水電站機(jī)組檢修不銹鋼螺栓鎖死問題處理及預(yù)防

陳明輝

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 引言

廣州抽水蓄能電廠（以下簡(jiǎn)稱廣蓄電廠）位于廣州市從化區(qū)境內(nèi)，距廣州市120 km，廣蓄A(yù)、B 廠總裝機(jī)容量為2 400 MW（8×300 MW），其中A 廠(一期工程)裝機(jī)容量為1 200 MW（4×300 MW），于1994 年全部建成投產(chǎn)。廣蓄B 廠(二期工程)裝機(jī)容量為1 200 MW（4×300 MW），于2000 年全部建成投產(chǎn)。2022 年11 月份在進(jìn)行B 廠7 號(hào)機(jī)組A 級(jí)檢修過中，發(fā)生一顆發(fā)電機(jī)上下端軸不銹鋼連軸螺栓（M160×6），在回裝過程中無法裝配到位，隨即使用專用扳手反方向松拆也無法退出的情況，分析判斷為連軸螺栓的外螺紋與下端軸孔座內(nèi)螺紋已經(jīng)鎖死。上下端軸連接螺栓做為發(fā)電機(jī)連接的核心部件，如果裝配不到位，將給發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行帶來安全隱患。此時(shí)如果強(qiáng)行采取其他加大力矩的手段，強(qiáng)行將螺栓扭到位有可能造成孔座內(nèi)螺紋發(fā)生更大的損傷，7 號(hào)機(jī)組A 修項(xiàng)目組領(lǐng)導(dǎo)立即叫停了現(xiàn)場(chǎng)施工，組織相關(guān)技術(shù)專家研討相應(yīng)的處理措施。

2 處理方案

針對(duì)上述連軸螺栓鎖死的問題，7 號(hào)機(jī)組A 修項(xiàng)目組通過專題技術(shù)研討，提出采用磁力鉆鏜孔破拆的方法，先將鎖死連接螺栓取出。利用磁力鉆對(duì)問題螺栓進(jìn)行鉆孔并鏜孔至足夠大后，使螺栓外螺牙與孔座的內(nèi)螺牙接觸部分的應(yīng)力得到相應(yīng)的釋放后一再采取加大扭矩的方法將螺栓松拆。破拆后再根據(jù)下端軸孔座內(nèi)螺紋的損傷情況，制定相應(yīng)的螺紋修復(fù)方案。

圖1 連軸螺栓螺紋示意圖

圖2 連軸螺栓實(shí)物圖

由于抽水蓄能電站發(fā)電機(jī)組下風(fēng)洞轉(zhuǎn)子下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般都比較緊湊、空間狹小，螺栓鎖死部分的操作空間僅為1 m 左右（圖3），而且操作人員必須采用仰視作業(yè)，給破拆帶來很大的難度。

圖3 連軸螺栓空間示意圖

2.1 磁力鉆固定

將磁力鉆安裝至破拆螺栓孔附近下端軸法蘭下部合適位置，并使用專用固定架進(jìn)行保護(hù)支撐固定（圖4）。

圖4 磁力鉆固定實(shí)物圖

2.2 磁力鉆鉆孔

使用磁力鉆在聯(lián)軸螺栓底部中心位置，采用逐步遞增鉆孔的方法，至磁力鉆最大鉆孔上限70 mm。鉆孔時(shí)分別使用25 mm、31 mm、38 mm、45 mm、50 mm、60 mm、70 mm 麻花鉆頭遞增，鉆孔過程不斷使用乳化油進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻，鉆孔深度需大于螺栓孔螺牙卡澀段的長(zhǎng)度（130 mm）約50~100 mm，即鉆孔深度180~230 mm。需要注意的是，在鉆孔長(zhǎng)度接近鉆頭長(zhǎng)度時(shí)，需使用大一規(guī)格的鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，防止因發(fā)熱和金屬粉末黏著鉆頭尾部卡死在鉆孔內(nèi)。（例如在使用50 mm 鉆頭鉆孔時(shí)，當(dāng)聽到鉆頭卡澀聲音，且鉆頭尾部將進(jìn)入鉆孔時(shí)，換用60 mm 麻花鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，然后再使用50 mm 麻花鉆頭鉆孔，使鉆孔直徑達(dá)到50 mm，深度達(dá)到180~230 mm）。鉆孔示意圖見圖5。

