緊水灘電廠5號機接力器的改進

李德紅，陸建峰

（浙江省電力公司緊水灘水力發電廠，浙江麗水323000）

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緊水灘電廠5號機接力器的改進

李德紅，陸建峰

（浙江省電力公司緊水灘水力發電廠，浙江麗水323000）

介紹水輪機接力器改進。在緊水灘電站5號機組增容改造中，接力器的設計行程不符合改造要求；我們通過對原接力器做少量改進，縮短了接力器行程，使其滿足了水輪機增容改造要求。同時對接力器的緩沖口進行了處理，解決了控制環跳動問題。

接力器；接力器行程；緩沖；控制環跳動

1　設備概況

緊水灘電站為6臺單機容量為50MW的立式水輪發電機組，發電機型號為SF-K50-30/6400，水輪機型號為HL220-LJ-300，調速器型號為WT-150型。每臺機組有2只接力器，布置在水車室內上游側，通過推拉桿與控制環兩側相連，其中一只接力器帶鎖錠裝置。該接力器為典型的雙導管直缸式結構，包括缸體、端蓋、活塞、導管、推拉桿、連接銷等組成，如圖1所示。接力器為調速系統重要的控制部件，來自調速器的控制油壓進出2只接力器前后腔，使一只接力器活塞向前移動，另一只向后移動，操作控制環轉動，控制環通過雙聯臂和拐臂帶動導葉轉動，進行水輪機流量調節，實現開停機與負荷調節。

圖1　接力器結構原理

接力器活塞前后各有2個“U”形緩沖口，與接力器缸體前后的進出油口對齊，接力器開、關時起緩沖作用。當接力器活塞接近全開或全關時，首先是進出油口逐漸被活塞封堵，進、出油口面積逐漸減小，只留下活塞“U”形緩沖口對著進出油口通油，油只能通過活塞“U”形緩沖口流出接力器。活塞繼續移動，“U”形緩沖口也逐漸通過進出油口。在這一過程中，“U”形緩沖口與進出油口搭疊面積逐漸減小，過流面積就逐漸減小，進出接力器的流量逐漸減小，接力器活塞移動速度也逐漸變慢，從而起到緩沖作用，減小活塞對端蓋的撞擊。

2　接力器改造原因

2005年對緊水灘水電站5號機進行增容改造，在不改變發電機情況下，更換新的轉輪、導葉、拐臂和接力器，實現機組容量增加至55MW。新接力器由于制造質量問題不能使用，再生產新接力器已趕不上機組增容改造工程進度，考慮到新接力器與原接力器結構原理基本相同，且控制環也未更換，因此決定仍使用原接力器。新接力器設計行程為315 mm，而原接力器設計行程為336mm，原接力器行程大21mm。為避免機組增容改造后導葉開度過大而使機組過負荷，或在高水頭下機組發生飛逸時可能超過設計飛逸轉速，對機組發電機造成很大傷害，因此對原接力器進行改造，使原接力器行程縮短至設計值。

3　接力器改造方案確定

要縮短接力器的行程就要減少活塞在缸體內的有效移動距離，簡單的方法就是在接力器內加墊圈來減小行程。在接力器內加墊圈有2個部位，一個是活塞，一個是在端蓋。活塞是來回運動的，墊圈若加在活塞上，經常來回運動，且與缸體摩擦，可能使墊圈松動脫落，影響接力器活塞正常移動，損壞缸體。端蓋是不動的，若加在端蓋上，相對來說不容易松動脫落，所以加在端蓋上更好。每只接力器都有前后2只端蓋，機組運行時接力器很少開到全開位置，因此活塞很少接觸接力器開啟側的缸蓋，而關側的缸蓋每次關機都要碰到。所以墊圈加在接力器開側的端蓋上，將大大減少墊圈撞擊松動脫落的機會。再則，即使機組運行出現墊圈脫落，也是脫落在接力器開啟側的腔體內，只影響接力器開啟，而不影響關閉，機組仍能正常停機。因此，墊圈加在接力器開啟側的端蓋上（帶鎖錠接力器為前腔端蓋，不帶鎖錠接力器為后腔端蓋）。

在接力器開啟方向的端蓋上加墊圈，減少了接力器活塞“U”形緩沖口的緩沖行程，活塞到全開位置時，活塞“U”形緩沖口部分被封堵，還存在較大出油面積，接力器活塞移動速度仍較快，活塞與端蓋會撞擊，起不到緩沖作用。所以還必須減少活塞“U”形緩沖口的長度，使活塞到全開位置時出油面積很小，減小活塞移動速度，因此決定在活塞“U”形緩沖口底部增加“U”形擋塊。

