印尼波索1水電站連板偏心銷偏心量不足處理

耿鑫

摘 要：本文重點介紹了印尼波索1水電站導水機構連板偏心量不足的原因分析及處理，為同類型混流式水輪機安裝提供借鑒。

關鍵詞：導水機構;偏心銷;立面間隙

中圖分類號：TV734.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）13-0171-02

1 電站情況簡介

波索1水電站位于印度尼西亞中蘇拉威西省，裝備了4臺立式混流式水輪發電機組，單機容量30MW，機組由中國東方電氣集團提供。在機組安裝過程中，安裝人員發現導水機構連板偏心銷偏心量只有5mm，即當控制環小耳孔與連板耳孔中心距的距離為350mm±5mm時才能保證雙連板正常安裝，而實際兩個控制環小耳孔與連板耳孔中心距的實測值均為356mm。

2 連桿偏心銷作用

多數水輪機導葉臂與控制環間的連接采用連桿加偏心銷的方式。由于底環、頂蓋活動導葉軸孔分布圓直徑加工誤差、活動導葉軸孔分度誤差;活動導葉頭部、尾部的關閉棱加工誤差;控制環小耳孔分布圓直徑加工誤差、小耳孔分度誤差;活動導葉與導葉臂同鉆鉸銷孔定位誤差;導葉臂加工誤差，導葉立面間隙調整誤差，均會對導葉臂銷孔到控制環小耳孔的距離產生影響（活動導葉、控制環均在全關位置）。上述加工誤差均會累計到連桿位置，并通過連桿偏心銷的偏心量來調整。

3 偏心量影響因素分析

3.1 導葉加工偏差的影響

波索1電站導葉關閉點的加工工序，見圖1導葉加工圖，根據導葉尾頭部和導葉中心線加工出導葉頭部關閉棱，導葉頭部和中心線加工出導葉尾部關閉棱。

根據上述工序加工導葉關閉棱時，當導葉尾部關閉棱到導葉中心的距離偏大時，則導葉頭部的關閉棱肯定也會產生與尾部關閉棱方向相反的偏差。根據導葉全關位置的分析可知，二者對該導葉連桿銷孔間的距離影響是一致的，并且導葉頭部關閉棱的加工誤差對該導葉連桿銷孔間的距離影響更大一些。故在考慮關閉棱位置偏差對連桿銷孔間距離影響時不再考慮導葉尾部關閉棱的影響。

3.2 導葉與導葉臂同鉆鉸偏差的影響

波索1電站活動導葉與導葉臂的銷孔為同鉆鉸。當按該圖同鉆鉸導葉、導葉臂間銷孔時可以消除部分導葉關閉棱偏差對該導葉連桿銷孔間距離的影響。當導葉頭部的關閉棱為正偏差時，按鉆孔位置圖擺放導葉時該導葉相當于向開啟方向轉動，即導葉與導葉臂間的夾角減小，工地安裝導葉臂后，相應的連桿銷孔間的距離比設計值大，部分補償了由于導葉立面間隙調整是造成的導葉連桿銷孔距離比理論值小的誤差。

當按導葉鉆攻位置圖同鉆鉸導葉、導葉臂間的銷孔時，需要提醒注意的是，確定導葉位置的點應是導葉頭部的關閉點，嚴禁用其尾部的導葉尾部的關閉點，否則應產生相反的影響，偏差不但不能補償，反而是累加。從實際施工的角度考慮，利用尾部關閉棱確定導葉進行同鉆鉸時，導葉受力不良，在同鉆鉸過程中導葉與導葉臂的相對位置可能產生變化而對同鉆鉸孔不利。

一般來說，根據目前的加工水平，對導葉臂銷孔到控制環小耳柄銷孔距離均勻性影響最大的事導葉與導葉臂同鉆鉸時的定位誤差。

3.3 導葉軸孔分布圓直徑及分度偏差的影響

從理論上講，當所有的導葉加工均勻一致，通時確定導葉軸心位置的底環、頂蓋的導葉中心孔位置均勻一致時，所有導葉的全關位置點應該是在同一圓上。當導葉的關閉點加工存在偏差或導葉分布圓直徑存在偏差時，導葉的全關位置分布圓直徑與理論值不一致，即導葉在全關位置下的安放角度與理論值存在偏差而已。在此狀況下，對連桿銷孔間距離的均勻性沒有影響，但當控制環全關位置確定后，該狀況對連桿銷孔間的距離絕對值是有影響。

