水輪機導(dǎo)葉連接板摩擦力矩現(xiàn)場試驗

劉元嬌，張傳山

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水輪機導(dǎo)葉連接板摩擦力矩現(xiàn)場試驗

劉元嬌，張傳山

（天津阿爾斯通水電設(shè)備有限公司，天津 300400）

本文介紹ALSTOM水輪機導(dǎo)葉連接板在導(dǎo)葉操作機構(gòu)中的作用，闡述了導(dǎo)葉連接板制動螺栓預(yù)緊力計算及工裝接力器油壓的計算。詳細描述了導(dǎo)葉連接板摩擦力矩現(xiàn)場試驗準備及過程，給其他機組現(xiàn)場摩擦試驗提供很好的借鑒與指導(dǎo)作用。

導(dǎo)葉連接板；制動螺栓；工裝接力器；螺栓伸長值；摩擦試驗

前言

在三峽電站ALSTOM機組導(dǎo)葉連接板現(xiàn)場摩擦試驗實踐經(jīng)歷后，總結(jié)了導(dǎo)葉連接板摩擦試驗過程，以供其他有相似結(jié)構(gòu)的機組安裝時借鑒。導(dǎo)葉連接板摩擦力矩試驗是通過調(diào)整導(dǎo)葉連接板制動螺栓預(yù)緊程度，在連接板與導(dǎo)葉臂之間產(chǎn)生一個合適的摩擦力矩。導(dǎo)葉連接板是導(dǎo)葉操作機構(gòu)中重要的力矩傳動與保護裝置。導(dǎo)葉連接板與導(dǎo)葉臂間連有剪斷銷或拉斷銷，用于傳遞力矩。導(dǎo)葉連接板與導(dǎo)葉臂之間的摩擦力矩保護導(dǎo)葉，避免產(chǎn)生損壞。

1 導(dǎo)葉連接板在導(dǎo)葉操作機構(gòu)中的作用

導(dǎo)葉連接板一端連接雙連板，另一端與導(dǎo)葉臂相連（如圖1所示）。

導(dǎo)葉連接板頭部是開口環(huán)，內(nèi)嵌自潤滑軸套，開口處有凸臺，用制動螺柱將開口處連接，夾緊導(dǎo)葉臂。導(dǎo)葉連接板中部與導(dǎo)葉臂用剪斷銷或拉斷銷連接，在操作導(dǎo)葉開關(guān)過程中，連接板把力矩通過剪斷銷或拉斷銷傳遞給導(dǎo)葉臂，從而控制導(dǎo)葉的開關(guān)。在導(dǎo)葉關(guān)閉過程中，某兩導(dǎo)葉間卡有異物，傳遞的力矩大于剪斷銷或拉斷銷的破斷力矩時，剪斷銷或拉斷銷斷裂，卡有異物的導(dǎo)葉從操作機構(gòu)中解列，其他導(dǎo)葉正常關(guān)閉。此時連接板與導(dǎo)葉臂間的摩擦力矩就能制動導(dǎo)葉，保護導(dǎo)葉不會在水力矩的作用下自由轉(zhuǎn)動。

圖1 導(dǎo)葉連接板布置

2 校核摩擦力矩試驗所用工具

工裝接力器一個，試驗中用來頂導(dǎo)葉連接板，使其與導(dǎo)葉臂發(fā)生相對轉(zhuǎn)動；手動油泵一個，給工裝接力器提供壓力油；壓力表一個，其量程必須包含所算得的接力器油壓范圍且分度盡量小。百分表，用于檢測導(dǎo)葉連接板的轉(zhuǎn)動。測長桿，用于測量制動螺栓的伸長值。

3 制動螺栓的預(yù)緊力和殘余拉伸值及工裝接力器油壓計算

制動螺柱的預(yù)緊程度決定了導(dǎo)葉連接板夾緊導(dǎo)葉臂產(chǎn)生的摩擦力矩大小。摩擦力矩的大小須稍大于最大水頭下最大水力矩，一般可取1.1倍的最大水力矩。制動螺栓的夾緊力F（如圖2所示）計算可按下式：

Cf——摩擦力矩（1.1倍的最大水力矩）；

——摩擦系數(shù)（連接板與導(dǎo)葉臂間）；

——導(dǎo)葉臂的軸頭半徑；

F——制動螺栓的夾緊力。

夾緊力F是制動螺栓殘余拉伸力，對應(yīng)的螺栓拉伸長度即是螺栓的殘余拉伸長度。實際上在螺栓拉伸過程中，須用一個大于殘余拉伸力的預(yù)緊力去拉伸螺栓，才可得到需要的殘余拉伸長度。即用夾緊力F乘以一個系數(shù)得到螺栓預(yù)緊力（即=×），再用此預(yù)緊力來拉伸螺栓。系數(shù)值與制動螺栓的剛度有關(guān)，制動螺栓的剛度越大，值也相應(yīng)加大。值通常取1~2之間。螺栓的剛度隨螺栓的有效長度與名義直徑的比值（/）的增大而減小。因此比值/越大，螺栓的剛度越小，所以系數(shù)值也越小。三峽項目中，制動螺栓的有效長度與名義直徑的比值（/）為9.8，系數(shù)值取1.2。的長度一般為螺栓兩端螺紋連接處中點間的長度；為螺栓的名義直徑。

