水电站机组检修不锈钢螺栓锁死问题处理及预防

陈明辉

（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 引言

广州抽水蓄能电厂（以下简称广蓄电厂）位于广州市从化区境内，距广州市120 km，广蓄A、B 厂总装机容量为2 400 MW（8×300 MW），其中A 厂(一期工程)装机容量为1 200 MW（4×300 MW），于1994 年全部建成投产。广蓄B 厂(二期工程)装机容量为1 200 MW（4×300 MW），于2000 年全部建成投产。2022 年11 月份在进行B 厂7 号机组A 级检修过中，发生一颗发电机上下端轴不锈钢连轴螺栓（M160×6），在回装过程中无法装配到位，随即使用专用扳手反方向松拆也无法退出的情况，分析判断为连轴螺栓的外螺纹与下端轴孔座内螺纹已经锁死。上下端轴连接螺栓做为发电机连接的核心部件，如果装配不到位，将给发电机的正常运行带来安全隐患。此时如果强行采取其他加大力矩的手段，强行将螺栓扭到位有可能造成孔座内螺纹发生更大的损伤，7 号机组A 修项目组领导立即叫停了现场施工，组织相关技术专家研讨相应的处理措施。

2 处理方案

针对上述连轴螺栓锁死的问题，7 号机组A 修项目组通过专题技术研讨，提出采用磁力钻镗孔破拆的方法，先将锁死连接螺栓取出。利用磁力钻对问题螺栓进行钻孔并镗孔至足够大后，使螺栓外螺牙与孔座的内螺牙接触部分的应力得到相应的释放后一再采取加大扭矩的方法将螺栓松拆。破拆后再根据下端轴孔座内螺纹的损伤情况，制定相应的螺纹修复方案。

图1 连轴螺栓螺纹示意图

图2 连轴螺栓实物图

由于抽水蓄能电站发电机组下风洞转子下部结构设计一般都比较紧凑、空间狭小，螺栓锁死部分的操作空间仅为1 m 左右（图3），而且操作人员必须采用仰视作业，给破拆带来很大的难度。

图3 连轴螺栓空间示意图

2.1 磁力钻固定

将磁力钻安装至破拆螺栓孔附近下端轴法兰下部合适位置，并使用专用固定架进行保护支撑固定（图4）。

图4 磁力钻固定实物图

2.2 磁力钻钻孔

使用磁力钻在联轴螺栓底部中心位置，采用逐步递增钻孔的方法，至磁力钻最大钻孔上限70 mm。钻孔时分别使用25 mm、31 mm、38 mm、45 mm、50 mm、60 mm、70 mm 麻花钻头递增，钻孔过程不断使用乳化油进行润滑冷却，钻孔深度需大于螺栓孔螺牙卡涩段的长度（130 mm）约50~100 mm，即钻孔深度180~230 mm。需要注意的是，在钻孔长度接近钻头长度时，需使用大一规格的钻头进行扩孔，防止因发热和金属粉末黏着钻头尾部卡死在钻孔内。（例如在使用50 mm 钻头钻孔时，当听到钻头卡涩声音，且钻头尾部将进入钻孔时，换用60 mm 麻花钻头进行扩孔，然后再使用50 mm 麻花钻头钻孔，使钻孔直径达到50 mm，深度达到180~230 mm）。钻孔示意图见图5。

图5 钻孔尺寸示意图

2.3 磁力钻镗孔

钻孔完毕后，用磁力钻在联轴螺栓底部钻孔基础上镗孔。在磁力钻上安装专用镗孔刀架及浮动刀（规格16×16 mm、20×20 mm），找准镗孔中心，安排专人负责监测，防止镗孔过程中磁力钻基座发生移动，造成镗孔偏心，损伤下端轴螺孔螺牙。专用镗孔刀架顶端有一段长约150 mm，直径为50 mm 的导向杆（见图6），可保证镗孔中心与镗刀中心对中。用磁力钻带专用镗孔刀架及浮动刀在联轴螺栓底部中心位置对已加工好的Φ70 mm 钻孔进行镗孔，逐级加大镗孔直径。当镗孔直径在70~120 mm之间时，使用16×16 mm 规格的浮动刀，要求每次更换刀具时单边吃刀量为5 mm。当镗孔直径在120~140 mm之间时，使用20×20 mm 规格的浮动刀，要求每次更换刀具时单边吃刀量为3 mm。以上钻孔及镗孔过程中均需安排专人负责监测磁力钻工作情况，同时另外安排人员使用吸尘器对破拆产生碎屑进行清理。

图6 镗刀刀架及导向杆实物图

2.4 螺栓破拆

当镗孔直径达到140 mm 时，尝试使用螺栓拆装专用工具配合加长杆松动螺栓，将联轴螺栓拆卸下来。无法松动，则将孔径继续扩大，分别在孔径达到144 mm、148 mm 时仍无法松动，将螺孔扩大至150 mm，顺利完成连轴螺栓拆卸。

图7 镗孔尺寸示意图

2.5 轴孔座内螺纹修复

连轴螺栓拆卸后对下端轴孔座内螺纹进行检查，发现内螺纹损伤不严重进行清扫修复可满足回装的要求。使用M160×6 丝锥对该螺孔进行攻丝，然后使用电动直磨机配合铜质钢丝磨头对内螺牙进行打磨抛光，最后使用油石进行研磨，要求研磨后螺牙光滑、无毛刺、以手检查无刺感。