4　措施的制定與實施

墊圈寬度根據接力器實際行程確定，接力器解體后，實測缸體的長度，活塞的長度，前后端蓋止口的高度，計算接力器的行程，帶鎖錠接力器計算行程為336.02mm，不帶鎖錠接力器計算行程為336.2mm，2只接力器全行程相差很小，確定擋圈寬度都為21.0mm，擋圈外、內徑與端蓋止口外、內徑相同。墊圈通過8只沉頭內六角螺釘固定在接力器缸蓋上，結構如圖2所示。

由于2接力器活塞“U”形緩沖口尺寸不同，“U”形擋塊需根據實際尺寸現場實配，為防止“U”形擋塊脫落，采用3個沉頭螺釘固定在活塞上，1只在“U”形緩沖口底部，2只在側面，結構如圖2所示。“U”形擋塊材料采用黃銅，避免磨損缸體，也容易加工。“U”形擋塊先在銑床上加工出毛胚，在現場根據活塞“U”形緩沖口尺寸進行手工修磨實配，保證“U”形擋塊與活塞接觸良好，便于安裝牢固。“U”形擋塊加工完成后，再鉆活塞上螺栓孔，“U”形擋塊安裝完畢后，檢查“U”形擋塊不要超過活塞的外表面。

圖2　墊圈與“U”形擋塊

5　預裝調試中發現新問題

5.1發現新問題

接力器安裝后加入到導水機構預裝調試中，在導水機構調試時，發現關閉導葉過程中，當接力器接近全關位置時，控制環出現嚴重跳動現象，即控制環一端明顯抬起后又下落，好像控制環存在很大的憋勁。在開啟導葉過程中，當接力器離開全關位置瞬間，也同樣出現控制環跳動現象。除全關位置附近以外其它任何位置，包括全開位置附近，接力器動作平穩，控制環無跳動現象。當緩慢操作接力器移動時，控制環跳動現象明顯減輕。

5.2分析原因

由于控制環跳動現象只出現在全關位置，而墊圈和“U”形擋塊是安裝在接力器開啟側的腔體（帶鎖錠接力器為前腔，不帶鎖錠接力器為后腔），應該與墊圈和“U”形擋塊無關。測量接力器壓緊行程，帶鎖錠接力器為4.5mm，不帶鎖錠接力器為4.8mm，符合設計要求。由于水輪機導葉、拐臂、雙聯臂都是新的，我們對這些部件及安裝情況進行了檢查，未發現異常；為徹底排除這些部件，將雙聯臂與控制環脫開，讓接力器只帶動控制環操作，發現控制環跳動現象仍然存在，可以確定與新導葉、拐臂、雙聯臂無關。測量接力器水平符合技術要求，2接力器的高程差符合技術要求。

圖3接力器關閉位置進出油口尺寸

所示。所以當2接力器移動到離全關位置后有3.9mm時，不帶鎖錠接力器的“U”形緩沖口全被遮擋，油只能通過活塞與缸體間隙進出油；而帶鎖錠接力器的“U”形緩沖口還有長15.2 mm的通油口，造成2只接力器進出油相差很大，帶鎖錠接力器移動快，不帶鎖錠接力器移動慢，帶鎖錠接力器通過控制環拉著帶鎖錠接力器運動，控制環受力不平衡就造成單邊抬起的跳動。

5.3緩沖口處理

根據上面分析，對接力器活塞關閉側的“U”形緩沖口進行處理，減小全關位置時進出油口偏差。接力器全關時帶鎖錠接力器的“U”形緩沖口還有11.3mm長進出油口，若加擋塊比較困難，不作處理。對不帶鎖錠接力器的“U”形緩沖口，用半圓銼削8mm，增加“U”形緩沖口長度，使活塞在全關位置時，“U”形緩沖口的通油口有4.1mm。銼削處理后對活塞表面進行了檢查，以保證活塞的弧度和光滑。

6　改造后效果

水輪機和調速器各部件安裝完畢后，調速系統恢復油壓，按要求調整壓緊行程，進行了一系列試驗：接力器全行程試驗，快速關閉與開啟導葉試驗，手動和自動開停機試驗。試驗中檢查接力器和控制環動作平穩，未出現控制環跳動；在全關位置和全開位置，接力器緩沖效果明顯，沒有活塞撞擊端蓋現象；測量2接力器全行程分別為316.1mm和315.7mm，符合設計要求；測量接力器快速全關時間為5.75 s，全開時間為10.67 s，符合設計要求。機組開停機和帶負荷試驗接力器和控制環動作平穩，機組運行正常。接力器改造后機組已運行2年多，接力器與控制環工作正常，滿足機組增容改造運行要求。

[1]陳造奎.水力機組安裝與檢修[M].北京：中國水利水電出版社，1995.

TV734

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1672-5387（2016）02-0015-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.02.005

2015-11-02

李德紅（1976-），男，高級工程師，從事水電機械技術管理工作。