圖2 導(dǎo)葉連接板

制動螺栓的殘余拉伸值可按虎克定律計算?？捎孟率接嬎阒苿勇菟ǖ臍堄嗬熘郸ぃ?/p>

——制動螺栓預(yù)緊力；

——螺栓材料彈性模量；

工裝接力器是摩擦試驗中一個主要的工具。試驗時工裝接力器一端連著導(dǎo)葉連接板，另一端連著控制環(huán)小耳朵（如圖3所示）。

圖3 工裝接力器布置

工裝接力器中部有一個液壓缸，當(dāng)往液壓缸內(nèi)打壓力油時，工裝接力器頂導(dǎo)葉連接板向外轉(zhuǎn)動。工裝接力器施加給導(dǎo)葉連接板的力相對導(dǎo)葉軸頭形成一個力矩，當(dāng)此力矩稍大于導(dǎo)葉連接板與導(dǎo)葉臂間的摩擦力矩時，導(dǎo)葉連接板相對于導(dǎo)葉臂會有轉(zhuǎn)動（此導(dǎo)葉/導(dǎo)葉臂已預(yù)先進行固定）。試驗中當(dāng)工裝接力器內(nèi)的壓力油壓達到了計算值范圍內(nèi)時，觀察導(dǎo)葉連接板是否有轉(zhuǎn)動。如果有轉(zhuǎn)動說明夾緊螺栓的預(yù)緊程度合適。如果導(dǎo)葉連接板提前有相對轉(zhuǎn)動或者到達計算油壓值范圍內(nèi)還沒有發(fā)生轉(zhuǎn)動，制動螺栓都需要重新預(yù)緊。

工裝接力器的油壓值是通過摩擦力矩計算出來的，通常把摩擦力矩控制在1~1.1倍最大水力矩之間。當(dāng)導(dǎo)葉被異物卡住而導(dǎo)致剪斷銷或拉斷銷斷裂時，導(dǎo)葉在水力矩的作用下將會自由轉(zhuǎn)動，此時導(dǎo)葉臂與連接板間的摩擦力矩成了唯一能限制導(dǎo)葉自由轉(zhuǎn)動的因素。而只有當(dāng)摩擦力矩大于最大水力矩時，摩擦力矩才可能與水力矩抗衡，制動導(dǎo)葉。計算出的工裝接力器油壓值應(yīng)是一個范圍，最小值是用最小摩擦力矩（即1倍最大水力矩）計算出的油壓值，最大值是用最大摩擦力矩（即1.1倍最大水力矩）計算出的值。

工裝接力器的油壓值可用下面公式計算：

rmin——最小摩擦力矩（即1倍最大水力矩值）；rmax——最大摩擦力矩（即1.1倍最大水力矩值）；

——工裝接力器與導(dǎo)葉連接板間的連接銷至導(dǎo)葉軸頭中心的距離；

——工裝接力器活塞直徑。

試驗中當(dāng)導(dǎo)葉連接板發(fā)生轉(zhuǎn)動，只要此時接力器的油壓值落入最大最小油壓值范圍，就表示制動螺栓的預(yù)緊程度合適。

4 試驗準備

（1）導(dǎo)葉全關(guān)，控制環(huán)處于全關(guān)位置，將控制環(huán)鎖定于頂蓋上；做摩擦試驗時，控制環(huán)不能有轉(zhuǎn)動。

（2）用雙連板將導(dǎo)葉連接板與控制環(huán)相連接，隨機抽4個不連，用于做摩擦試驗，其余20個連接上；

圖4 連接工裝接力器及手動油泵

（3）拉斷銷螺栓松開，試驗中導(dǎo)葉連接板要與導(dǎo)葉臂發(fā)生相對運動，所以一定要確保拉斷銷螺栓是松開的，如果是剪斷銷則要確認剪斷銷應(yīng)未裝上。導(dǎo)葉連接板的制動螺栓未拉緊；

（4）用千斤頂頂住要做試驗的導(dǎo)葉，防止試驗時帶動導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動或影響試驗結(jié)果；

（5）裝上工裝接力器，連接控制環(huán)與導(dǎo)葉連接板。工裝接力器連上手動油泵的油管。手動油泵連上一塊合適量程的壓力表（如圖4所示）。

5 試驗過程

按預(yù)先算好的制動螺栓預(yù)緊應(yīng)力及殘余拉伸量，用液壓拉伸器預(yù)緊制動螺栓。預(yù)緊螺栓前將測長桿插入螺栓內(nèi)孔，并固定好位置；百分表抵住螺栓頭，使讀數(shù)為零。