2.6 备品连轴螺栓检查

（1）开展备品螺栓无损检测，要求无异常为合格。研磨合格备品螺栓的螺牙，要求研磨后螺牙光滑、无毛刺、以手检查无刺感。

（2）用通止规检查联轴螺栓备品和下端轴螺栓孔螺牙，要求能用通规（T）顺利旋进被测螺纹、止规（Z）旋进被测螺纹不超2.5 圈为合格。

（3）增加开展备品螺栓整体平直情况检查，要求弯曲处偏差不大于2 mm。

2.7 连轴螺栓回装

（1）在连轴螺栓的丝牙及轴孔座上均匀涂抹二硫化钼润滑剂。

（2）用联轴螺杆专用工具配合电子秤将联轴螺杆缓慢旋入螺孔内，由2 名工作人员进入转子体内，双手扶住螺杆配合螺杆下落，使螺杆正确对孔直到旋入到位，一旦螺杆旋入时卡涩，立即旋出检查螺杆丝牙及螺栓孔并重新清洁。

（3）必要时可用小天车配合吊带挂住螺杆轻微受力绷直吊带，使螺杆旋入时保持垂直不发生偏斜，可有效防止卡涩。采取以上相关预防措施后，备品连轴螺栓顺利完成回装。

3 锁死原因分析

该机组的结构形式转子连轴螺栓较长（长度4 005 mm）,机组的A 级检修周期为10 年，连轴螺栓在长期的受力运转中，导致部分螺栓的直线度发生改变。直线度较差的螺栓在回装旋进过程时，就不能保证螺栓处于垂直轴线状态受力，是造成此次连轴螺栓锁死的直接原因。后续在机组A 级检修作业指导书中，增加转子连轴螺栓直线度测量质量控制点。在联轴螺栓最外侧两个凸台的外侧放置两个销轴，拉紧一条钢丝线，用钢板尺测量凸台与钢丝线的垂直距离，检查联轴螺栓的直线度，对存在直线度偏离的螺栓进行校正。

图8 螺栓直线度测量示意图

4 预防措施

不锈钢螺栓在安装过程中锁死的现象时有发生，发生这种现场螺栓与螺母的连接方式，要比螺栓与螺孔座的连接方式处理简单，但是从经验上分析不锈钢螺栓发生锁死后，要想拆分基本上只有采用破拆的方式，因此要在源头上采取防锁死的措施，降低螺栓在回装过程中的锁死风险就显的十分重要。

（1）安装不锈钢螺栓前要将螺栓的螺牙部位用钢丝刷、油石等清扫工具将表面的油污、毛刺等清理干净，确保螺纹表面光洁度。

（2）安装螺栓前在螺牙表面涂抹必要的润滑剂，常用的有石墨、云母、二硫化钼、黄油等，涂抹应均匀，且充满螺纹牙底。

（3）大体积的螺栓安装前，可以在螺栓螺牙表面缠缚适量的聚四氟乙烯（俗称“生料带”），螺栓紧固时螺纹间所产生的压力可使聚四氟乙烯充填不锈钢螺栓螺纹表面和螺纹间的空隙，达到类似覆膜的效果，提高螺纹表面光滑度。生料带自身的润滑性和表面的不粘性，也有助于防止紧固过程中的锁死。生料带不仅价格便宜，而且国内市场采购方便，可以推广普及使用。

（4）在日本不锈钢螺栓安装前，基本上都会对不锈钢螺栓螺牙表面进行S-COATING 技术处理。该S-COATING 药水对不锈钢紧固件进行特殊化学处理后，可以很好的降低不锈钢紧固件锁死的情况发生，但是S-COATING 处理剂价格昂贵且为日本公司专有，国内部分重要设备的不锈钢紧固件可以采购这个专利处理剂使用。

（5）安装螺栓时前几个螺牙（2~3 扣丝）的带入至关重要，前几牙带入过程中需要保证螺栓与螺母或孔座的配合应能达到轻松旋入的状态。后续螺栓持续旋入过程中，必须保证螺栓与螺母或孔座始终处于垂直轴线状态，不能出现倾斜，而且在旋紧过程中，用力要均匀，不要超过螺栓的安全扭矩。

5 结论

导致不锈钢螺栓锁死的原因很多，不锈钢紧固件一旦发生锁死后，就很难继续旋进或退出。本次广蓄电厂7 号机组连轴螺栓锁死的破拆工法，成功的解决了在狭小受限空间内螺栓锁死的破拆问题。可以成为解决大体积不锈钢螺栓紧固件锁死后分离的通用方法之一，对同类型不锈钢螺栓锁死的处理，具有一定的参考和借鉴意义。水电站机组设备连接部件所使用的大体积不锈钢螺栓一般价值都比较高，一但发生锁死采用破拆的方式后，不仅螺栓基本都不能再次使用，而且整个破拆过程需要耗费较多的人力与工期，对水电站机组检修的顺利开展产生较大的影响，因此在水电站机组检修中，更应注重不锈钢紧固件防锁死的预防措施。