轴伸贯流式水轮机小轴与转轮连接螺丝的断裂与更换

邹金钟

（安徽省江河水利水电运行管理有限责任公司 马鞍山市 238251）

1 螺丝断裂

轴伸贯流水轮机组为卧式机组，有着较长的转轴。水轮机转轴为两点支撑，两支点分为水导轴承和径向轴承（径向轴承在推力轴承箱中）。为便于叙述，本文以GD008-WZ-260机组为例。机组示意图如图1所示。该机组转轮直径为2.6m，重量为1.8t；水轮机转轴分为小轴和大轴，分别位于转轮两侧。大轴长为 6.2m，空心结构，长度为6.2m，重量为0.86t。小轴为实心钢件，重量为0.86t。这样，转动部件总重量达4.86t。转轴在两支点之间的长度为9.2t。所以，转轮与两轴之间的连接螺丝承受巨大的拉应力。在机组运行平稳时，这个应力没有问题。但当由于多种原因如气蚀等使机组运行中震动加剧时，这个应力将会在某瞬间达到很大的数值，以致于使连接螺栓断裂。断裂一般在较大机组中出现，并且发生在小轴一端，因为小轴与转轮连接螺丝较细。该型机组大轴连接螺丝为M46，小轴与转轮连接螺丝为M36。

2 准备工作

更换螺丝之前，除了排去流道里的水之外（能保证水位在转轮室以下就行），还要做好以下工作：

（1）将活动导叶打至全开位置，以方便人的进出。然后要关闭调速器总油阀，断开调速器电源，以防止电路误动作造成紧急停机关导叶，从而造成人身危险。

图1 轴伸贯流式水轮发电机组示意图

（2）人由导水锥进入操作位置时，容易滑跌倒，需在上部管壁焊上扶手。

（3）准备工具。主要有：1t葫芦2只，8t千斤顶2只，少量方木，斜铁（薄边厚度2mm左右）8块，对照图纸准备专用扳手，还有黄油、钢丝刷、灰刀、磨光机、毛巾以及常用工具。还要准备电压36V以下的手持行灯等。

3 螺丝更换

螺丝断裂后更换不是一般简单的换螺丝，要进行一些必要的处理，并要注意方法，否则，换上去的螺丝很快又会断裂。下面就介绍一下更换的方法：

（1）先拆其它部件。拆空气围带组件，拆主轴密封内外环，拆主轴密封上座，并用葫芦悬吊，做好保险措施。主轴密封下座不拆。

（2）旧螺丝拆卸。一般情况，绝大部分螺丝都已断裂，断裂部位发生在螺柱根部，与后帽的连接处，因为那里容易发生应力集中现象。后帽取出后，用M10×100的螺栓点焊在断裂的螺柱上，很容易就可将其卸出。注意，点焊时，焊条不要碰到螺孔壁上。

（3）制作特制螺栓。用拆下的螺柱两根焊在一起，将断开的一个螺帽焊上。注意，对接焊时要打坡口，使焊接牢固，备用。如图2所示。

图2 特制螺丝

（4）在转轮靠小轴一侧的下部，用10t左右的千斤顶将转轮顶起，调整叶片与外壳间隙，使其基本均匀。在左、右、下三个方向上，用斜铁楔入间隙中。

（5）将小轴与转轮法兰脱开约15cm，以便清理法兰面、骑缝销等。步骤：

① 由于需将小轴往水导轴承方向（即水轮机进水侧）移动，水导瓦将会与小轴轴颈以外的轴面接触，所以，必须先将这部分轴面清理干净，先用毛巾擦，再用砂纸打，最后用面团粘干净，再涂以透平油。

② 将焊好的长螺栓，旋入小轴与转轮法兰最上部的螺孔中。小轴可以顺着这个螺栓往外移动，不会发生较大的偏移和转动，便于后面的顺利安装。

③ 在小轴的上方用1t左右的葫芦，向进水方向拉小轴，使法兰面慢慢脱开，注意：葫芦吊点应尽量放在密封座的正上方，但不能影响导叶转动。为了安全，在小轴下方与密封下座之间用方木垫起。如图3所示。

图3 小轴脱开及转轮支撑示意图

（6）清理法兰面。小轴脱开后，就可以进行法兰面清理等项工作。

① 螺丝断裂后，水将进入空心大轴中，须用塑料管虹吸大轴空腔里的水。

② 将两骑缝销取出，注意每个销与对应的销孔要做好标记。把销处理干净。

③ 用磨光机装上钢丝轮，仔细打光结合面和法兰边缘，包括两个半销孔壁。

④ 用揉好的面团粘净结合面，并均匀涂抹薄薄一层憎水黄油。

（7）将小轴推回安装位置。骑缝销抹上薄薄一层黄油，装入半销孔中。用两只机械式螺旋千斤顶（注意：液压千斤顶平放时使用无效）放在密封下座的哈夫面上，同时均匀地推动小轴。如图3所示。当进入止口时，要测量法兰四个方向的间隙，应基本相等，这样，止口才能顺利进入。当两法兰面靠紧后，再次用塞尺测量间隙。用转轮下部的千斤顶及叶片间隙中的斜铁进行调整，使其相等。

（8）将新螺栓抹上黄油，安装，紧固。紧固时，在两侧同时用加力杆逐步逐个螺丝进行，每遍都不能漏紧。已感觉较紧时用塞尺检查法兰面间隙。如果某方位间隙较大，则说明大轴与小轴同轴度偏差，两法兰不平行，应根据间隙所在方位进行调整，继续紧固螺丝。最后，用0.05mm塞尺检查间隙，应不能进入。再打掉斜铁，复紧一遍间隙。

（9）回装其它部件。

4 为防止螺丝再次断裂，可以采取的一些措施

（1）如果螺栓根部与帽之间没有倒角，则新罗丝应加工成倒角，并适当加大倒角。以减少应力集中现象。

（2）采取不锈钢材料的螺丝。不锈钢材料具有较好的韧性，缓冲作用可以降低瞬间拉应力峰值。

（3）将螺栓内六角加大或改为外六角，这样便于把螺丝栓得更紧。

（4）气蚀是产生机组振动的重要原因。在转轮室之后的直锥管上增加补气阀，破坏水流的真空，减少气蚀的发生和降低气蚀的严重程度。

（5）将小轴和转轮法兰缝焊接。

（6）有条件时，将小轴、转轮吊出。运到厂家将螺孔加大，螺栓加粗。