主泵阻尼器固定螺栓在线拉伸工具的研发

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摘 要：该文介绍了CPR1000堆型核电站核岛主冷却剂泵阻尼器安装逻辑，描述了阻尼器固定螺栓使用拉伸工具进行拉伸及拉伸长度检查的要求。通过对拉伸工具进行深入研究，提出对螺栓拉伸工具结构进行改进优化，研发出在线拉伸工具。在不拆除土建11.5m钢平台、主泵阻尼器的情况下，在线拉伸工具可对主泵阻尼器铰接座固定螺栓进行拉伸长度的检查。在线拉伸工具的研发与应用，有效节约了铰接座固定螺栓伸长量检查工作的工期，优化了主泵施工方案，避免了土建钢平台、主泵阻尼器重复拆装的工作风险。

关键词：主泵阻尼器 螺栓拉伸工具 在线拉伸

中图分类号：TL34 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（a）-0133-03

主泵阻尼器固定螺栓由螺栓拉伸工具进行拉伸紧固，按照设计要求，固定螺栓拉伸紧固完成一个月以后，需要对固定螺栓伸长量进行二次检查。

进行二次检查时主泵阻尼器已经安装，由于固定螺栓上方空间狭窄，已有的螺栓拉伸工具无法安装使用，需要拆除主泵阻尼器后才能完成固定螺栓伸长量的检查工作。

本论文通过对螺栓拉伸工具的结构进行分析，将螺栓拉伸工具部分结构进行改进优化，设计出在线拉伸工具。在阻尼器已经安装的情况下，使用在线拉伸工具进行固定螺栓伸长量的检查工作，可有效节约人力物力，提高工作效率。

1 螺栓拉伸工具改进需求研究

1.1 主泵阻尼器安装逻辑分析

CPR1000堆型主泵阻尼器及支承如图1所示，安装过程主要分为以下三个步骤。

（1）安装铰接座，铰接座固定螺栓拉伸紧固（需使用螺栓拉伸工具）；

（2）安装阻尼器本体（主泵水力部件安装的先决条件）；

（3）铰接座固定螺栓伸长量检查（设计要求在最终拉伸1个月后进行，需使用螺栓拉伸工具）。

1.2 螺栓拉伸工具使用分析

当前主泵阻尼器铰接座固定螺栓拉伸使用的螺栓拉伸工具如图2所示，采用轴向分体设计，拉伸螺母（包括拉伸液压缸及油嘴）与裙座分体布置，裙座和拉伸螺母的安装及拆卸都是从固定螺栓的头部进出，这样就要求固定螺栓的头部留出足够拉伸螺母和裙座拆装进出的空间。

螺栓拉伸工具不加油嘴总高度为185 mm，其中裙座高约115 mm，拉伸螺母高约75 mm。当铰接座固定螺栓及垫片安装后，螺栓拉伸工具放置在垫片上，加上支座高度150 mm和垫片厚度40 mm，则支座下平面到螺栓拉伸工具上平面的距离为185+150+40=375 mm。

主泵阻尼器本体安装之后，支座下平面与阻尼器最小距离为240 mm，最大为409 mm。因此，当阻尼器本体安装后，在最小距离240 mm处根本无法使用，而在最大距离409 mm处，上方空间仅为34 mm，螺栓拉伸工具裙座和拉伸螺母也无法安装。

1.3 主泵阻尼器施工方案

由于拉伸工具尺寸结构的空间要求，铰接座固定螺栓伸长量的检查工作只能在最终拉伸1个月以后进行；或者检查时将阻尼器本体拆除，留出足够空间来安装螺栓拉伸工具，待检查完毕，再重新安装阻尼器本体。

在此情况下，主泵阻尼器施工方案有以下两种。

方案一：阻尼器铰接座拉伸设计要求间隔一个月检查铰接座螺栓伸长量阻尼器安装水力部件安装电机安装，单台主泵施工总工期79天。（见图3（a））

方案二：阻尼器铰接座拉伸阻尼器安装水力部件安装电机安装拆除土建11.5 m部分钢平台阻尼器拆除检查铰接座螺栓伸长量阻尼器回装恢复土建11.5 m部分钢平台，单台主泵施工总工期59天。（见图3（b））

方案一需将主泵安装关键路径的施工工期延长一个月，而方案二需先拆除土建11.5 m的钢平台留出空间，再拆除阻尼器本体，完成检查工作后回装阻尼器，再恢复钢平台。

由于阻尼器本体重量较大，安装拆卸需要花费较大人力、物力及时间。这样不但施工周期长，需要额外投入大量人力、物力，且作业风险高。

为减少阻尼器及钢平台重复拆装工作，急需设计一套空间尺寸要求小，更小巧灵活的螺栓拉伸工具。在不拆除阻尼器本体的情况下，对固定螺栓进行拉伸操作的拉伸工具，以实现主泵安装的连续作业。

