大型軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)槳葉把合超級(jí)螺母安裝工藝

李傳法，楊 飛，張 浩

（中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213）

1 前言

軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片由葉片和樞軸兩部分組成，樞軸端面設(shè)置螺栓和剪切銷孔，與安裝在轉(zhuǎn)輪內(nèi)的轉(zhuǎn)臂通過螺栓、螺母把合在一起，靠樞軸與轉(zhuǎn)臂接觸面的摩擦力傳送力矩，帶動(dòng)槳葉旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)輪的葉片一方面承受其正背面水壓差所形成的彎曲力矩，另一方面承受水流的扭轉(zhuǎn)力矩，同時(shí)還要承受離心力作用，因此槳葉把合螺母起著尤為重要的關(guān)鍵作用。根據(jù)不同廠家設(shè)計(jì)，葉片與轉(zhuǎn)臂把合螺母分常規(guī)圓螺母把合和超級(jí)螺母把合兩種：常規(guī)圓螺母把合是在螺栓中間通入加熱裝置，使螺栓受熱伸長，然后用專用工具把緊螺母，當(dāng)螺栓冷卻收縮后使葉片與轉(zhuǎn)臂緊緊貼合在一起，該螺母把合方法操作簡單，并且可以同時(shí)對(duì)多根螺栓進(jìn)行加熱，質(zhì)量和工期容易保證。另一種為把合超級(jí)螺母，它是在葉片與轉(zhuǎn)臂把合螺栓的螺母上均布較多的預(yù)緊螺栓，通過專用工具多次不同力矩把緊預(yù)緊螺栓，從而使葉片與轉(zhuǎn)臂之間產(chǎn)生壓應(yīng)力。由于每個(gè)葉片與轉(zhuǎn)臂把合的超級(jí)螺母較多，每個(gè)超級(jí)螺母上又布置較多的高強(qiáng)壓緊螺栓。受結(jié)構(gòu)限制，超級(jí)螺母與葉片樞軸孔的徑向空間較小，至樞軸孔軸向邊緣距離較長，力矩扳手頭無法伸入樞軸孔內(nèi)施工作業(yè)，只有加長專用工具，使專用工具露出樞軸孔邊緣，此時(shí)專用工具力臂較長，沒有輔助工裝固定較長的作用力臂，當(dāng)力矩扳手在作周向轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)專用工具時(shí)，無法保證力矩扳手與專用工具垂直，施工中極易造成專用工具的損壞，使工程質(zhì)量、進(jìn)度受影響，因此需要采取一些特殊方法來完成超級(jí)螺母的安裝。

2 施工工藝原理

針對(duì)大型軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片與轉(zhuǎn)臂把合螺母為超級(jí)螺母結(jié)構(gòu)的，自行研制及應(yīng)用一套輔助裝置來固定專用工具，輔助裝置布置多個(gè)導(dǎo)孔，導(dǎo)孔與超級(jí)螺母上的預(yù)緊螺栓同心，直徑大于預(yù)緊螺栓0.15~0.20 mm，安裝在超級(jí)螺母上的預(yù)緊螺栓后起定位作用。當(dāng)專用工具驅(qū)動(dòng)預(yù)緊螺栓時(shí)，周向剪切力由其他預(yù)緊螺栓來承受，較大程度保證大力矩工具與專用工具的垂直度，實(shí)現(xiàn)長阻力臂預(yù)緊螺栓的安全施工。為減少預(yù)緊螺栓施工的人工勞動(dòng)強(qiáng)度，選擇一套液壓力矩工具，對(duì)液壓力矩工具作用力點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，在相鄰的超級(jí)螺母上設(shè)置一個(gè)液壓力矩工具輔助受力支臂，支臂伸出樞軸上的凹孔，與超級(jí)螺母的螺栓為絲扣連接，將液壓力矩工具作用力臂（即支點(diǎn)）改長，當(dāng)液壓力矩工具驅(qū)動(dòng)每個(gè)超級(jí)螺母上的預(yù)緊螺栓時(shí)，靠后一個(gè)超級(jí)螺母上的輔助受力支臂為支撐受力點(diǎn)，使液壓工具受力均勻，有效保證了超級(jí)螺母預(yù)緊螺栓施工專用工具的完好率。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

大型軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)槳葉把合超級(jí)螺母安裝工藝流程圖見圖1。

圖1 超級(jí)螺母安裝施工工藝流程圖

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 施工準(zhǔn)備

（1）技術(shù)準(zhǔn)備。安裝前，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及上報(bào)批復(fù)的槳葉安裝專項(xiàng)方案對(duì)現(xiàn)場人員進(jìn)行技術(shù)交底。

根據(jù)超級(jí)螺母的外徑尺寸以及每個(gè)預(yù)緊螺栓的規(guī)格、分布圓，設(shè)計(jì)一套輔助裝置，在該裝置與葉片樞軸凹孔邊緣最低位置平齊，外徑小于超級(jí)螺母1~2 mm。并根據(jù)預(yù)緊螺栓的分布設(shè)置多個(gè)導(dǎo)孔，導(dǎo)孔尺寸大于預(yù)緊螺栓0.15~0.20 mm。

根據(jù)超級(jí)螺母的預(yù)緊螺栓力矩值，選擇一套液壓力矩工具，并對(duì)受力作用支點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)。

根據(jù)超級(jí)螺母把合螺栓外徑，設(shè)計(jì)一個(gè)液壓力矩工具輔助受力支臂，與葉片把合螺栓為螺紋連接，支臂長度滿足伸出樞軸孔最高邊緣100 mm為易。

