一种大型水轮机螺栓安装工装的应用

杨冬 蔡朝东 冷天先

摘 要：在水电站机组检修过程中，对于水轮机轴下法兰为内法兰的机组，使用传统工艺拆装水轮机轴与转轮联接螺栓是一项费时、费力、安全风险较高的工作，在施工过程中不断优化施工方法及改善施工工艺，均未达到良好的效果，经过多年的摸索，设计制作了一套拆装螺栓的专用工装，工装保证了螺栓拆装省时、省力、高效且安全得到了保障，提高工作效率，缩短直线工期，提高检修效率。

关键词：水轮机轴;转轮;螺栓;工艺;专用工装

1 概述

小湾水电站厂房内共装6台机组，单机容量为700MW，装机总容量4200MW，电站多年平均发电量为189.9亿kW·h。小湾水轮机主轴下法兰为内法兰，水轮机轴与转轮连接前需先将螺栓安装至水机轴下法兰，螺栓规格为M125×6，长度约800mm，每颗重量70kg，共20颗。该螺栓安装时需将其托举一定高度，将丝牙与水机轴下法兰螺栓孔丝牙对正且螺栓不得倾斜，慢慢将螺栓选入螺栓孔中。在实际操作过程中，因螺栓较重，且水轮机轴下法兰螺栓孔下部为高度125mm的剪力销套孔，螺栓平衡不易控制，并出现多次对孔不正安装失败的情况，工作效率较低，且人员长时间托举易疲劳，螺栓有滑落或倾倒的危险，稍有不慎就会伤人及损坏设備，存在较大的安全隐患。

2 传统工艺存在的难题

2.1 螺栓安装传统工艺

1）将螺栓垂直放置于木板上，两人半蹲着使用木板向上托举螺栓，一人在一旁进行辅助稳定螺栓，将螺栓托举至水机轴下法兰面螺栓孔内进行安装。

2）螺栓放至叉车上方，推动叉车将螺栓搬运至水机轴下方，通过调整叉车的位置及起落水机轴进行对孔，当螺栓孔对正以后才能进行安装。

2.2 存在的问题

1）在螺栓安装过程中需保证与水机轴垂直，由于螺栓重量近70Kg，放置于木板上平衡不容易掌握且螺牙对正困难，会出现多次安装失败情况。

2）工作人员长时间托举螺栓后会乏力，且螺栓放置于木板上也不稳定，若安装人员配合不到位会出现螺栓滑落、倾倒的情况，造成人员受伤或螺栓丝牙损伤。

3）在这过程中由于水机轴法兰还有一段剪力销套孔，螺栓进入销套孔以后就很难观察到螺牙对正情况。

4）叉车起升高度有限，只能通过起升水机轴来进行对孔（一次不能确保能对正，需进行多次起落），但直接操作桥机起落不好掌握水机轴下落的高度，容易与螺栓碰撞损伤螺牙及损坏叉车。

无论是哪一种工艺都需要起重桥机来配合工作，都存在特种作业，尤其是使用叉车的方法，需多次起升水机轴，桥机操作频繁，而安装螺栓是需要人员较多，时间较长，不利于起重作业指挥和操作，存在较大的安全风险;螺栓安装时需6名以上工作人员（不包含起重人员），由于平衡、位置及螺牙对中等情况不好掌控，螺栓安装耗时较长、人员易疲惫、工作效率较低，完成所有螺栓安装需用2～3工作日。

3 专用工装工作原理

为保证螺栓安装时的平衡及防止螺栓掉落倾倒，利用法兰上均分的10个同镗螺孔与导杆进行螺栓定位为基础，设计制作的专用工装如[图1]所示。

专用工装主要由上层辅助板、中层托板、下层底板、起升螺旋杆、定位导杆、手轮等组成。其各部件的功能如下：

1）定位导杆可初步确定螺栓安装位置。

2）下层底板设置万向脚轮、水平气泡及顶丝，方便螺栓搬运及整体水平调整。

3）中层托板用于托举螺栓，设置配套螺母为方便螺栓进入安装位置后轻松旋入，中间设置螺杆套实现托板上下移动。

4）上层辅助板设置两个缺口，方便螺栓放入与安装后工装移位，并能在安装过程中防止螺栓倾倒。

5）起升螺旋杆固定于下层底板与上层辅助板上，手轮设置在上层辅助板上，通过摇动手手轮将螺栓托举至水机轴下法兰螺栓孔内进行安装。

4 工装应用的效果

2018～2019检修期在回装阶段使用专用工装搬运螺栓[图2]和安装螺栓[图3]。将两颗螺栓放至小车上移动到水机轴下方，两边卡槽卡住定位导杆进行定位，转动手柄将螺栓抬升至安装位置，依次安装两颗螺栓，安装完成后退出小车，按同样的操作安装剩余螺栓。安装螺栓分10组进行安装，每组安装2颗螺栓，每组螺栓安装耗时约20分钟，从准备开始安装到具备与转轮连接总耗时约230分钟。

传统工艺与专用工装安装螺栓的对比见下表：

通过使用工装安装水轮机轴与转轮联接螺栓，使工作高质、高效、同时安全风险降到了最低。使用后发现专用工装具有以下优点：

1）能保证螺栓安装时与法兰面保持垂直。

2）能转向移动方便螺栓搬运及对孔。

3）能同时承受两颗螺栓重量且在托举过程中方便、省力。

4）确保螺栓在托板上能摆放平稳，不发生倾倒情况。

5）能提高工作效率，降低安全风险，节约人力资源成本，保证设备不易受损，减少安全隐患。

5 结束语

通过使用此套工装最终的效果就是消除安全隐患，提高工作效率，缩短了直线工期，节约人力资源成本。经调研，为降低转轮与水轮机轴联接螺栓的锈蚀，大多数立式水轮机转轮联接螺栓采用的内嵌式结构，都存在安装难度较大的问题，这套装置能够满足现场使用条件并具备一定的推广价值。

参考文献

[1]周宁.水轮机制动器螺栓断裂原因分析[J].理化检验（物理分册），2019，55（01）：59-61+66.

[2]史宫男.潮流能水轮机叶根螺栓连接性能研究[D].哈尔滨工程大学，2016.

作者简介

杨冬（1986-），男，助理工程师，主要从事水电站机械设备检修与维护及技术管理工作。