沙阡水電站機組剪斷銷剪斷原因分析及處理措施

姚瓊 石寬寬

摘 要：詳細介紹了水電站機#1、2#機組導水機構剪斷銷非正常剪斷現象。本文主要介紹了對此問題的原因查找及#2機組處理情況。

關鍵詞：水利機械；剪斷銷；剪斷；沙阡水電站

1 概況

沙阡水電站廠房為引水式深井廠房，2×25MW混流式水輪發電機組，2014年7月12日首臺機組投入運行，7月16日第二臺機組投入運行。機組為天津市天發重型水電設備制造有限公司提供，機組導水機構共有24個導葉。

2 基本數據

1）水輪機型號 HLTF60-LJ-337

2）水頭

最大水頭 38.2m

電能加權平均水頭 34.02m

額定水頭 32.5m

最小水頭 24.65 m

3）額定轉速 150 r/min

4）飛逸轉速 272 r/min

5）額定出力 25820kW

6）額定流量 86.6 m3/s

7）軸向水推力 157 t

總軸向力（水推力及轉動部分重量之和） 180 t

8）允許吸出高度 +1.17 m

3 剪斷銷剪斷情況

沙阡水電站2014年7月12日至2014年12月20日1#、2#水輪機剪斷銷在開停機過程中共剪斷14次，其中1#機剪斷6次，2#機剪斷8。1#機最先出現在開機的過程中第一剪斷銷剪斷，更換后再開機時又剪斷，再次換一個。而2#在關機在關機時剪斷，在更換后無水情況下調試同樣再次剪斷，所以決定對剪斷原因進行具體分析并處理。

水輪機導水機構機構說明。導水機構包括24只導葉、頂蓋、底環、控制環、及傳動機構等。

1）24只活動導葉在φ3957圓周上均布，導葉為ZG0Cr13Ni5Mo整鑄成，導葉立面為鋼性接觸密封，上、下端面為間隙密封，安裝時要注意調整檢查，使其既能轉動靈活，又要保證導葉關閉時端面間隙的要求。導葉為三支點支承，上、中及下軸套均采用具有自潤滑性能的鋼背復合材料FZ-2，軸頸處設有密封環，用以封水和泥沙。

2）頂蓋由Q235-B鋼板焊接成整體，把裝在座環上，與座環的結合面處有橡皮條封水。頂蓋、底環與轉輪的上、下環之間為迷宮密封。導葉最大可能開度α0=297mm。頂蓋上有24塊限位塊，以限制導葉開度及避免導葉在失控時翻轉。

3）控制環為鋼板焊接結構，兩只大耳通過銷子及推拉桿與接力器相連，24只小耳孔通過連板銷與傳動機構相連，以操作導葉轉動。控制環與頂蓋接觸的徑向、軸向摩擦面上均裝有FZ-2復合抗磨塊各4塊。

4）導葉傳動機構包括導葉臂、連桿裝配。連桿與導葉臂之間裝有剪斷銷，當導葉轉動受阻力量超過一定值時，剪斷銷剪斷并發出信號，此時連桿與導葉臂脫開，從而對其他部件起到安全保護作用。連桿長度可通過螺桿調整，調整后用螺母鎖緊。導葉臂上裝有端蓋，端蓋中心的螺栓用來調整導葉上、下端面的間隙。

4 剪斷銷剪斷原因分析及排查處理

機組自2014年7月投運以來剪斷銷多次被剪斷，因為剛投運不久，再加上今年的發電任務，所以就采取更換剪斷銷的方式來解決，更換后也沒有出現大的問題。最后一次2#機在停機過程中剪斷銷被剪斷，也是采取更換的方式，不過這次剪斷銷更換好后，在無水情況下調試關導葉到大約百分之八的時候剪斷銷就會被剪斷。更換后不能解決問題，現在這種情況不能開機，必須對其可能的原因進行逐一分析排查并處理。

分析原因一：水輪機活動導葉被卡阻；打開蝸殼門進去檢查沒有任何卡阻物。

分析原因二：導葉端面間隙由于機組運行振動等使其變的不合理，用塞尺檢查最小的不小于0.2mm，這間隙在設計范圍內。

分析原因三：拐臂連板螺栓太松，摩擦板摩擦力小，從而使剪斷銷受力大，超過其承受力使其剪斷，調節螺栓使摩擦力增大，結果任然是否定的。

分析原因四：導水機構拐臂連桿長度發生變化使剪斷銷剪斷，通過調節連桿長度剪斷銷剪斷銷沒有再剪斷。

通過以上分析排查得到剪斷銷剪斷是由于連桿長度的變化導致的。

5 剪斷銷剪斷處理措施

其實我站機組在運行階段連桿調節螺栓的鎖緊螺母就多次出現松動，運行人員巡檢的時候也發現了此問題，當時松動之后就是簡單的再將鎖緊螺母擰緊，并沒有太關注調節螺栓的轉動改變了連桿的長度，并成為剪斷銷剪斷的內在因素。調節螺栓兩端的鎖緊螺母與螺桿的嚙合度不是很好，容易因機組運行振動而松動，從而使調節螺栓也會因鎖緊螺母的松動發生轉動，并致使連桿長度變化。如果導葉長度伸長，在關閉導葉的時候，導葉已全關及導葉臂不能再動，但控制環推動的連桿還向關的方向走，因此連扳與導葉臂錯位，從而使剪斷銷剪斷。

在處理過程中，不是說是連桿長度變化了就簡單的調節一下長度，連桿長度的調整就改變了導葉立面間隙，改變的導葉數量多間隙大了，就要從新捆導葉。沙阡電站2#機就出現了這種情況，所以我們先捆好導葉，再調節連桿長度，再調接力器壓緊行程，將導葉開度限位塊撬掉從新焊接。

盡管做了那么多工作，但關鍵的還是解決連桿調節螺栓、螺母松動的問題。對于以上原因，結合本站實際，經過討論決定將鎖緊螺母鎖緊之后將其與調節螺栓焊死，這樣三個分開的點結合到一起基本滿足不會走動。但我認為會不會整體一起動也是還有可能，因為兩邊的螺母松緊轉動方向一致，如果螺栓螺母與螺桿嚙合不是很好，就會出現整體也動，從而連桿長度也會變。觀察連桿長度如果有變化，可以考慮加背冒。

6 結論

經過焊接處理后，投入運行沒有發現有連桿長度變化，但檢修處理完運行時間還較短，還待長時間運行之后再做觀察測量。不過這說明設計，加工或材質的選取是否還不是很精準，還有些待完善和改進的地方。一個小小的地方引起整個機構的改變或許是導致不能正常運行。