（2）生產(chǎn)準(zhǔn)備。槳葉超級(jí)螺母的安裝、拆除施工準(zhǔn)備，主要包括施工布置、手動(dòng)力矩工具的選型、輔助裝置工裝制作、液壓力矩工具的選型，液壓力矩工具“輔助受力支臂”的加工等，做好各個(gè)相應(yīng)施工工序的準(zhǔn)備工作。

3.2.2 超級(jí)螺母結(jié)構(gòu)布置

大型軸流轉(zhuǎn)槳式槳葉靠多顆把合螺栓與轉(zhuǎn)輪臂把合在一起，每個(gè)超級(jí)螺母及預(yù)緊螺栓其結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 超級(jí)螺母及預(yù)緊螺栓布置圖

3.2.3 預(yù)緊螺栓專用工具

根據(jù)超級(jí)螺母上的預(yù)緊螺栓，檢查校核專用工具是否滿足螺栓強(qiáng)度要求。

3.2.4 輔助裝置設(shè)計(jì)、制作

根據(jù)超級(jí)螺母把緊“專用工具”的結(jié)構(gòu)尺寸，如采用力矩工具直接套在超級(jí)螺母預(yù)緊螺栓上來把緊預(yù)緊螺栓，專用工具阻力臂較長，在施工過程中一旦力矩工具與專用工具不垂直，瞬間極有可能損壞“專用工具”，因此需要自行設(shè)計(jì)一套“輔助固定裝置”，用來固定阻力臂較長的“專用工具”，已減小力矩工具在旋轉(zhuǎn)預(yù)緊螺栓施工過程中的不垂直力矩，輔助固定裝置結(jié)構(gòu)詳見下圖3。

圖3 輔助固定裝置

3.2.5 液壓力矩工具選擇

根據(jù)超級(jí)螺母上的預(yù)緊螺栓力矩值要求，選擇合適力矩的液壓力矩工具。

3.2.6 液壓力矩工具改裝

（1）液壓力矩工具支撐點(diǎn)改進(jìn)。由于槳葉把合螺栓表面成弧形，而液壓力矩工具作用力點(diǎn)為圓周方向，因此需要將圓周方向的作用力臂改成軸向方向受力，將液壓力矩工具的作用力點(diǎn)拆除，根據(jù)柄上的齒輪結(jié)構(gòu)，配其加工一根套筒，并將尾部用鋼管加長延伸，其改裝后的結(jié)構(gòu)詳見圖4。

圖4 液壓力矩工具作用力點(diǎn)工具改裝圖

（2）液壓力矩工具作用力點(diǎn)轉(zhuǎn)移。由于液壓力矩工具作用力臂改成軸向方向后，而相鄰的螺栓孔為球面，作用力臂伸長后無周向作用受力支撐點(diǎn)，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)軸向支撐工具作為周向作用受力支撐點(diǎn)。根據(jù)槳葉把合螺栓的結(jié)構(gòu)尺寸，設(shè)計(jì)一套軸向支撐，中空鋼結(jié)構(gòu)，把合在超級(jí)螺栓的螺紋上，以作為液壓力矩工具周向作用受力支撐點(diǎn)。

3.2.7 超級(jí)螺母及預(yù)緊螺栓安裝

（1）超級(jí)螺母安裝。安裝前，先將超級(jí)螺母的螺紋和槳葉把合螺栓裸露的螺紋用清洗劑清洗干凈，并用細(xì)油石清理螺紋表面的毛刺，然后在螺紋上涂抹二硫化鉬或凡士林，同時(shí)將轉(zhuǎn)輪體內(nèi)的轉(zhuǎn)臂把合螺栓孔用清洗劑清洗干凈，用細(xì)油石清理絲扣表面的毛刺。安裝完所有把合螺栓后將槳葉吊入對(duì)正定位銷后安裝超級(jí)螺母。

（2）超級(jí)螺母預(yù)緊螺栓安裝。當(dāng)所有槳葉安裝完成后開始把緊超級(jí)螺母上的預(yù)緊螺栓。預(yù)緊前首先將“輔助裝置”安裝在超級(jí)螺母上的預(yù)緊螺栓上，然后將超級(jí)螺母預(yù)緊螺栓的“專用工具”從“輔助裝置”的導(dǎo)孔內(nèi)裝入，接著在相鄰的槳葉把合螺栓上安裝“軸向支撐工具”，最后安裝“液壓力矩工具”，通過液壓力矩工具對(duì)稱、分多次將各個(gè)超級(jí)螺母上的預(yù)緊螺栓把緊，最終達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)緊力矩值，詳細(xì)見圖5。

圖5 超級(jí)螺母及預(yù)緊螺栓安裝

4 結(jié)束語

本工藝通過研制固定阻力臂較長的超級(jí)螺母預(yù)緊螺栓專用工具的“輔助裝置”及采用電動(dòng)液壓力矩工具及改變作用力點(diǎn)等方式，提高了施工效率，保證了力矩工具垂直受力，將專用工具的損耗降到最低，節(jié)約了施工成本，為超級(jí)螺母預(yù)緊螺栓的安裝、拆除及檢修維護(hù)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。本工藝已在金沙、草街水電站成功運(yùn)用，與“專用工具+力矩扳手”緊固工藝相比，保證了螺栓緊固過程中垂直受力且力矩均勻，做到專用工具無損壞，同時(shí)大幅提高施工效率，可為類似項(xiàng)目施工提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。