圖5 鉆孔尺寸示意圖

2.3 磁力鉆鏜孔

鉆孔完畢后，用磁力鉆在聯(lián)軸螺栓底部鉆孔基礎(chǔ)上鏜孔。在磁力鉆上安裝專用鏜孔刀架及浮動(dòng)刀（規(guī)格16×16 mm、20×20 mm），找準(zhǔn)鏜孔中心，安排專人負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)，防止鏜孔過程中磁力鉆基座發(fā)生移動(dòng)，造成鏜孔偏心，損傷下端軸螺孔螺牙。專用鏜孔刀架頂端有一段長(zhǎng)約150 mm，直徑為50 mm 的導(dǎo)向桿（見圖6），可保證鏜孔中心與鏜刀中心對(duì)中。用磁力鉆帶專用鏜孔刀架及浮動(dòng)刀在聯(lián)軸螺栓底部中心位置對(duì)已加工好的Φ70 mm 鉆孔進(jìn)行鏜孔，逐級(jí)加大鏜孔直徑。當(dāng)鏜孔直徑在70~120 mm之間時(shí)，使用16×16 mm 規(guī)格的浮動(dòng)刀，要求每次更換刀具時(shí)單邊吃刀量為5 mm。當(dāng)鏜孔直徑在120~140 mm之間時(shí)，使用20×20 mm 規(guī)格的浮動(dòng)刀，要求每次更換刀具時(shí)單邊吃刀量為3 mm。以上鉆孔及鏜孔過程中均需安排專人負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)磁力鉆工作情況，同時(shí)另外安排人員使用吸塵器對(duì)破拆產(chǎn)生碎屑進(jìn)行清理。

圖6 鏜刀刀架及導(dǎo)向桿實(shí)物圖

2.4 螺栓破拆

當(dāng)鏜孔直徑達(dá)到140 mm 時(shí)，嘗試使用螺栓拆裝專用工具配合加長(zhǎng)桿松動(dòng)螺栓，將聯(lián)軸螺栓拆卸下來。無法松動(dòng)，則將孔徑繼續(xù)擴(kuò)大，分別在孔徑達(dá)到144 mm、148 mm 時(shí)仍無法松動(dòng)，將螺孔擴(kuò)大至150 mm，順利完成連軸螺栓拆卸。

圖7 鏜孔尺寸示意圖

2.5 軸孔座內(nèi)螺紋修復(fù)

連軸螺栓拆卸后對(duì)下端軸孔座內(nèi)螺紋進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)螺紋損傷不嚴(yán)重進(jìn)行清掃修復(fù)可滿足回裝的要求。使用M160×6 絲錐對(duì)該螺孔進(jìn)行攻絲，然后使用電動(dòng)直磨機(jī)配合銅質(zhì)鋼絲磨頭對(duì)內(nèi)螺牙進(jìn)行打磨拋光，最后使用油石進(jìn)行研磨，要求研磨后螺牙光滑、無毛刺、以手檢查無刺感。

2.6 備品連軸螺栓檢查

（1）開展備品螺栓無損檢測(cè)，要求無異常為合格。研磨合格備品螺栓的螺牙，要求研磨后螺牙光滑、無毛刺、以手檢查無刺感。

（2）用通止規(guī)檢查聯(lián)軸螺栓備品和下端軸螺栓孔螺牙，要求能用通規(guī)（T）順利旋進(jìn)被測(cè)螺紋、止規(guī)（Z）旋進(jìn)被測(cè)螺紋不超2.5 圈為合格。

（3）增加開展備品螺栓整體平直情況檢查，要求彎曲處偏差不大于2 mm。

2.7 連軸螺栓回裝

（1）在連軸螺栓的絲牙及軸孔座上均勻涂抹二硫化鉬潤(rùn)滑劑。

（2）用聯(lián)軸螺桿專用工具配合電子秤將聯(lián)軸螺桿緩慢旋入螺孔內(nèi)，由2 名工作人員進(jìn)入轉(zhuǎn)子體內(nèi)，雙手扶住螺桿配合螺桿下落，使螺桿正確對(duì)孔直到旋入到位，一旦螺桿旋入時(shí)卡澀，立即旋出檢查螺桿絲牙及螺栓孔并重新清潔。

（3）必要時(shí)可用小天車配合吊帶掛住螺桿輕微受力繃直吊帶，使螺桿旋入時(shí)保持垂直不發(fā)生偏斜，可有效防止卡澀。采取以上相關(guān)預(yù)防措施后，備品連軸螺栓順利完成回裝。

