浅谈液压拉伸螺栓在抽水蓄能机组中的应用

李贵桃

（江苏沙河抽水蓄能发电有限公司，江苏 溧阳 213333）

浅谈液压拉伸螺栓在抽水蓄能机组中的应用

李贵桃

（江苏沙河抽水蓄能发电有限公司，江苏 溧阳 213333）

摘要：抽水蓄能机组一般水头较高，结构紧凑，与常规水电机组相比，在同等容量下，机组各部件所承受的动载荷、冲击力等均较大，故抽水蓄能机组对各部件之间的连接螺栓要求较高，如螺栓的性能、结构、预紧力等。本文主要阐述液压连接螺栓在江苏沙河抽水蓄能机组中的应用及相关工艺要求等，希望能为同行提供一定的借鉴作用。

关键词：抽水蓄能机组；液压拉伸螺栓；工艺特点

1概述

江苏沙河抽水蓄能电站安装2台单机额定容量为50MW立轴单级可逆混流式水泵水轮机（HLN178-LJ-332）及三相立轴悬式空冷可逆式同步发电电动机（SFD50-20/630），主机设备由法国ALSTOM设计制造，总装机容量为100MW，设计年发电量1.82亿kW·h。其中水泵水轮机安装高程为-8m，发电额定水头97.7m，单机发电额定流量60.8m3/s，抽水最小扬程101m。

抽水蓄能机组一般水头较高，具有发电、抽水、调相等多种运行工况，因而在设计制造时，对结构部件本身的强度、连接可靠性等要求均较高。抽水蓄能电厂的土建投资占比达70%～80%，其中，厂房开挖是土建工程的重点，其开挖量的大小直接影响到整个工程的投资额。而液压拉伸连接螺栓不但能满足强度要求，而且在同等条件下，其外形尺寸较小，操作维修空间要求也不高，为抽水蓄能机组的高强度、紧凑性实现了技术可行性。法国ALSTOM在设计江苏沙河抽水蓄能电站的过程中就多次利用液压拉伸连接螺栓。如导叶接力器与控制环的连接，水泵水轮机顶盖与座环的连接，发电电动机轴与水泵水轮机轴的连接，机组进水主阀分别与压力钢管、凑合节的连接，以及进水阀分瓣阀座的组装等。

2螺栓预紧

螺栓预紧力的适当控制是确保螺纹联接质量的关键。预紧力过小，将导致联接松动而失效，预紧力过大，将导致装配时或偶然过载时螺栓过度屈服而产生早期断裂。预紧力的大小应根据螺栓组受力和联接的工况等要求决定。GB3098-2010《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》规定螺纹联接件的预紧力不得大于其材料屈服极限的80%。

2.1力矩控制法

2.2伸长量控制法

通过液压拉伸使螺栓伸长或加热使螺栓伸长到所需要的变形量，再拧紧螺母。液压紧固采用的压力可高达220MPa。对M30及以上螺栓联接，则可通过测量螺栓伸长量的方法来控制预紧力。用专用工具测量螺栓的弹性伸长，然后利用公式计算预紧力。该法控制的预紧力能排除摩擦系数、接触变形和被联接件变形等可变因素的影响，预紧力可达到±5%的精度。

螺栓伸长值、预紧力、长度等关系如下：

式中△-螺栓伸长值，mm；

3液压拉伸螺栓应用

3.1顶盖与座环

顶盖与座环连接螺栓为M48×4，螺杆长326mm，上螺纹长106mm，下螺纹长75mm，螺母高48mm，材质34CrNi13Mo，屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥850MPa，预紧力99.9MPa，数量78套。

注：顶盖与座环连接螺栓中心孔为盲孔。

3.2发电电动机轴与水泵水轮机轴

发电电动机轴与水泵水轮机轴连接螺栓M100×6，螺杆长600mm，上螺纹110mm，下螺纹190mm，发电电动机轴法兰厚150mm，水泵水轮机轴法兰厚170mm，预紧力98MPa，数量14套。

