液压拉伸器的应用研究
关键词：螺栓；拉伸器；压力容器；应用
随着工业革命的不断推进，螺栓连接广泛应用在诸多领域中，特别是在石油化工、核电等系统装备的压力容器中，螺栓连接的质量好坏直接关系到设备的使用寿命和企业生产的安全性。因此，对螺栓预紧力进行合理控制是当前研究的重中之重，其是螺栓进行可靠连接的必要保障。在过去，传统的大锤敲击、人力板杠等方法完全由人的感觉判断，根本没有精度可言。通常使用扳手来对螺栓进行预紧急加固，这种操作方式易造成螺栓的损坏、连接件发生变形等状况，进而影响到压力容器的密封性，导致系统发生安全事故。据英国UKOOA（海上操作协会）科学分析得出：81%的泄漏和松动是由于不精确的螺栓载荷力引起的。因此，为了消除由于预紧力施加不均匀而带来的安全隐患，采用液压拉伸器来对螺栓进行预紧及加固成为当前普遍使用的方法，而且越来越受业界重视。在工作的过程中，螺栓只单纯受到拉伸力作用，在锁紧时不会造成力的损失，使得螺栓受力更加均匀，从而提高螺栓装配或拆卸效率，延长压力容器使用寿命。
1液压拉伸器的结构特点及其工作原理
液压拉伸器结构如图1所示。其主要由螺杆、螺帽、液压油缸、套筒及活塞组成。具体的工作原理可以描述为：液压油通过高压油泵进入液压油缸内，进而推动活塞向上移动，活塞连接着螺杆带动螺杆上移，使螺杆发生弹性变形而拉长，从而在螺帽与机体间产生空隙，使螺帽处于不受力状态，从而使液压拉伸器轻松完成对螺栓的预紧及加固工作，其工作过程类似于液压千斤顶。
2液压拉伸器的优点
液压拉伸器作为大直径螺栓装配及设备关键连接的关键工具，具备非常多的优点，在压力容器法兰螺栓连接中被视为最可靠的紧固工具。其主要优点可总结为以下几点：
1）能够最大程度地保证螺栓载荷准确性。在使用扳手对法兰螺栓进行紧固时，螺栓与螺母间及螺母与法兰平面间都会产生摩擦力，直接影响到紧固螺栓扭矩值的计算误差，进而影响到选择合适的预紧及锁紧工具，从而影响设备连接的密封性。而液压拉伸器在紧固过程中只产生向上的拉伸力，无摩擦损耗，从而保证了螺栓预紧载荷的准确性。
2）将螺栓的同步紧固变为现实。在对法兰螺栓进行紧固的过程中，以往通常采用分布紧固方式，这种方式容易造成同一法兰的不同位置螺栓在紧固时出现预紧力不均的现象，进而导致法兰连接出现密封性不好的问题，造成设备在运行过程中发生泄漏事故。而液压拉伸器能够很好地解决这个问题，将螺栓的同步紧固变为现实，精确控制留存预紧力大小，使连接法兰处的每组螺栓都均匀受力，从而保证系统设备运行的安全可靠性。
3）能够对螺栓最终留存载荷进行检验。留存载荷对紧固后的螺栓受力、日后的无泄漏运行检测至关重要。在完成紧固后，使用液压拉伸器进行升压，直至拉伸器拨盘将螺母拨松为止停止升压，此时即可根据停止升压后的压力根据相应计算公式计算出螺栓的留存载荷。使用液压拉伸器解决了留存载荷无法测量的难题，这是使用扳手紧固螺栓所不具备的。
3液压拉伸器自动控制设计
图2为液压拉伸器自动控制设计原理图。由图所示，液压拉伸器的控制系统主要组成部分为单片机、液压传感器、A/D、LED、键盘及电机等。具体控制流程为：当单片机接收到外部输入的预紧力大小时，经过数据转换变为压力大小，并用压力传感器时刻监测压力大小，在电机的带动下对液压拉伸器施加压力，当传感器监测到达到设定压力后，再通过螺母套对螺栓进行预紧。
4液压拉伸器的应用
本文以某化肥厂氨合成系统中的压力容器为例，说明液压拉伸器的应用情况。
使用方式。根据特定的要求为该压力容器的螺栓连接设计了特定的液压拉伸器。例如，该化肥一期汽提塔封头拉伸器为专用螺栓拉伸器，之前该液压拉伸器的结构相对复杂，密封点较多，在承压时只要有一处漏油均造成拉伸器失效。根据原设计宗旨，在改进设计时，不但需保证其活塞截面积不变，即保证其受力面积不变，而且要保证其承压不变，即保证活塞的厚度不变，并且用锻钢材料加工；改造后，活塞内外两道密封就能满足压力85MPa的工作压力需求；而且减少了漏 点，有利于对密封圈的维修更换，便于保养。而在该化肥厂高压系统中，压力容器的法兰螺栓连接采取多个液压拉伸器并联使用的方法，该方法在保证法兰处每组螺栓均匀受力的前提下，提高了紧固螺栓的效率。
2）油压分级。在液压拉伸器对该压力容器法兰螺栓进行
紧固的过程中，采取分级的方式，逐级升高拉伸器油压，严禁一步完成对螺栓的紧固工作，以实现紧固后的设备零泄漏。
5结论
图3螺栓预紧顺序示意
油压等级根据油压是否超过50MPa分为两种，当油压＜50MPa时可分为四级，而当＞50MPa时可分为五级。无论油压大小，拉伸器内每一级的油压大小均应同前一级的油压保持相同。
3）预紧顺序。在使用液压拉伸器对该压力容器法兰螺栓进行紧固的过程中，预紧应遵循一定的原则，为实现螺栓的均匀紧固，上次上紧应与下次上紧错开一定的位置，一般情况下，按照对称的原则来合理安排上紧次序。图3为8螺栓的法兰预紧紧固顺序示意图。
除以上外，在应用过程中，应严禁发生其他因素造成的螺栓不可靠连接。认真检查每组待上紧的螺栓是否有油脂污垢，要求每组螺栓表面必须清洁干净；认真检查所有待上紧螺栓的螺纹必须无损坏、无毛刺，能够保证顺利旋进及旋出；此外，在紧固过程中应注意在螺栓螺纹处加入润滑剂等。
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