導水機構摩擦試驗

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(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150040)

0 引言

水輪機組采用剪斷銷結構，目的是保護機組在突發外力情況下保護機組其它部件不受破壞。一直采用的技術方法為計算方法，沒有進行過模擬試驗。剪斷銷的數值單獨在試驗室進行剪斷力試驗，根據試驗數據，設計給出機組的最終剪斷銷數值。試驗目的：模擬導水機構工作時剪斷銷斷裂后,對摩擦軸襯和連接板之間的摩擦力矩進行測量計算。該試驗為在工廠內模擬機組導水機構工作時導水部件剪斷銷被剪斷時的實際工況，參加部件有導葉、導葉臂、連接板等相關連接部件。將記錄的壓力值與理論計算值比較,判斷摩擦力矩是否達到設計值。與設計計算給出的數值進行比對，以此驗正機組設計的準確性。該項試驗技術研究可以精確模擬電站實際運行情況的受力，為電站安全運行提供更高更好的技術保障。

1 試驗方案及措施

1.1 試驗方案

試驗過程及試驗原理為將導葉(下圖中的工具軸，與導葉軸頸尺寸相同)與導葉臂連接板裝配在一起，模擬導水機構裝配。將導葉臂外側用液壓千斤頂施力，直至剪斷銷斷裂，測量斷裂時所使用的力值(液壓千斤頂外側接測量力的儀器)，進行多次試驗。將力值進行計算，以便測量出剪斷銷斷裂時所需要的力。但因按真機裝配試驗時工件的固定及試驗不便捷，無法精確測量導葉臂的受力。但為了保證機組的安全穩定運行，因此根據試驗的原理進行了工廠試驗的工藝方案確定。

圖1 裝置試驗原理圖

圖2 導葉臂

圖3 連接板

1.2 試驗原理及計算

導水機構摩擦試驗的原理圖，如圖4所示。

圖4 試驗原理示意圖

千斤頂推力F作用于D點上，由靜力學的物體平衡條件

MF=MA+MB

式中，MF—千斤頂推力矩；MA—軸襯摩擦力矩；MB—剪斷銷剪力力矩。

MA可在不帶剪斷銷時測出，此時

MA=F1L

剪斷銷剪斷時

MF=MA+MB

F2L=F1L+FBL

所以，FB=F2-F1

式中，F1—不裝剪斷銷試驗時的千斤頂壓力；F2—裝剪斷銷試驗時的千斤頂壓力；FB—剪斷銷的剪切力。

F=PS

千斤頂油缸面積已知，由壓力表測出壓強，算出壓力。

M=FL

式中，F—作用點克服靜摩擦力的壓力傳感器昀大讀數；L—作用點相對導葉臂回轉中心的距離。

2 試驗流程

2.1 試驗工具

充分考慮真機的試驗原理，本試驗用工具假軸代替導葉，將試驗工具安裝在一個大型(強度合適)的試驗基礎板上，基礎板外形尺寸為2000×2000mm×60mm。底板平面加工水平與假軸配合的止口保持垂直，固定牢固，確保強度。工具軸的材料采用與導葉同材質或高強度的材料，導葉臂、連接板采用真機產品，裝配合格后將連接板裝配在導葉臂上，裝配其它部件，定位銷等，先不裝配剪斷銷。后續支撐點根據裝配后的實際位置確定，并固定牢固。

2.2 試驗過程

全部裝配好后，在剪斷銷的分布圓上劃線到連接板邊緣，在一側用固定支撐導葉臂，另一側用外力向上面的連接板施加外力，用壓力表監測施力的大小。直至剪斷銷斷裂，記錄此時壓力表的數值，通過計算比較實際剪斷工況的力矩值與理論力矩值比較，確定是否符合技術要求，滿足工地安全穩定運行。具體實施過程如下，試驗現場圖見圖5。

圖5 試驗現場

(1)將工具軸、導葉臂、連接板、剪斷銷、M36螺柱及螺母進行裝配，M36螺柱及螺母按設計的預緊力和預緊力矩把合；

(2)按布置圖將試驗工具放置到試驗基礎板上，裝配好千斤頂及壓力表，保證壓力表正常工作；

(3)導葉臂與連接板不裝配剪斷銷，兩件為配合裝配在一起，沒有固定。在連接板一側用千斤頂施力，另一側用百分表監測連接板端面，壓力逐漸升壓，直到連接板發生變化，則確定導葉臂與連接板克服了摩擦力，發生移動，記錄壓力表的讀數。測出摩擦軸襯的摩擦力矩，記錄相關數據；

(4)進行剪斷銷試驗，將連接板回到原來的裝配位置，將剪斷銷裝配在導葉臂與連接板配合的銷孔位置上，檢查全部部件裝配合格后，導葉臂另一側固定牢固，將連接板另一側加力，直至剪斷銷被剪斷，通過計算出剪斷銷剪斷時的剪切力及剪切力矩，并記錄相關數據;

(5)根據試驗工具的實際條件,在試驗中取L=541mm,根據設計摩擦力矩 68150Nm計算得出F的理論值為 125.97kN。本試驗采用手動泵對千斤頂進行加壓,記錄手動泵出口處壓力表的壓力值,根據千斤頂的規格,查處千斤頂的油壓作用面積,通過計算,得出千斤頂的支頂力。將記錄的壓力值與理論計算值比較,判斷摩擦力矩是否達到設計值。

(6)在剪斷銷和摩擦裝置聯合作用下,用手動液壓千斤頂支頂聯接板,直到剪斷銷剪斷為止。記錄液壓千斤頂的壓力值,通過計算比較實際剪斷工況的力矩值與理論力矩值比較。

表1 只有摩擦軸襯,沒有剪斷銷的試驗結果

表2 摩擦軸襯和剪斷銷聯合作用試驗結果

3 結語

從試驗結果可知，當連接板把合螺栓的實際伸長值達到設計要求時,導葉摩擦襯單獨作用產生的摩擦力矩,摩擦軸襯和剪斷銷的聯合作用的阻力矩都大于理論計算值，滿足設計要求，并有一定的安全余量。

該項廠內模擬工地運行的試驗，通過試驗數據的測量與設計理論值的比對，能有效保證機組在工地的穩定運行。該項試驗已經在公司內推廣應用,試驗數據作為機組驗收項目之一。該項試驗的實施，能更好的保證機組在工地運行的可靠性。