导叶摩擦装置在水轮机组上的应用

导叶摩擦装置在水轮机组上的应用 1 2 导水机构 水轮机组的导水机构由顶盖 底环 导叶 导叶套筒 控制环及传动部分 等主要构件组成 它们可分为两个部分 一部分是导叶及其上 中 下三个轴 承的支持件即底环 顶盖和导叶套筒等 另一部分则是导叶臂 连板 控制环 等传动机构部件 传动机构在执行活动导叶开启和关闭动作时 水压力脉动 水流冲击 水流杂物等因素对各部件影响很大 一旦导叶开度失调或导叶连续 失控 就会造成运行中的机组事故停机 严重时水轮机将失去控制 为此需要 保护装置对传动机构进行保护和报警 从而避免事故的发生和扩大 因此可靠 的传动机构保护装置对整个水轮发电机组的稳定运行至关重要 2 结构 使用方面的不同 导叶摩擦装置是应用在水轮机组上的新型设备 代表着制造厂家的设计风 格和设计思想 以剪断销 拉断螺栓导叶摩擦装置在水轮机组上的应用或其它 破断元件为基础的导叶保护装置技术成熟 已经使用了几十年 两者在结构 使用和维护方面各不相同 针对传统和新型设计在水轮机组上的应用分析 找 出了各自的优缺点 以供大家参考 2 1 常规剪断销保护装置 2 1 1 结构形式 活动导叶轴头上方设置导叶臂 压板 分瓣键等设备 控 制环下方设置双连杆 轴销等设备 在双连杆与导叶臂联接位置处设置着剪断 销保护装置 剪断销的材质一般为 45 号优质碳素结构钢 剪断销中心部位盲孔 里设置有内丝螺纹 可以装有电气报警装置或者压缩空气气压报警装置 2 1 2 安装方法 活动导叶全部或半数布置剪断销装置 安装前清扫销子和 销孔的油污 杂渣 倒角 剪断销中心孔的内丝螺纹等 参加安装的各部件接 触面必须光洁 无毛刺 在导叶臂安装就位后 使用松紧推力螺钉的方法调整 导叶上 下端面间隙 并用塞尺测量检测 待导叶上 下端面间隙调整合格后 将分瓣键穿入键孔内打紧 分瓣键的合缝应与导叶臂装配缝垂直 以固定导叶 臂的位置 分瓣键打紧后 使用油压通过接力器或者捆绑钢丝绳来关闭活动导 叶 调整活动导叶立面间隙满足设计图纸及规范要求 接力器 控制环安装完 毕并处在关闭位置后 即可安装连杆 导叶臂与连板 调整对准导叶臂与连杆 之间的销子位置孔 按照剪断销的具体尺寸 小直径端朝下打入销子 同时锁 上弹簧锁圈 避免控制环跳动的同时带动剪断销松动 最后安装剪断销错位报 警装置 2 1 3 工作原理 剪断销的中间部位有一加工沟槽 是整个销子受力的最弱 点 当控制环带动活动导叶向关闭方向运动时 某个活动导叶之间卡有异物或 关闭阻力大时 剪断销上 下端部同时受力超出设计值 为了保护活动导叶和 其它传动设备不被外力损坏 该销子中间部位的沟槽将被优先破坏剪断 控制 环和其余活动导叶继续关闭 此错位的导叶不受控制环控制而停止运动 从而 起到保护导水机构设备的作用 剪断销被破坏剪断后 该活动导叶的内置电气 报警元件被挤碎 继电器发出报警信号或者内置压缩空气泄漏 气压降低报 警 2 1 4 运行维护 剪断销被剪断 导叶臂随导叶发生位移自动报警后 通知 运行人员检查处理 在机组停机后 关闭进水口阀门 卸除导叶臂与连杆销子 孔内被剪断的剪断销 检查相邻活动导叶及整个导水机构设备的完好性 随后 打开蜗壳进人门 进入蜗壳进行导叶检修处理后 重新对准剪断销位置孔 擦 上 3ff 钙基润滑脂 打入新更换的剪断销 同时锁上弹簧锁圈 