2 螺栓在线拉伸工具优化改进研究

2.1 总体设计

如前文所述，目前的螺栓拉伸工具采用轴向分体结构，拉伸螺母和裙座的高度要求固定螺栓的头部要留出足够进出的空间以满足其安装要求。通过对阻尼器本体结构及螺栓拉伸工具的研究，从降低拉伸工具拆装所需的轴向空间出发，考虑将现有轴向分体拉伸工具进一步径向分体，以减少拉伸工具对轴向操作空间的要求。因此，新工具的总体设计理念即确定为径向分体设计。

2.2 详细设计及难点

确定了螺栓拉伸工具径向分体设计总体理念，随即进行螺栓拉伸工具的详细设计。

首先，对于尺寸要求较高的拉伸螺母和裙座进行径向分体，以减少拉伸工具对空间尺寸的整体要求，是本次优化改进的重点。与拉伸螺母整体连接的液压缸，是否需要同步进行径向分体呢？经过分析，液压缸是整个拉伸工具的关键部件，拉伸过程中要求压力均匀分布，强度、密封性要求高，但液压缸行程小，尺寸及空间要求不高，液压缸可整体保留，暂不考虑径向分体设计。既然液压缸不分体设计，则需要与拉伸螺母在轴向分离开，这样有两点考虑：一是在液压缸行程基本不变的前提下，强度和密封性得到了保证；二是拉伸螺母可以单独灵活设计。

进一步研究发现，径向分体从结构上可以实施，但面临的最大问题是要保证螺栓拉伸工具的强度。径向分体后，原本是一个整体的部件被分为几部分，其强度和完整性大大降低，设计时对于整个部件的稳定性提出了更高的要求，必须采取一定措施加以弥补。

（1）拉伸螺母。

拉伸螺母径向分体设计成2个半环，为保障强度及完整性，上方设计1个固定圈固定拉伸螺母上端，以组成一个完整的螺母。拉伸螺母下端设计成锥形结构，嵌入液压缸，与拉伸液压缸相互契合。当液压缸活塞工作伸长时，由于契合作用使拉伸螺母的2个半环得到一个稳定的结合力，拉伸螺母的整体强度得到保证。

（2）裙座。

裙座径向分体设计成2个半环，由于只承受轴向压力，分体结构对其强度影响不大，在液压缸的下端设计一个凸环将裙座的2个半环加以固定。

（3）液压缸。

液压缸与拉伸螺母轴向分离，设计成一个整体圆环。其中，圆环内部设计成锥形，与拉伸螺母下端完全契合，达到固定拉伸螺母的目的；圆环外部下端设计一个凸环，用于固定下方裙座的2个半环；液压缸油嘴从拉伸螺母上方移至液压缸侧面，减少对上方空间的需求。

2.3 最终设计

优化后的结构设计，只有液压缸的拆装需要考虑固定螺栓上部的空间问题，这个空间只需要满足液压缸的厚度约20～30mm即可，满足设计初衷。经过最终勘探及强度计算后，优化设计论证可行。

3 螺栓在线拉伸工具优化应用分析

3.1 创新性

此工具改进灵感来源于现场施工，通过对现场施工实际情况进行评估分析，从工具结构和形式上进行重新设计，率先对核电行业主泵阻尼器铰接座螺栓的拉伸工具进行改进，在工具改造方面具有创新性，目前该项技术已申请专利，专利号ZL201220596970.9。

3.2 成效性

通过对拉伸工具的改进，可对主泵阻尼器安装的施工方案进行优化。

阻尼器拉铰接座伸阻尼器安装水力部件安装电机安装?检查铰接座螺栓伸长量，单台主泵施工总工期约48天。（见图3（c））

通过对阻尼器铰接座螺栓拉伸工具的创新改进，较原方案一，单台主泵节约了一个月的主泵阻尼器安装施工工期；较原方案二，减少了土建钢平台、阻尼器的拆除及回装工作，节约了11天工期。

在线拉伸工具的使用节约了工期、减少人力投入，降低了主泵安装过程中的劳动强度、工作时间和安全风险。

3.3 影响及推广

经过设计改进的拉伸工具，已经应用到核电主泵阻尼器安装施工工作中。由于在线拉伸工具较原拉伸工具，结构细分，拆装更轻便灵活，其现场应用得到了高度认可。

对主泵阻尼器拉伸工具分瓣改造的设计理念同样可推广至蒸发器阻尼器等其他拉伸工具上。

4 结语

通过对螺栓拉伸工具的结构进行详细分析，在轴向分体基础上径向分体，研发出在线拉伸工具。相比原拉伸工具，部件细分，拆装灵活，在阻尼器已经安装的情况下可进行固定螺栓伸长量的检查工作。有效节约了铰接座固定螺栓伸长量检查工作的工期，避免了土建钢平台、主泵阻尼器重复拆装的工作风险。该工具的成功研发与应用，可有效提高工作效率，优化施工逻辑，提高工作质量，经济价值明显。

参考文献

[1]广东核电培训中心.900MW压水堆核电站系统与设备[M].2005.

[2]朱继洲，单建强，张斌.CPR1000压水堆核电站建造与调试运行――系统与设备，2008.

[3]中广核工程有限公司.核电工程总承包与项目管理.2010.