汽轮机组壳体螺栓孔加工工艺分析及优化

汽轮机组壳体螺栓孔加工工艺分析及优化

杨春斌

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨150046）

摘要：汽轮机组壳及在运行一段时间后会发现螺栓孔有不同程度的损伤和瑕疵，如刮痕、毛刺等，需要对其进行再加工或者修复等优化方式，因此本文就汽轮机组壳体螺栓孔加工工艺分析及优化措施进行了研究。

关键词：汽轮机；组壳体；螺栓孔；加工工艺；优化

前言

汽轮机部件设备的安全可靠性直接影响到电源侧的安全性。随着汽轮机型号的不断更新，对汽轮机组壳体螺栓孔加工工艺分析及优化以及螺栓孔开裂修复技术研究仍具有一定意义。

1螺栓孔损伤的几种因素

1.1加工件刃边角未倒钝

法兰连接螺栓，拉出后螺栓体损伤状况。该螺栓加工完成后，未对螺栓端部刃边作倒钝/抛顺处理，致使刃边存在。当螺栓在过盈配合的孔内拉出动作时，刃边刮伤孔面，继续拉出时，接触面起瘤、划痕等。

1.2安装螺栓时，配合面混入了脏物或未清洁干净

当使用冷缩法冷冻螺栓安装时，空气在冰冷的螺栓表面易出现凝霜，此时使用手套拿装螺栓时，手套上附带的颗粒状脏物易随结凝霜附着在螺栓表面，一旦清洁不干净，很可能将杂质带进紧配面内，造成下次拆卸的损伤。所以务必使用干净的皮手套，且作数次抖动去除粘附物。推入螺栓前要再次检查确认螺栓表面干净无杂物。

1.3螺栓安装时采用二硫化钼作润滑剂

二硫化钼是重要的固体润滑剂，通常施工人员在安装冷冻的螺栓前喷入二硫化钼，而拉出时常常会有损伤。实际上轴系螺栓是过盈配合尺寸，常温下拆除螺栓时，过盈配合的螺栓与孔配合面中间夹杂的二硫化钼会起到反作用“增摩”效果。在“GB50231-2009机械设备安装工程施工及验收通用规范第五节‘装配’第5.2.10项:具有过盈的配合件装配时，强调“配合面涂一薄层不含二硫化钼添加剂的润滑油”。

1.4螺栓受额外的冲击力而变形

工作人员员反馈在程发现中轴与飞轮端法兰连接螺栓螺母有松动现象。打紧螺母后拆检，用油顶外拉拔除时，发现有多颗螺栓横面断裂。螺母的松动造成螺栓在传递力偶时受到了额外的剪切/拉伸/挤压等冲击力，未及时发现并处理，再加上主机侧的震动，长时间造成了螺栓磨损、变形，产生内应力等，也就有了检修时螺栓直接拉断的现象。

2火焰开孔的主要施工工艺步骤

1)拉线照光后，按主机安装图纸对主机底畦嘲；栓孔进行定位、划线，用洋冲定出圆心，划出加工圆；

2)在加工圆外5mm处再划—个校对圆，并在校对圆上对角用洋冲打4个校对点；

3)拉设临时电源，将电源、氧气瓶准备到位，尽量离作业点较近，并且将动能源皮带架空，防止踩踏引起的气压变化或电源脱落；

4)用吸铁钻在主机底脚螺栓孔加工圆向内15mm处为圆心，钻—个直径10mm的贯穿引焰孔，所有开孔均位于主机底脚螺栓孔向船中处；

5)检查电源及氧乙炔供能正常，连接好火焰切割机动能源，并将氧气压力调至8kg-9kg；

6)在主机底脚螺栓孔反面空舱内根据引焰孔位置，对基座反顶进行除漆，通过打磨去除开孔区域的油漆；

7)将火焰切割柳放置到位，固定两根支撑，校准割嘴与圆心针距离至所需尺寸并锁定。将圆心针移至圆心洋冲点，开动切割栅慢速旋转一周，确保圆心针在圆心处稳定无漂移；

8)在引焰孔处点燃切割机火焰，并调整火焰大小至合适位置，开动切割机慢速旋转一周，对切割位置进行预热预热，回至引焰孔处停止；

9)在引焰孔处降低割嘴至切割高度并锁定，从引焰孔处开始切割并开动切割机慢速旋转，同时手动调节割嘴缓慢移动至所需尺寸，随后由机器自行切割；

10)切割至切入口处(不能超过切入口)关闭火焰，移除切割机；．

11)用游标卡尺检测开孔孔径是否符合要求，根据校对圆检测开孔是否偏离原定位位置，如检验结果—切正常则开始后续开孔；

12)用直柄砂轮机、小磨头将孔内突起处磨平，用抛光头进行抛光。经过段时间的车间试验，技术人员对火焰开孔结果和钻孔比较，认为在一些技术要求如圆度、垂直度及粗糙度等要求上完全满足主机底脚螺栓的安装要求，技术上可嘶指亍实船应用