从而使剪断销 装置实现复位 2 2 导叶摩擦装置 导叶臂 图 1 导叶摩擦装置扳 2 2 1 结构形式 如图 l 导叶摩擦装置所示 在导叶臂 压板和连板之间布 置着上 下二层摩擦片 该摩擦片被导叶臂 压板和连板紧紧的压在一起 带 动着活动导叶开启和关闭 为保证摩擦片的寿命 根据工作环境其材质一般为 特殊耐磨的不锈钢材料 在连板和压板之间布置有 JL XS3 一 ll 型导叶微动开 关 当导叶发生错位时 该微动开关发出报警信号 在顶盖上设置有活动导叶 限位装置 以限制活动导叶的最大开度和导叶失控时与其它活动导叶碰撞 活 动导叶及压板的中心部位设置有调整导叶上 下端面间隙的调整螺栓 根据机 组形式不同 导叶摩擦装置布置数量不同 龙首二级水电站水轮机组中 26 个活 动导叶的导叶摩擦装置为间隔布置 即 13 只活动导叶具有导叶摩擦装置 另外 13 只活动导叶不设置导叶摩擦装置 并且所有装置导叶摩擦装置的活动导叶 外侧都布置着监测导叶错位的微动开关 2 2 2 安装方法 安装前必须要将摩擦装置的摩擦片仔细检查 清扫 其接 触工作表面必须保持干燥 不得浸有油污 水或杂物 安装时按照设计图纸进 行摩擦片的顺序组装 组装完毕后安装导叶臂和压板等装置 使用油压通过接 力器或者捆绑钢丝绳的方法关闭活动导叶 调整活动导叶之间的立面间隙均匀 当立面间隙达到规范及设计图纸要求后 即可使用专用扭力扳手拧紧导叶压板 上的预紧螺栓 龙首二级水电站 45MW 机组的摩擦片拧紧力矩数值约为 370 ION M 活动导叶立面间隙和导叶摩擦装置的摩擦片的预紧螺栓调整合格 后 才可以调整活动导叶中心处的调整螺栓 进行活动导叶的端面间隙调整 以上安装顺序不得颠倒 2 2 3 工作原理 活动导叶为三支点结构布置 置于三个具有自润滑性能的 轴套中 导叶摩擦装置是一种安装在导叶轴颈上的夹紧式装置 当来自接力器 的操作力 通过推拉杆一控制环一连杆一连板一导叶臂一导叶摩擦装置 导叶销 使 活动导叶转动 从而控制活动导叶的开度增大或减小 当活动导叶中间卡有异 物或关闭时与顶盖或底环接触阻力大时 导叶摩擦装置的摩擦片在连板 压板 和导叶臂之间打滑 连板与导叶臂之间产生滑动位移 致使活动导叶错位 但 此时导叶臂不动 连板却随控制环 连杆一起继续沿关闭方向运动 由于摩擦 片的摩擦力作用 发生错位的活动导叶不会随意摆动而撞击相邻导叶 其余的 活动导叶跟随控制环继续关闭 从而保护导水机构零件不因过度受力而被破 坏 同时导叶摩擦装置上的 JL S3 11 型微动开关接点位移断开 向中控室发 出报警信号 2 2 4 运行维护 活动导叶的导叶臂与连板产生位移后 导叶臂上的微动开 关发出报警信号 通知运行人员进行错位的活动导叶 相邻活动导叶 整个导 水机构设备检查处理 在操作水轮发电机组停机制动后 关闭进水蝴蝶阀 利 用主机制造厂提供的专用扭力扳手和专用导叶扳手拧松发生导叶错位的导叶摩 擦装置预紧螺栓 向开度增大的方向运动导叶 待活动导叶之间的异物排走后 如有必要 打开蝴蝶阀的压力旁通阀 将错位的活动导叶关闭 直至对准连 板与导叶臂的位置对准孔 然后用扭力扳手按照制造厂设计的力矩将导叶摩擦 装置预紧螺栓拧紧 从而使发生错位活动导叶实现快速复位 3 两种装置的优缺点比较 3 1 常规剪断销保护装置 优点 由于常规剪断销装置的安装精度要求较低 