張　慶，韓　三，鄭路福，方紅芳，胡金杰

(浙江金輪機(jī)電實(shí)業(yè)有限公司，浙江　金華　321002)

石柱頭電站水輪機(jī)槳葉反饋系統(tǒng)失聯(lián)的分析與處理

張慶，韓三，鄭路福，方紅芳，胡金杰

(浙江金輪機(jī)電實(shí)業(yè)有限公司，浙江金華321002)

摘要：針對(duì)石柱頭電站調(diào)槳式水輪機(jī)槳葉反饋系統(tǒng)失聯(lián)問題進(jìn)行技術(shù)分析,提出二次推動(dòng)理論和處理方案,并作了進(jìn)一步的優(yōu)化。機(jī)組目前已穩(wěn)定運(yùn)行1年多，槳葉反饋機(jī)構(gòu)正常且靈敏。圖9幅。

關(guān)鍵詞：調(diào)槳式水輪機(jī)；反饋系統(tǒng)；失聯(lián)；二次推動(dòng)； 優(yōu)化

1問題的提出

石柱頭電站位于浙江省金華市婺城區(qū)白沙溪與金華江匯合口下游約850 m的石柱頭村，河畔橋電站下游約7.5 km處，是石柱頭水利樞紐工程的組成部分。電站裝有3臺(tái)GDJ735B—WS—290定槳式豎井貫流水輪機(jī)和1臺(tái)GZJ735B—WS—290調(diào)槳式豎井貫流水輪機(jī)，總裝機(jī)容量為4×800 kW。

4套水輪機(jī)于2014年6月10日全部安裝完畢，具備無水試驗(yàn)條件。3套定槳機(jī)動(dòng)作試驗(yàn)順利完成，但調(diào)槳機(jī)在動(dòng)作試驗(yàn)時(shí)，調(diào)速器上的槳葉開度突然失去指示(指示始終處于關(guān)閉狀態(tài))。調(diào)速器改為手動(dòng)操作，明顯聽到進(jìn)油聲音——機(jī)器不能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)開關(guān)機(jī)。分別拆開轉(zhuǎn)輪室和反饋裝置的罩殼，再次啟動(dòng)槳葉接力器操作系統(tǒng)，觀察發(fā)現(xiàn)：槳葉是可動(dòng)的，而反饋系統(tǒng)是不動(dòng)的，說明槳葉動(dòng)作與反饋系統(tǒng)處于失聯(lián)狀態(tài)。

2槳葉反饋系統(tǒng)的作用

調(diào)槳式水輪機(jī)是為了使水力資源得到充分地利用，讓電站取得最佳經(jīng)濟(jì)效益，要求在各種工況水頭、流量下都在最高效率區(qū)運(yùn)行的一種機(jī)器(即調(diào)槳式水輪機(jī)具有適應(yīng)各種水頭、流量變化的能力)。它是通過水輪機(jī)槳葉與導(dǎo)葉的協(xié)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)最佳匹配的，槳葉的轉(zhuǎn)動(dòng)由槳葉接力器推動(dòng)，槳葉接力器的動(dòng)作由調(diào)速器控制。反饋系統(tǒng)連接在槳葉接力器上，來反應(yīng)槳葉的角度，由它指揮調(diào)速器去完成槳葉與導(dǎo)葉的匹配；所以調(diào)槳是由槳葉接力器、調(diào)速器和反饋系統(tǒng)三者共同完成的。

本電站反饋系統(tǒng)是通過測距儀的測距來反應(yīng)槳葉的角度，即由測距儀測得的距離是否與當(dāng)前水頭、當(dāng)前出力下的最佳槳葉開度相吻合；然后對(duì)調(diào)速器發(fā)出增減槳葉開度的操作指令，并由調(diào)速器來控制槳葉接力器的開關(guān)動(dòng)作；進(jìn)而實(shí)現(xiàn)當(dāng)前水頭、當(dāng)前出力下槳葉開度最佳、運(yùn)行最佳之目的。所以槳葉接力器是槳葉動(dòng)作的操作機(jī)構(gòu)，調(diào)速器是槳葉接力器動(dòng)作的控制系統(tǒng)，反饋系統(tǒng)是調(diào)速器的指揮系統(tǒng)。反饋系統(tǒng)失聯(lián)，調(diào)速器就處于無指揮狀態(tài)，協(xié)聯(lián)就處于混亂狀態(tài)，調(diào)槳機(jī)自然也就失去的調(diào)槳功能(見圖1)。