3 鎖死原因分析

該機(jī)組的結(jié)構(gòu)形式轉(zhuǎn)子連軸螺栓較長(zhǎng)（長(zhǎng)度4 005 mm）,機(jī)組的A 級(jí)檢修周期為10 年，連軸螺栓在長(zhǎng)期的受力運(yùn)轉(zhuǎn)中，導(dǎo)致部分螺栓的直線度發(fā)生改變。直線度較差的螺栓在回裝旋進(jìn)過程時(shí)，就不能保證螺栓處于垂直軸線狀態(tài)受力，是造成此次連軸螺栓鎖死的直接原因。后續(xù)在機(jī)組A 級(jí)檢修作業(yè)指導(dǎo)書中，增加轉(zhuǎn)子連軸螺栓直線度測(cè)量質(zhì)量控制點(diǎn)。在聯(lián)軸螺栓最外側(cè)兩個(gè)凸臺(tái)的外側(cè)放置兩個(gè)銷軸，拉緊一條鋼絲線，用鋼板尺測(cè)量凸臺(tái)與鋼絲線的垂直距離，檢查聯(lián)軸螺栓的直線度，對(duì)存在直線度偏離的螺栓進(jìn)行校正。

圖8 螺栓直線度測(cè)量示意圖

4 預(yù)防措施

不銹鋼螺栓在安裝過程中鎖死的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，發(fā)生這種現(xiàn)場(chǎng)螺栓與螺母的連接方式，要比螺栓與螺孔座的連接方式處理簡(jiǎn)單，但是從經(jīng)驗(yàn)上分析不銹鋼螺栓發(fā)生鎖死后，要想拆分基本上只有采用破拆的方式，因此要在源頭上采取防鎖死的措施，降低螺栓在回裝過程中的鎖死風(fēng)險(xiǎn)就顯的十分重要。

（1）安裝不銹鋼螺栓前要將螺栓的螺牙部位用鋼絲刷、油石等清掃工具將表面的油污、毛刺等清理干凈，確保螺紋表面光潔度。

（2）安裝螺栓前在螺牙表面涂抹必要的潤(rùn)滑劑，常用的有石墨、云母、二硫化鉬、黃油等，涂抹應(yīng)均勻，且充滿螺紋牙底。

（3）大體積的螺栓安裝前，可以在螺栓螺牙表面纏縛適量的聚四氟乙烯（俗稱“生料帶”），螺栓緊固時(shí)螺紋間所產(chǎn)生的壓力可使聚四氟乙烯充填不銹鋼螺栓螺紋表面和螺紋間的空隙，達(dá)到類似覆膜的效果，提高螺紋表面光滑度。生料帶自身的潤(rùn)滑性和表面的不粘性，也有助于防止緊固過程中的鎖死。生料帶不僅價(jià)格便宜，而且國(guó)內(nèi)市場(chǎng)采購(gòu)方便，可以推廣普及使用。

（4）在日本不銹鋼螺栓安裝前，基本上都會(huì)對(duì)不銹鋼螺栓螺牙表面進(jìn)行S-COATING 技術(shù)處理。該S-COATING 藥水對(duì)不銹鋼緊固件進(jìn)行特殊化學(xué)處理后，可以很好的降低不銹鋼緊固件鎖死的情況發(fā)生，但是S-COATING 處理劑價(jià)格昂貴且為日本公司專有，國(guó)內(nèi)部分重要設(shè)備的不銹鋼緊固件可以采購(gòu)這個(gè)專利處理劑使用。

（5）安裝螺栓時(shí)前幾個(gè)螺牙（2~3 扣絲）的帶入至關(guān)重要，前幾牙帶入過程中需要保證螺栓與螺母或孔座的配合應(yīng)能達(dá)到輕松旋入的狀態(tài)。后續(xù)螺栓持續(xù)旋入過程中，必須保證螺栓與螺母或孔座始終處于垂直軸線狀態(tài)，不能出現(xiàn)傾斜，而且在旋緊過程中，用力要均勻，不要超過螺栓的安全扭矩。

5 結(jié)論

導(dǎo)致不銹鋼螺栓鎖死的原因很多，不銹鋼緊固件一旦發(fā)生鎖死后，就很難繼續(xù)旋進(jìn)或退出。本次廣蓄電廠7 號(hào)機(jī)組連軸螺栓鎖死的破拆工法，成功的解決了在狹小受限空間內(nèi)螺栓鎖死的破拆問題。可以成為解決大體積不銹鋼螺栓緊固件鎖死后分離的通用方法之一，對(duì)同類型不銹鋼螺栓鎖死的處理，具有一定的參考和借鑒意義。水電站機(jī)組設(shè)備連接部件所使用的大體積不銹鋼螺栓一般價(jià)值都比較高，一但發(fā)生鎖死采用破拆的方式后，不僅螺栓基本都不能再次使用，而且整個(gè)破拆過程需要耗費(fèi)較多的人力與工期，對(duì)水電站機(jī)組檢修的順利開展產(chǎn)生較大的影響，因此在水電站機(jī)組檢修中，更應(yīng)注重不銹鋼緊固件防鎖死的預(yù)防措施。