“V”型口導葉連桿斷裂原因分析和防范措施

江小金 桂永泰

摘 要：燈泡貫流式機組導水機構自潤滑軸承卡死，導致機組在開停機過程中彎曲連桿在“V”型口處斷裂。提出周期性用百分表測量彎曲連桿“V”型口的變形量，以便掌握自潤滑軸承磨損程度并及時更換軸承，防止類似事件的發生。

關鍵詞：導葉；連桿；“V”型；自潤滑軸承

1 事故概況

電廠位于贛江水系貢江支流桃江的下游，裝有兩臺30MW燈泡貫流式水輪發電機組。樞紐壩址控制集水面積7739km2，多年平均降雨量1586mm，正常蓄水庫容6900萬m3，汛期調節庫容299萬m3，屬于日調節水庫。

2011年10月5日6點45分，運行人員在#1機組開機并網后聽見一聲較大的異響，隨即機組出現越來越大的振動聲，負荷增至28.8MW，不能再按指令增加（上位機給定負荷是30MW），上位機監控發報警信號“#1機組#1導葉連桿發生斷裂”，經運行當班人員前往現場檢查發現#1導葉連桿發生斷裂，#1導葉在全關的狀態。運行人員隨即下“停機命令”，機組停機正常。

2 導水機構

水輪機導水機構的作用，主要是控制流量，形成和改變進入轉輪水流的環量，保證水輪機具有良好的水力特性。

本廠的貫流式機組導水機構部分主要包括內外配水環、活動導葉、彎曲連桿、拐臂、控制環等。各導葉立面密封采用金屬密封。

導葉的內外軸承采用自潤滑球面軸承。采用自潤滑球面軸承是保證導葉在水輪機起動、調節負荷、甩負荷過渡過程中，導葉動作可靠，所需的操作功較小。

導葉外軸承裝置結構見圖2。

燈泡貫流式機組的導水機構在操作導葉時，可能存在異物等原因導致導葉卡住，為保證其它活動導葉能正常關閉和機組運行安全，普遍采用三種安全連桿機構：剪斷銷式、彈簧承載式和“V”型口連桿。

剪斷銷式連桿保護機構的特點是在剪斷銷損壞后該導葉不受控制，在水流的沖擊下會激烈擺動。

彈簧承載式安全連桿特點是造價低且在一定應許行程范圍內具有復位功能。

而該機組采用的是“V”型口安全連桿機構，當異物卡住某個導葉時，該連桿發生彎曲使其余的導葉仍可正常關閉。

由于導葉呈自關閉趨勢，即便連桿折斷，也不影響全部導葉的關閉。如圖3。

3 事故處理及原因分析

在流道排水完成后，對#1導葉的彎曲連桿進行了更換，并在無水條件下，進行導水機構操作實驗。在打開#1導葉過程時，目測彎曲連桿“V”型口張開明顯，關#1導葉時“V”型口明顯收縮。用百分表測“V”型口變形達1.5mm。對比#2導葉的彎曲連桿，所測變形量在0.23mm。這說明#1導葉彎曲連桿受力較大。彎曲連桿在傳遞導葉操作力時，“V”型口處產生塑性變形，機組在關閉導葉時，“V”型口收縮，在開啟導葉時“V”型口張開。經多次關、開導葉操作，“V”型口產生疲勞損傷，最終斷裂。這就是#1導葉的彎曲連桿斷裂的主要原因。為查明#1導葉操作力變大的原因，進一步對導水機構進行檢查。測得導葉的立面間隙和斷面間隙的數據均在設計范圍。#1導葉工作范圍內未發現有異物卡住。技術人員分析認為，可能是#1導葉的外軸承損壞抱死。為此更換了#1導葉的外軸承，再測彎曲連桿“V”型口的變形量在0.12mm。這就是說明#1導葉外軸承損壞抱死，引起導葉操作力變大。為了安全起見，最后采用百分表逐一檢查1～16號導葉彎曲連桿“V”型口變形量，具體見表1。

從表1所測數據來看， #1、#4、#7和#13導葉數據偏大。為了機組運行安全，更換了外軸承 。所測彎曲連桿“V”型口的變形量均在0.20mm以下。

經本廠技術人員認真地對導葉的外軸承損壞卡死這一現象進行技術分析認為：

1）我廠導葉關閉規律是“兩段關閉”。第一段關閉時間3s，要關導葉開度的60%。導葉的工作角度為105°，角速度為10.5r/min。因此在導葉工作時，自潤滑球軸承的潤滑面生產較高的熱量，破壞了自潤滑材料。而導葉的內軸承設置在流道內，浸沒在水里，故內軸承沒有損壞。

2）根據圖1可知，如導水機構的密封效果不好，流道內的河水就可能滲入導葉外軸承的工作面，一是導致軸承銹蝕，二是帶來泥沙。這從而影響了導葉外軸承工作面的潤滑性能。

4 結語

從更換導葉自潤滑軸承后的效果來看，此次彎曲連桿斷裂事故分析是正確的，事故處理是合理的。本廠為了防止類似事故再次發生，做了以下兩個方面的預防：

1）周期性用百分表測量彎曲連桿“V”型口的變形量，以便掌握自潤滑軸承磨損程度并及時更換軸承。

2）加強設備管理，按照檢修周期對導水機構檢修，檢修時均更換軸承密封圈。

作者簡介：

江小金（1987-），男，江西贛州人，學士，助理工程師，從事水電運行工作；

桂永泰（1975-），男，江西九江人，助理工程師、高級技師，從事水電生產管理工作。