當底環、頂蓋上的導葉軸孔分布不均勻一致時，對導葉全關位置的影響則要根據具體的情況來分析。假設其余的加工尺寸均符合設計值，單個導葉的軸孔分布半徑偏大時，該導葉應該向關閉方向轉動，后續（沿水流方向）相鄰的導葉需要開啟，以此類推間隔關閉、開啟方可使該導葉閉合，由此可知，該導葉的連桿銷孔距離會比理論值大，后續相鄰的比理論值小，依次類推大、下間隔;相應的單個導葉的軸孔分布向導葉尾部偏移的影響情況與導葉軸孔半徑偏大一致。

3.4 導葉閉合點偏差的影響

假設其余的加工尺寸均符合設計值，導葉尾部閉合點到導葉中心的距離偏大時，若該導葉不轉動的情況下，后一導葉勢必會向開啟方向轉動。當重新排立面間隙時，再后一導葉會向關閉方向轉動，間隔開啟、關閉導葉。由此可知，該導葉會向關閉方向轉動，受影響最大的是與之相鄰的后一導葉其連桿銷孔距離會比理論值大。當導葉頭部閉合點到導葉中心的距離偏大時，該導葉為了就位，勢必會向開啟方向轉動，后一導葉向關閉方向轉動，以后間隔開啟、轉動導葉。受影響最大的是該導葉，其連桿銷孔距離會比理論值小。

綜上所述，導葉關閉點的絕對值和導葉分布圓的絕對值影響連桿銷孔距離的絕對值;導葉關閉點的不均勻性和導葉中心位置的不均勻性影響連桿銷孔距離的不均勻性。

4 立面間隙的調整

對于活動導葉，調整導葉閉合點的節圓尺寸來保證導葉全關位置角度的準確性。若考慮到導葉瓣體厚度加工誤差及導葉閉合點加工誤差，不應以絕對值來確定導葉全關位置，而應以所有導葉的節圓尺寸的均勻性來確定。

從理論上來講，要將所用的導葉底部立面間隙調整到均為零，則所有導葉的全關位置是唯一的。在導葉立面間隙調整中常采用的辦法有兩種。

4.1 鋼絲繩捆綁法

采用鋼絲繩捆緊導葉，利用導葉的自動關閉找正將所有的導葉至于全關位置。該方法的缺點是當活動導葉的轉動摩擦力加大時，所有的導葉不會自動閉合。另外，對于楔形的立面間隙調整也不適合，由于轉動摩擦力的不一致，勢必部分導葉關閉過緊。

4.2 導葉分布法

根據圖紙先將一個導葉初步置于全關位置，依次將相鄰的導葉與之閉合，在此過程中，測量檢查各導葉關閉位置的均勻性并進行必要的調整，最后排出一條立面存在間隙，而其余導葉均無間隙的狀況。從理論上來分析，該立面處的兩個導葉其中一個導葉關閉不到位。當導葉個數采用偶數時，要使所有的導葉閉合，則相鄰的導葉勢必需要間隔關閉、開啟。即這兩個導葉中一個關閉不到位，一個關閉過多。因此，可以初步采用測量檢查這兩個導葉的關閉點半徑的辦法來確定其需要關閉或開啟。

采用CAD作圖法來分析或者在實踐中粗排測量來確定方式確定導葉立面間隙是沿順時針還是沿逆時針方向排導葉，其立面間隙會逐漸縮小。一般說來，當導葉閉合點位于導葉中心連線與導葉中心圓半徑所形成的三角形外時，按水流方向排導葉時其立面間隙是收斂的;當導葉閉合點位于導葉中心連線與導葉中心圓半徑所形成的三角內時，按逆流方向排導葉時其立面間隙是收斂的。波索1電站導葉沿順時針方向關閉導葉導葉來排導葉立面間隙時，導葉間隙會越來越小;大小頭的間隙比為1.06左右。

