（江苏沙河抽水蓄能发电有限公司 江苏溧阳 213333）
摘要：抽水蓄能机组一般水头较高，结构紧凑，与常规水电机组相比，在同等容量下，机组各部件所承受的动载荷、冲击力等均较大，故抽水蓄能机组对各部件之间的连接螺栓要求较高，如螺栓的性能、结构、预紧力等。本文主要阐述加热螺栓在江苏沙河抽水蓄能机组中的应用及相关工艺要求等，希望能为同行起到一定的借鉴作用。
关键词：抽水蓄能机组 加热螺栓 工艺特点
1.概述
江苏沙河抽水蓄能电站安装两台单机额定容量为50 MW立轴单级可逆混流式水泵水轮机（HLN178-LJ-332）及三相立轴悬式空冷可逆式同步发电电动机（SFD50-20/630），主机设备由法国ALSTOM设计制造，总装机容量为100 MW，年设计发电量为1.82亿kW•h。其中水泵水轮机安装高程为-8m，发电额定水头97.7m，单机发电额定流量60.8m3/s，抽水最小扬程101m。
抽水蓄能机组一般水头较高，具有发电、抽水、调相、黑启动等多种运行工况，因而在设计制造时，对结构部件本身的强度、连接可靠性等要求均较高。另，抽水蓄能电厂的土建投资占比达70%~80%，其中厂房开挖又是土建工程的重点之一，其开挖量的大小直接影响到整个工程的投资额。而加热螺栓不但能满足强度要求，而且在同等条件下，其外形尺寸较小，操作维修空间要求也不高，为抽水蓄能机组的高强度、紧凑性实现了技术上的可行性。法国ALSTOM在设计江苏沙河抽水蓄能电站的过程中就多次利用加热连接螺栓。如转轮与水泵水轮机大轴的连接，水泵水轮机分瓣顶盖之间的连接等。
2.螺栓预紧
螺栓预紧力的适当控制是确保螺纹联接质量的关键。预紧力过小，将导致联接松动而失效，预紧力过大，将导致装配时或偶然过载时螺栓过度屈服而产生早期断裂。预紧力的大小应根据螺栓组受力和联接的工况等要求决定。GB3098-2010《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》规定螺纹联接件的预紧力不得大于其材料屈服极限的80%。
2.1.力矩控制法
力矩控制法就是根据轴向预紧力F与拧紧力矩T【T=K*d*F—（1），d为螺纹公称直径，K为螺栓拧紧力矩系数，其值与螺纹中径、螺纹升角、螺纹当量摩擦系数、螺母与被联接件支承面间的摩擦系数有关，具体数值经试验或查表得出】的关系，确定拧紧力矩。用力矩扳手控制拧紧力矩时，可以借助测力矩扳手或定力矩扳手。这种方法是目前国内应用最广泛的一种控制方法。但由于联结螺纹不可避免地存在制造误差，使批量生产中的螺纹尺寸、形状存在差异；批量装配中涂敷润滑剂的多少及拧紧速度不相同等因素，摩擦阻力不能保持恒定，所以预紧力仅为20%~30%的精度，故该方法不适于运行工况复杂，结构强度要求较高的抽水蓄能机组。
2.2.螺栓加热控制法
2.2.1.螺栓加热设备
为了保证被连接件的持续有效性，必须对连接螺栓在拧紧时施加一定的预紧力。对于M52以上的螺栓所需的拧紧力矩很大，仅用冷紧的方法不易达到。而螺栓加热棒是紧固螺栓的方法之一，就是通过螺栓加热棒控制柜控制螺栓加热棒，然后把电加热棒放到螺栓中心孔内，通电加热螺栓使其伸长，再将螺母旋转到预先给定的弧长（转角），冷却后螺栓就能达到一定的紧固效果。
2.2.2.螺栓加热程序
(1).螺栓加热棒、电控柜就位。
(2).打开螺栓加热棒电控柜，检查设备有无器件损坏及松动现象，检查外壳是否可靠接地。
(3).连接电控柜电源线。注：相线载面积不底于35mm2，零线载面积不底于4mm2。
(4).将电压调整器电位器逆时方向旋至零位。