（1）按制動螺栓80%預(yù)緊油壓拉緊螺栓后，撤油壓，觀察百分表讀數(shù)，記下伸長值。在導(dǎo)葉連接板上預(yù)先放置一個百分表，在導(dǎo)葉端蓋上放置一參照物，百分表指針頂住參照物并歸零。此百分表監(jiān)測導(dǎo)葉連接板對導(dǎo)葉臂的相對運動。

（2）用手動油泵給工裝接力器打壓力油，一邊打壓一邊觀測百分表，監(jiān)測百分表是否轉(zhuǎn)動。當(dāng)看到百分表以勻速走動時，同時看油泵壓力表讀數(shù)是否在min~max之間（油泵壓力表的讀數(shù)即是工裝接力器內(nèi)油壓值），如果是則連接板制動螺栓拉伸值合適，也即是導(dǎo)葉連接板與導(dǎo)葉臂間摩擦力矩合適。記錄下此次制動螺栓的拉伸伸長值與拉伸油壓值。

（3）如果手動油泵壓力表讀數(shù)大于最大油壓值max，則需重新做。用拉伸器松開制動螺栓，重新取一個小于前次油壓再次預(yù)緊制動螺栓。然后按步驟（2）重新校核。如果手動油泵壓力表讀數(shù)小于最小油壓min，按同樣的方法，用拉伸器松開制動螺栓，取一個大于前次拉伸制動螺栓的油壓值，重新預(yù)緊制動螺栓。然后按步驟（2）重新校核。此步聚可能要進行多次，才能得到一個合適的螺栓伸長值或拉伸油壓值。

（4）按步聚（1）、（2）、（3）預(yù)緊其他3個導(dǎo)葉連接板的制動螺栓，并用工裝接力器進行檢測，得到一個合適的伸長值或拉伸油壓值。按記錄的數(shù)據(jù)，取這4個制動螺栓的平均伸長值，作為所有導(dǎo)葉連接板的制動螺栓拉伸伸長值。如果得到的伸長值差別較大，卻能得到合適的摩擦力矩，那么看看4個拉伸油壓值是否很接近，如果拉伸油壓值很接近，可以取4個拉伸油壓值的平均值，作為導(dǎo)葉連接板的制動螺栓拉伸油壓。因為制動螺栓所把合的兩個面之間有間隙，并不是緊貼著的，有可能導(dǎo)致導(dǎo)葉連接板的夾緊程度相當(dāng)，而螺栓的伸長值有較大波動。所以可以取一個合適的拉伸油壓值來拉伸其他制動螺栓。

（5）做過試驗的制動螺栓松開，要先將所有與導(dǎo)葉連接板相連的部件連接上，才可預(yù)緊制動螺栓。工裝接力器拆除，連上雙連板，裝上剪斷銷或拉斷銷，預(yù)緊拉斷銷螺栓。再按選定的導(dǎo)葉連接板制動螺栓伸長值或其拉伸油壓，預(yù)緊制動螺栓。其余導(dǎo)葉連接板制動螺栓均用此選定的值進行預(yù)緊。

6 結(jié)束語

通過導(dǎo)葉連接板與導(dǎo)葉臂之間的摩擦力矩來制動導(dǎo)葉，進而保護導(dǎo)葉及其他部件。這種結(jié)構(gòu)目前在很多大型機組中經(jīng)常采用，如三峽，向家壩等。所以導(dǎo)葉連接板的摩擦力矩的現(xiàn)場調(diào)整試驗是必不可少的。為其他電站機組導(dǎo)葉連接板現(xiàn)場摩擦試驗提供很好的借鑒與指導(dǎo)作用。

Site Test of Turbine Wicket Gate Handle Friction Torque

LIU Yuanjiao, ZHANG Chuanshan

(Tianjin ALSTOM Hydro Power Co. Ltd, Tianjin 300400, China)

This paper introduces wicket gate handle’s function in turbine distributor of ALSTOM units, and describes the calculation of its braking screws pre-stressing and the tool servomotor pre-stressing oil value, and describes in detail the wicket gate handle friction torque site test procedure, which can be a good guideline for other units’ wicket gate friction torque site test.

wicket gate handle; braking screw; tool servomotor; screw elongation value; friction torque test

TK730

A

1000-3983(2014)01-0062-03

2013-03-05

劉元嬌（1976-），女，2000年畢業(yè)于長春工程學(xué)院，現(xiàn)任天津阿爾斯通水電設(shè)備有限公司水輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計師。E-Mail:yuanjiao.liu@power.alstom.com

審稿人：陶紅