圖1反饋裝置(改進(jìn)前設(shè)計(jì))

3失聯(lián)的現(xiàn)象及原因分析

3.1拆反饋系統(tǒng)后現(xiàn)象觀察

(1)推拉桿與滑塊已分離。推拉桿與滑塊通過卡環(huán)及聯(lián)接螺栓聯(lián)接，半只卡環(huán)從滑塊場脫落，卡環(huán)聯(lián)接螺栓斷裂(見圖2)。

(2)滑塊已完全脹死在主軸內(nèi)孔中。雖采取多種辦法都無法松動(dòng)滑塊；滑桿上加載3 t葫蘆都無法松動(dòng)滑塊。

圖2卡環(huán)脫落

(3)滑桿離腰子槽邊緣超過運(yùn)動(dòng)極限位置。設(shè)計(jì)極限值應(yīng)為28 mm，實(shí)際測量值只有20 mm,(超過運(yùn)動(dòng)極限8 mm)(見圖3)。

(4)拆出反饋系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)：推拉桿呈S形麻花狀(見圖4)。

圖4推拉桿呈S形

3.2現(xiàn)象的分析

(1)半只卡環(huán)從滑塊上脫落，有2只M12的螺栓斷裂，斷裂時(shí)的載荷應(yīng)大于2×26 100 N=52 200 N=5.22 t。

(2)從滑塊完全卡死在主軸內(nèi)根本無法弄松看，內(nèi)孔抱緊滑塊的力非常巨大；而滑塊與主軸內(nèi)孔應(yīng)為間隙配合，滑塊滑動(dòng)中，只克服活動(dòng)件的重量引起的摩擦副，屬于非受力件。滑動(dòng)應(yīng)靈活輕巧，無卡阻現(xiàn)象。

(3)從推拉桿呈S形麻花狀現(xiàn)象分析，推拉桿受到過很大的推力,然后發(fā)生彎曲。

(4)從滑桿離腰子槽邊緣距離僅為20 mm超過運(yùn)動(dòng)極限位置(應(yīng)為28 mm)達(dá)8 mm，說明滑塊受過超運(yùn)動(dòng)極限的推動(dòng)。

3.3數(shù)據(jù)分析

(1)徑向配合方面

(2)長度尺寸方面

圖紙尺寸：槳葉接力器按中間位置設(shè)計(jì)，槳葉接力器行程(即滑塊行程)為±62，主軸內(nèi)孔比滑塊(滑塊中間位置時(shí))深110 mm。在槳葉接力器運(yùn)動(dòng)到全開極限位置時(shí)，主軸內(nèi)孔仍比滑塊深110-62=48 mm，不會(huì)產(chǎn)生頂撞現(xiàn)象。

實(shí)物測量：主軸內(nèi)孔深度達(dá)到要求。

3.4滑塊的二次推動(dòng)理論

因?yàn)楫?dāng)時(shí)調(diào)速器全開、全關(guān)操作過多次，槳葉也來回運(yùn)動(dòng)過多次，所以當(dāng)推拉桿脫出卡環(huán)后就會(huì)造成滑塊的二次推動(dòng)。具體分析如下：

(1)首先槳葉第一次全關(guān)時(shí)，在40 kg/cm2的油壓作用下，把滑塊硬生生的推入并無徑向間隙的主軸內(nèi)孔內(nèi)；此時(shí)槳葉接力器在全關(guān)極限位置(滑桿離腰子槽邊緣距離為28 mm)。