3螺孔检查方法的试验验证

3.1螺纹视频检查

将检查设备放置在压力容器法兰模拟体上，调整摄像机回转中心与主螺栓孔对中，调节摄像机的焦距，使得每个摄像机均能清晰成像，调节灯板的位置及LED灯的亮度，使螺纹图像各处亮度均匀。图像采集单元下行，直至最下端摄像机的视野覆盖最底部螺纹段，旋转一周对主螺栓孔的所有螺纹段进行视频采集。旋转速度可调，时间为7.5～15s，检查效率较高。检查过程中，显示器可分屏显示所有摄像机的视频，也可全屏显示单个摄像机的视频，检查完毕后，可对螺纹视频录像进行回放并进行剪辑，再将剪辑好的视频文件下载至电脑、导出，作进一步分析。

3.2缺陷位置判别

检查设备自动运行过程中，观看实时视频图像，视频上会显示螺孔号、深度及角度信息。深度是指摄像机所观测的螺纹段的中心至法兰面的距离。角度是指摄像机在螺纹孔圆周方向上的位置，以螺纹孔指向压力容器中心的方向为零度方向，顺时针旋转为正方向。发现可疑缺陷后（事先处理并标记的凹坑），根据图像中显示的螺孔号、深度、角度信息，找到对应螺孔的对应位置，确实在此处找到该缺陷。结果表明检查装置视频图像清晰有效，可疑缺陷识别度高且螺孔号、深度、角度信息准确。

4螺栓孔开裂修复措施

4.1修复方案选择要科学

汽轮机组壳体螺栓孔备品越来越少。在缺少备品的情况下完成在用设备的维护，焊接修复成为唯一选择。汽轮机组壳体螺栓孔在设计时必须考虑到结构对应力分布和强度的影响。对于运行中的螺栓孔可以通过改变连接焊缝的位置使焊接区域避开应力集中区域。比如，将整个定位孔区域切掉以带定位孔的铸铁部件，采用焊接连接使变截面等常见应力集中部位避开应力集中区。实际上，螺栓孔裂纹形成原因往往很多，但是应力集中处易成为裂纹源。同时，合理设计部件可避免类同缺陷的产生。为此，首先要进行焊接性分析，珠光体焊缝及热影响区容易出现淬硬组织，当铸铁的薄弱部位较大时容易产生冷裂纹，应进行焊前预热以减小焊接残余应力从而减少冷裂纹的产生。

4.2构建整体工艺方案

4.2.1过渡板修复的方案。第一步将汽轮机组壳体螺栓孔断裂位置打磨出一平面，先用小平板研磨力求达到物理平面。用厚12mm的碳钢板将过渡板与螺孔平面对研至合格。对研的目的在于提高联接强度。第二在平面适当位置加工4个M12螺孔，将M12螺栓拧入，将过渡板与螺栓焊接固定在隔板上并打磨光滑。第三步用#20钢材料加工出一螺孔连接块，现场预装定位后焊接在完成隔板修复工作。

4.2.2补缩。要想获得合理的补缩通道，主要是选择合理的浇注位置以利于补缩。在适当的热节部分设置冷铁配合冒口保证铸件补缩距离的延长。冒口是铸钢件制造中提供补缩的重要部分，设置冒口的一般方法是分别对每个铸件部分计算其模数，依据此模数选择或设计冒口，然后再用补缩液量法知道铸件的热节情况及各区域的模数值，再根据该结果进行冒口的大小进行了分区补缩。另外，采用布放冷铁激冷对冒口不能直接补缩到的部分可以延长冷却末端。同时，需增加补贴来创造补缩通道和延长距离。

结束语

螺栓孔开孔采用火焰开孔的方式，是一项新技术的应用，能够很好地提高施工效率，降低施工成本，并提高主机轴系的施工进度，提高综合运行效率。

参考文献：

[1]唐岚，陈翀，李声，等.螺栓孔检查设备的研制［J］.核电子学与探测技术，2016，（24）.

[2]戴奕慧.某汽轮机铸铁隔板螺栓孔开裂修复案例研究[J].中国新技术新产品，2017（07）.