(5).合上电控柜主电路空气开关，电源指示灯亮。
(6).合上电控柜面板上的电源开关（控制电路的电源）。
(7).检查冷却风机是否正常工作，若风机不正常工作，应立即停止使用电控柜，以免损坏可控硅等元件。
(8).缓慢调整电压调整旋扭，直流电压表指示直流输出电压值，若无直流输出或输出电压不平衡，应断开电源，调换输入电源的相序。
(9).直流电压输出正常后，将螺栓加热棒插至电控柜的插座上，合上对应的加热开关，调整直流输出电压，加热棒开始工作。
(10).加热完毕后，关掉对应的加热开关，将电压调至零位。
2.2.3.螺栓加热要求
(1).电加热棒使用耐热绝缘材料容易吸潮，应放在通风干燥处，若在储运中吸入潮气，应在使用前烘干，保证绝缘电阻不低与0.5兆欧。
(2).使用前应检查好被加热螺栓的直径及规格孔径，对号入座。
(3).加热棒功率较大热能性强，为确保工作人员的安全和延长加热棒的寿命，应将加热棒插入螺栓孔内方可通电工作，抽出时必须切断电源。
(4).在使用电加热器加热时应掌握好时间和螺栓的伸长系数，到位应及时抽出。以免螺母过热，与螺杆咬死。
(5).电加热棒在使用中要求发热均匀不允许有局部过热现象，每次使用时间为5-30分钟，在间断加热情况下，在螺栓中心孔与电加热棒的外径总间隙在0.8-1.3mm为宜。
(6).在热紧过程中若有螺栓热紧弧长（转角）没达到规定值，而加热时间已超过50分钟，则要停止加热，待被连接件、螺栓、螺母冷却后重新热紧。
2.2.4.加热螺栓特点
根据被连接件所承受的静载荷和动载荷，结合螺栓的材质、制造工艺等，设计螺栓的结构尺寸，计算螺栓的预紧力、加热功率等，确定螺栓加热孔的尺寸。加热螺栓通常螺栓腰部直径略小于螺纹的根径如图1所示，此种结构强度较好，可减少由于应力集中而引起断裂危险。
图1
2.2.5.加热螺栓转角、伸长值计算
(1).螺栓转角
φ=（△L1/T）*3600*μ
式中φ-转角，
T-牙距，
△L1-计算伸长值，
μ-系数，由实验确定。
(2).计算伸长值
△L=εL
式中△L—螺栓的伸长,
ε—系数可采用0.0015-0.0018，其上限用于大直径螺柱,下限用于较小直径的螺栓或螺柱。
L—螺栓或螺柱的有效长度,对于双头螺栓是结合面以上的螺栓自由长度。
3.加热螺栓在沙河电站的应用
3.1.转轮与水泵水轮机轴的连接
3.3.关键点
3.3.1.控制柜外壳应有可靠接地。
3.3.2.螺栓加热棒插头与柜体插座之间相线和中线必须连接正确，严禁出现错接现象。
3.3.3.螺栓加热棒装卸时，必须断开电源开关。控制柜电压调节、指示应处于最小位置；低压控制柜严禁带负载进行电压换档。
3.3.4.负载连接时，要注意三相之间的平衡。
3.3.5.专用螺栓加热棒需根据螺栓具体几何尺寸订制。
3.3.6.控制螺栓的预紧力在标准允许范围之内。
4.结语
采用加热方式紧固螺栓，不仅具有效率高，安装精确，质量可靠等优点，而且对螺栓的操作空间、安装位置等要求较低。从而降低设备耗材量，减少抽水蓄能机组的土建开挖，节约工程投资成本，提高经济效益。
作者简介：
孙成玲（1977--），女，高级工程师，主要从事江苏沙河抽水蓄能电站建设、生产、运行管理等工作。
潘 钰（1982-），女，助理工程师，主要从事江苏沙河抽水蓄能电站机械设备管理工作。
论文作者:孙成玲,潘钰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/10
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