发电电动机轴与水泵水轮机轴连接螺栓伸长值通过公式（2）计算如下：

注：发电电动机轴与水泵水轮机轴连接螺栓中心孔为通孔。

3.3导叶接力器与控制环

导叶接力器与控制环连接螺杆M80×4，被拉伸的有效螺杆长度158mm，预紧力100MPa，数量2套。其预紧力通过公式（2）计算如下：

注：导叶接力器与控制环连接螺杆中心孔为通孔。

4专用工具-液压拉伸器

4.1工作原理

螺栓液压拉伸器简称液压拉伸器，主要用于各种规格螺栓的定值紧固或拆卸。它借助液力升压泵（超高压油泵）提供的液压源，根据材料的抗拉强度、屈服系数、伸长率、工作载荷等决定拉伸力，利用超高压油泵产生的伸张力，使被施加力的螺栓在其弹性变形区内被拉长，螺栓直径轻微变形，从而使螺母易于紧固或松动。拉伸器最大的优点是可以使多个螺栓同时被定值紧固或拆卸，布力均匀，安全、高效、快捷地紧固或拆卸螺栓。应用于水电、风电、火电、核电等领域，尤其在空间受到限制的工作环境中，拉伸器更是其他工具难以替代的。

4.2特点

液压拉伸连接具有以下特点：

（1）可多个螺栓同时紧固，使整圈螺栓受力均匀，得到均衡载荷，提高装配、拆卸效率。

（2）被拉伸螺栓受纯拉伸应力，不会发生扭曲现象或损坏被紧固表面。

（3）拉伸方式不受螺栓润滑效果和螺纹摩擦大小的影响，可以得到更为精确的螺栓载荷。

（4）对螺栓进行紧固得到的剩余载荷和有效载荷要比力矩方式更大，适用于紧固精度要求较高的接合应用。

5工艺过程

（1）螺栓验收。首先全数对螺栓进行无损检测；然后抽检部分螺栓做金相分析、光谱分析、拉伸试验、冲击试验等。上述试验全部合格方可投入使用。

（2）清扫。螺栓孔清扫干净，螺纹清扫、研磨、试配、做记号，并涂适量丝扣脂，对号入座。螺纹研磨和试配的目的是去除螺纹毛刺，校验或处理螺纹粗糙度和配合间隙，以达到GB197-81《普通螺纹公差与配合》的要求。

（3）将螺栓拧入螺孔或螺母，用手推动螺纹头部，向任何方向均能微量晃动，千分尺测量晃动量，换算为螺纹间隙，应符合GB-197-81《普通螺纹公差与配合》的要求。

（4）用手将螺栓旋出后，检查螺纹，不应有拉毛（如毛刺和细屑）。不符合要求时，应分析原因并处理。

（5）操作步骤：

第一步：螺栓安装。螺栓安装完毕，并进行手动紧固。

第二步：拉伸器安装。首先对称均布安装液压拉伸器，液压拉伸器使用前确认拉伸器已复位，每次拉伸器旋到位再松1/4圈（防止拉伸后拉伸器被卡塞）；之后通过分配器与同一个驱动装置连接。

第三步：螺栓预紧。螺栓伸长值（撤除油压后的剩余伸长值）达设计值的30%～50%，测量结合面之间的间隙为0（用0.02mm塞尺）。重复第二步、第三步，预紧其余螺栓。

第四步：螺栓终紧。采取对称均布紧固的方法进行终紧，使螺栓伸长值达到设计伸长值。

（6）检查验收。

6结语

采用液压拉伸紧固螺栓，不仅具有效率高，安装精确，质量可靠等优点，而且对螺栓的操作空间、安装位置等要求较低。从而降低设备耗材量，减少抽水蓄能机组的土建开挖，节约工程投资成本，提高经济效益。

中图分类号：TK730.6

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2015）04-0048-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.04.015

收稿日期：2015-01-08

作者简介：李贵桃（1968-），男，高级工程师，从事抽水蓄能发电公司生产、经营管理等工作。