因此其安装工序简单 方 便 剪断销的制造成本较导叶摩擦装置更为便宜 缺点 拆除被剪断的剪断销费时 费力 重新安装工序复杂 运行维护比较困 难 当一个活动导叶被异物卡住后 活动导叶之间的水流会不均匀 在受到 水流振荡的因素影响后 将有多个活动导叶受力增大 导致多个活动导叶发生 错位 从而造成导叶连续失控或水轮机失去控制 在导叶臂错位后 剪断销便无法再行使用 只能将其破断元件取出 更 换新的剪断销 在水中杂物较多的河流中 剪断销多次更换后增加了维护成 本 工厂必须制造分瓣键 此制造工艺较为复杂 精度高 3 2 导叶摩擦装置 优点 简单直观 导叶摩擦装置的布置减小了导叶臂 连板的机构尺寸 从而 使导叶传动机构布置更紧凑 合理 由于导叶摩擦装置紧紧地箍在活动导叶的上轴颈上 产生了较大的摩擦 力 可使活动导叶关闭迟滞 从而保护水轮机组由于水流突然变化引起的压力 振荡 导叶摩擦装置的间隔布置 还可避免由于相邻导叶相对位移后水力不稳 定而引起多个导叶摩擦装置产生相对位移 采用导叶摩擦装置 一旦出现导叶臂与连板位移后 工作人员调整时简 单易行 不需要更换任何零部件 给运行维护提供了方便 导叶摩擦装置可以反复使用 寿命长 在水中杂物较多的河流中运行时 使用导叶摩擦装置比较经济 导叶摩擦装置的导水叶在顶盖上设有导叶限位块 以限制活动导叶的最 大开度和导叶失控时与其它活动导叶的碰撞 缺点 导叶摩擦装置成本价格较剪断销装置昂贵 因而通 常在不影响导水机构安全性能的情况下 导叶摩擦装置间 隔布置 以降低成本 在导水机构安装过程中 导叶摩擦装置安装工序复杂 预紧螺栓的把合 力矩必须使用专用扭力扳手控制调整 导叶微动开关防水性能较差 会发出误动作信号 若能提高导叶错位报 警装置的可靠性就更好 4 两种装置在水电站中的实际应用 4 1 常规剪断销保护装置 甘肃省黄河大峡水电站的轴流转浆式机组的导水机构使用常规剪断销装置 辅以电动报警装置 湖南澧水江垭水电站的混流式机组的导水机构也使用剪断 销装置 但采用了气压报警装置 上述两个水电站的河水水质截然不同 黄河河 水浑浊 澧水河水清澈 但因河水中漂浮物较多 都曾经发生过活动导叶错位 的事情 经运行人员现场检查后 发现两种机组都有 2 3 个活动导叶同时错位 经分析为一个活动导叶被异物卡住后 导叶间的水流不均匀 引起压力水流振 荡 致使邻近几个活动导叶受水力因素和该错位导叶的碰撞影响 多个活动导 叶受力增大 剪断销被剪断 4 2 导叶摩擦装置 龙首二级水电站的机组经过一年半多的运行 四台机组的导水机构均运行 正常 活动导叶的摩擦装置运行可靠 只有 2 撑水轮发电机组曾经发生过二次 导叶臂错位 经运行人员实际检查确认 第一次导叶臂错位系该活动导叶微动 开关误报警所致 第二次导叶臂错位事故原因不详 因此运行人员迅速停机 制动 进行检修 在考虑到进水口发电洞前设有拦污栅及当时的黑河水质较清 等因素 判断活动导叶发生错位可能为导叶问夹入了上游水库流入的木头等小 型杂物 致使活动导叶受力过大 导叶摩擦装置发生位移 所以现场只是关闭 蜗壳前进水蝴蝶阀 并未打开蜗壳进人门进入蜗壳进行检查 同时开启蜗壳排 空阀排水 使用主机制造厂提供的专用扭矩扳手松开产生了位移的导叶摩擦装 置预紧螺栓 向开启方向活动错位的活动导叶 利用尾水渠近 lOm 的水压力反 冲活动导叶之间的木头 清除了活动导叶