導葉排立面間隙步驟應為：根據理論值將第一個導葉置于全關位置，依次按導葉立面間隙縮小的方向關閉導葉，關閉導葉時應測量各導葉的節圓半徑并對導葉進行必要的調整。當將導葉的立面間隙都趕到兩個導葉之間時，分析各導葉的節圓半徑，特別是有間隙的兩個導葉的節圓半徑。對于有間隙的前后兩個導葉，勢必是后一個導葉（沿水流方向）沒有關到位，前一個導葉（沿水流方向）關過位。若采用按導葉立面間隙縮小的方向將有間隙的兩個導葉關死，勢必會產生另一個導葉關不嚴的情況，只是間隙減小了而已（雖然從工程上是可行的）。最好的方法是分析計算，采用不完全關死的方法來進行。具體的方法為：粗排后的導葉立面間隙為g，導葉的關閉量為x，大小頭間隙比為a，導葉數為n，則得出g=x+x/an，即x=g/（1+1/an）。從理論上來講：采用倒排的方法也可以，即采用按導葉間隙放大的方法來排導葉，此時，g=x+xan，即x=g/（1+an）。但是，由于調整時存在誤差，采用倒排時誤差會放大累計，實踐上很難進行。故一般易采用間隙縮小的方法來排立面間隙。

波索1電站活動導葉連桿長度變化與對應導葉尾部間隙的比例約為1.7。為保證連板能與導葉臂、控制環連接，在導葉立面間隙調整時應予以考慮，必要時應對導葉進行必要的打磨處理以調整連桿能連接。連桿偏心銷偏心量5mm，從理論上來講，導葉關閉點的節圓半徑與理論值比較應控制在±2.5mm。若考慮到導葉瓣體加工誤差、導葉臂與導葉銷孔的加工角度誤差，該值應控制在±1.5mm為宜。必要時應犧牲導葉關閉點節圓半徑以保證連桿能連接。

5 控制環全關位置的確定

導葉分布圓直徑偏差和控制環小耳柄銷孔分布圓直徑偏差影響連桿銷孔距離，控制環的安裝位置應在導葉立面間隙合格后，測量出導葉臂連桿銷孔到控制環連桿銷孔的距離，根據該距離分析確定控制環的最終安裝位置以消除導葉分布圓直徑偏差和控制環小耳柄銷孔分布圓直徑偏差對連桿銷孔距離的影響。確定的原則就是盡量能將所有連桿安裝就位并且盡可能為以后導葉立面間隙的調整留一定的余量。由于機組在運行一段時間后由于氣蝕、磨損，導葉立面間隙會擴大，相應的在重新調整立面間隙后導葉會想全關方向轉動，即連桿長度會變長。故控制環的最終位置確定后，連桿銷孔間的距離應在保證連桿能安裝就位的基礎上盡量偏小。

6 處理方法

導葉閉合點加工尺寸、導葉與導葉臂同鉆鉸角度無法準確測量;導葉分布圓直徑及分度、控制環小耳孔分布圓直徑及分度工地現場無法準確測量;控制環加工小耳孔徑向尺寸、分度無法準確測量;控制環全關位置調整無法解決偏心量不足問題，連板銷孔中心距加工尺寸滿足設計要求。

鑒于以上情況，根據拐臂與控制環小耳孔實際尺寸配加工連板或增大偏心銷偏心量是解決問題的關鍵。而波索1電站連板銷孔為冷套銷套結構，現場配加工連板工序過多，而采用了堆焊偏心銷進行再加工的方式增大偏心量。

該方法雖解決了偏心銷偏心量不足的問題，但偏心銷材料為高碳鋼，可焊性較差，容易出現冷裂紋，不易保證堆焊質量。推薦采用配加工連板方法，如果連板為雙連板結構，應采用同鏜銷孔方式保證上、下連板銷孔的同心度。

7 結語

導水機構是水輪機重要的引流部件，其安裝質量直接影響機組的安全穩定運行。本文從導水機構結構件加工及安裝偏差對活動導葉立面間隙的影響及活動導葉立面間隙調整方法為切入點，分析了連板偏心量不足產生的原因及處理方法，希望對后續機組安裝提供一定借鑒。