(2)然后槳葉開啟時(shí)，因滑塊已卡死在主軸內(nèi)孔中，油壓拉動(dòng)推拉桿時(shí)發(fā)生卡環(huán)聯(lián)接螺栓2只斷裂(此時(shí)斷裂載荷應(yīng)超過2×26 100 N約為5.22 t)，造成半只卡環(huán)脫落。

(3)當(dāng)槳葉再次關(guān)閉時(shí)，此時(shí)因推拉桿長出了卡環(huán)聯(lián)接部分的長度(增長量=15+15=30 mm),推拉桿再次前推滑塊, 推拉桿的頭部作用在半只卡環(huán)上(或掉下的上半只卡環(huán)上)，一是造成滑塊的二次推動(dòng)又前移了8 mm；二是發(fā)生推拉桿的頭部彎曲，并使推拉桿呈S形麻花狀彎曲。

4問題的處理

(1)主軸內(nèi)孔的處理

(2)滑塊結(jié)構(gòu)的再優(yōu)化

配合方面應(yīng)適當(dāng)?shù)丶哟箝g隙，同時(shí)考慮到主軸深孔加工難免的大小頭現(xiàn)象，將滑塊原尺寸公差φ140d9前端改為φ140a9，后端改為φ140b9。

為了減少摩擦副，應(yīng)盡量減輕活動(dòng)件的重量，將滑塊的長度由原來的308 mm縮短為190 mm。另外，將不必要的部分進(jìn)行去除來減輕滑塊的重量(見圖5、6)。

圖5　滑塊(改進(jìn)前設(shè)計(jì))

圖6滑塊(改進(jìn)后設(shè)計(jì))

(3)卡環(huán)聯(lián)接能力的加強(qiáng)

為了防止卡環(huán)脫落，加強(qiáng)卡環(huán)的聯(lián)接能力，將原聯(lián)接螺栓由4—M12改為6—M16(見圖7、8)。

5裝機(jī)、動(dòng)作試驗(yàn)及運(yùn)行

裝機(jī)時(shí)就注意到對(duì)滑塊的動(dòng)作靈敏性進(jìn)行手工拉動(dòng)試驗(yàn)，達(dá)到了輕巧靈活的要求。裝機(jī)后，經(jīng)動(dòng)作試驗(yàn)一次成功。投產(chǎn)發(fā)電后，運(yùn)行平穩(wěn)，性能優(yōu)越(見圖9)。

圖7卡環(huán)(改進(jìn)前設(shè)計(jì))

圖8　卡環(huán)(改進(jìn)后設(shè)計(jì))

圖9　反饋裝置(改進(jìn)后設(shè)計(jì))

6經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)

(1)該結(jié)構(gòu)滑塊在主軸內(nèi)孔中滑動(dòng)，而主軸內(nèi)孔為深孔加工，深孔加工存在一定的大小頭現(xiàn)象；所以在零件加工時(shí)一定要有良好的加工工藝來保證零件的尺寸要求。

(2)對(duì)于設(shè)計(jì)者來說，也應(yīng)充分考慮這一現(xiàn)象的存在，配合方面應(yīng)適當(dāng)?shù)丶哟箝g隙，同時(shí)為了減少摩擦副，應(yīng)盡量減輕活動(dòng)件的重量。

(3)對(duì)于安裝者來說，安裝過程中一定要對(duì)動(dòng)作系統(tǒng)進(jìn)行手工拉動(dòng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)卡阻現(xiàn)象一定要及時(shí)處理，以免發(fā)生返工處理，以及給用戶造成不必要的損失。

7結(jié)語

石柱頭電站自投產(chǎn)至今已運(yùn)行1年多，反饋系統(tǒng)準(zhǔn)確且靈敏，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，全部滿足設(shè)計(jì)期望值，深受業(yè)主的好評(píng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]田樹棠，段宏江，于紀(jì)幸，樊洪剛，苑連軍.貫流式水輪發(fā)電機(jī)組實(shí)用技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

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責(zé)任編輯吳昊

收稿日期：2016-01-07

作者簡介：張慶(1983-)，女，工程師，主要從事水輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及機(jī)組性能分析工作。

E_mail：309734572@qq.com