，结果使中分面张开，发生漏汽。多顶紧螺栓紧固件凭借着一系列优点，可以用于所需机械、温度和几何条件的中分面连接。因为它们能使汽缸具有紧凑和刚性的结构，从而降低了紧固件的应力。仅凭手持简单的拧紧力矩扳手，就能精准地调整预载荷，预紧工作就会变得轻松。因为螺栓弹性的提高，故可补偿螺纹下陷，减缓蠕变；预载荷和中分面的紧度可以保持较长时间；此外，多顶紧螺栓紧固件能迅速松卸，可节省时间和费用。因此采用多顶紧螺栓紧固件是控制中分面连接的理想手段。