汽輪機汽缸中分面的新型法蘭螺栓

付玥， 張懷翼， 付國強

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱 150046）

0 引言

確保汽輪機汽缸中分面法蘭螺栓的緊度是一項保證汽輪機正常運行的主要任務之一。由于其機械載荷和熱載荷都相當高，故在任何情況下都要保持高預載狀態(tài)，以保證中分面的緊度和汽缸的最大剛性。但是通過大量的實際應用表明并不是所有這些螺栓連接都易于控制。通常接合面的螺栓連接失效，并不是因為其尺寸不合適，而是因為未達到或不能保持所要求的預載荷值。

1 對中分面螺栓緊固件的要求

中分面螺栓緊固件承受著高機械載荷和熱載荷，故在確定尺寸和選擇其材料時必須予以慎重考慮。

1.1 強度要求

汽輪機的運行壓力和容量日益提高，導致汽缸的載荷增大。對中分面而言這種載荷必須由螺栓緊固件予以承擔，故要求采用大直徑螺栓緊固件。擰緊這種大直徑螺栓所需的力很大，并且隨著螺栓尺寸的增大而超比例地增大。因此，隨著技術的發(fā)展，需要創(chuàng)新的螺栓緊固件，既能輕易地、可靠地擰緊，又不受其尺寸的約束。

1.2 溫度的要求

為了改善汽輪機的效率和提高力矩輸出，其運行溫度也在不斷提高。因此，對中分面螺栓緊固件的材料要求也隨之提高。在選擇材料時，其抗蠕變和抗松弛的能力特別重要，因為這反映了螺栓緊固件在長時間內(nèi)保持初始預載荷水平的能力。所有材料的抗松弛能力在300～700℃的范圍內(nèi)都會明顯下降。也就是說，在高溫下，初始預載荷已所剩無幾了。此時再增大預載荷已無濟于事，相反倒會導致預載荷喪失更快。所以，或者是加大緊固件的尺寸，當然就會帶來上述問題，若改用耐熱性能更好的材料，成本就較高。但是，如前所述，即使采用了正確尺寸的螺柱，也無法保持所需的預載荷，因為頭幾扣承載螺紋會發(fā)生下陷現(xiàn)象。最后，還需指出，材料的相對熱膨脹對預載荷來說是致命的因素。在高運行溫度下，即使熱膨脹產(chǎn)生微小的部件尺寸差別，也會導致預載荷的巨大變化。如果汽缸的膨脹超過螺柱的膨脹，螺柱就會蠕變。反之，汽缸中分面就會張開，導致漏汽。所以，最好是選擇具有相同熱膨脹系數(shù)的緊固件材料。

2 多頂緊螺栓緊固件

理論上，機械式多頂緊螺栓緊固件能滿足中分面的連接要求。它們只需要較小的空間，就能夠輕易精確地擰緊，不僅材料得到最佳利用，而且松卸簡單。

2.1 結(jié)構

多頂緊螺栓緊固件是一種理想的解決途徑。在結(jié)構上，有一個螺母如同標準緊固個那樣套在螺柱上。在螺母主螺紋的周圍有若干個小頂緊螺栓穿過螺母本體。每個頂緊螺栓都產(chǎn)生一個小的壓緊力，累積起來就會形成巨大的預載荷。

2.2 實際應用

通過幾個實例就可以顯示出多頂緊螺栓緊固件是如何來解決上述問題的。

2.3 尺寸的確定

多頂緊螺栓緊固件只需要較小的空間。因此，允許汽缸具有緊湊而剛性的結(jié)構，致使中分面能保持最低程度的應變。再同時測量螺柱的延伸率，據(jù)此就可以使預載荷達到所需的準確度。

2.4 松卸

小螺栓要比大螺栓容易擰松。可是，要注意的一點，需將各個小螺栓逐個減少負荷。把小螺栓一個挨一個松卸，則剩余的頂緊螺栓就將承受全部負荷。這一點在實踐中往往易被疏忽。此外，還應遵循專門的松卸程序，這樣即使在松卸處于超負荷狀態(tài)的多頂緊螺栓緊固件時，也不會導致其損傷。

2.5 緊度

多頂緊螺栓緊固件相對于標準螺栓緊固件的優(yōu)點，不僅體現(xiàn)在擰緊和松卸方面，而且還體現(xiàn)在運行期間。在達到預載荷后，應使其保持盡可能長的時間。所用材料在高溫下的偶發(fā)性載荷、螺紋下陷、熱膨脹不均和蠕變只能通過緊固件的高彈性予以控制。

3 結(jié)論

常規(guī)緊固件在運行過程中往往會引起麻煩，所要求的高預載荷在高運行溫度下無法達到或保持，結(jié)果使中分面張開，發(fā)生漏汽。多頂緊螺栓緊固件憑借著一系列優(yōu)點，可以用于所需機械、溫度和幾何條件的中分面連接。因為它們能使汽缸具有緊湊和剛性的結(jié)構，從而降低了緊固件的應力。僅憑手持簡單的擰緊力矩扳手，就能精準地調(diào)整預載荷，預緊工作就會變得輕松。因為螺栓彈性的提高，故可補償螺紋下陷，減緩蠕變；預載荷和中分面的緊度可以保持較長時間；此外，多頂緊螺栓緊固件能迅速松卸，可節(jié)省時間和費用。因此采用多頂緊螺栓緊固件是控制中分面連接的理想手段。