李德紅，陸建峰

（浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江麗水323000）

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緊水灘電廠5號(hào)機(jī)接力器的改進(jìn)

李德紅，陸建峰

（浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江麗水323000）

介紹水輪機(jī)接力器改進(jìn)。在緊水灘電站5號(hào)機(jī)組增容改造中，接力器的設(shè)計(jì)行程不符合改造要求；我們通過對(duì)原接力器做少量改進(jìn)，縮短了接力器行程，使其滿足了水輪機(jī)增容改造要求。同時(shí)對(duì)接力器的緩沖口進(jìn)行了處理，解決了控制環(huán)跳動(dòng)問題。

接力器；接力器行程；緩沖；控制環(huán)跳動(dòng)

1　設(shè)備概況

緊水灘電站為6臺(tái)單機(jī)容量為50MW的立式水輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF-K50-30/6400，水輪機(jī)型號(hào)為HL220-LJ-300，調(diào)速器型號(hào)為WT-150型。每臺(tái)機(jī)組有2只接力器，布置在水車室內(nèi)上游側(cè)，通過推拉桿與控制環(huán)兩側(cè)相連，其中一只接力器帶鎖錠裝置。該接力器為典型的雙導(dǎo)管直缸式結(jié)構(gòu)，包括缸體、端蓋、活塞、導(dǎo)管、推拉桿、連接銷等組成，如圖1所示。接力器為調(diào)速系統(tǒng)重要的控制部件，來自調(diào)速器的控制油壓進(jìn)出2只接力器前后腔，使一只接力器活塞向前移動(dòng)，另一只向后移動(dòng)，操作控制環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，控制環(huán)通過雙聯(lián)臂和拐臂帶動(dòng)導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行水輪機(jī)流量調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)開停機(jī)與負(fù)荷調(diào)節(jié)。

圖1　接力器結(jié)構(gòu)原理

接力器活塞前后各有2個(gè)“U”形緩沖口，與接力器缸體前后的進(jìn)出油口對(duì)齊，接力器開、關(guān)時(shí)起緩沖作用。當(dāng)接力器活塞接近全開或全關(guān)時(shí)，首先是進(jìn)出油口逐漸被活塞封堵，進(jìn)、出油口面積逐漸減小，只留下活塞“U”形緩沖口對(duì)著進(jìn)出油口通油，油只能通過活塞“U”形緩沖口流出接力器?；钊^續(xù)移動(dòng)，“U”形緩沖口也逐漸通過進(jìn)出油口。在這一過程中，“U”形緩沖口與進(jìn)出油口搭疊面積逐漸減小，過流面積就逐漸減小，進(jìn)出接力器的流量逐漸減小，接力器活塞移動(dòng)速度也逐漸變慢，從而起到緩沖作用，減小活塞對(duì)端蓋的撞擊。

2　接力器改造原因

2005年對(duì)緊水灘水電站5號(hào)機(jī)進(jìn)行增容改造，在不改變發(fā)電機(jī)情況下，更換新的轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)葉、拐臂和接力器，實(shí)現(xiàn)機(jī)組容量增加至55MW。新接力器由于制造質(zhì)量問題不能使用，再生產(chǎn)新接力器已趕不上機(jī)組增容改造工程進(jìn)度，考慮到新接力器與原接力器結(jié)構(gòu)原理基本相同，且控制環(huán)也未更換，因此決定仍使用原接力器。新接力器設(shè)計(jì)行程為315 mm，而原接力器設(shè)計(jì)行程為336mm，原接力器行程大21mm。為避免機(jī)組增容改造后導(dǎo)葉開度過大而使機(jī)組過負(fù)荷，或在高水頭下機(jī)組發(fā)生飛逸時(shí)可能超過設(shè)計(jì)飛逸轉(zhuǎn)速，對(duì)機(jī)組發(fā)電機(jī)造成很大傷害，因此對(duì)原接力器進(jìn)行改造，使原接力器行程縮短至設(shè)計(jì)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(nèi)的有效移動(dòng)距離，簡(jiǎn)單的方法就是在接力器內(nèi)加墊圈來減小行程。在接力器內(nèi)加墊圈有2個(gè)部位，一個(gè)是活塞，一個(gè)是在端蓋?；钊莵砘剡\(yùn)動(dòng)的，墊圈若加在活塞上，經(jīng)常來回運(yùn)動(dòng)，且與缸體摩擦，可能使墊圈松動(dòng)脫落，影響接力器活塞正常移動(dòng)，損壞缸體。端蓋是不動(dòng)的，若加在端蓋上，相對(duì)來說不容易松動(dòng)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(jī)組運(yùn)行時(shí)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(cè)的缸蓋，而關(guān)側(cè)的缸蓋每次關(guān)機(jī)都要碰到。所以墊圈加在接力器開側(cè)的端蓋上，將大大減少墊圈撞擊松動(dòng)脫落的機(jī)會(huì)。再則，即使機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)墊圈脫落，也是脫落在接力器開啟側(cè)的腔體內(nèi)，只影響接力器開啟，而不影響關(guān)閉，機(jī)組仍能正常停機(jī)。因此，墊圈加在接力器開啟側(cè)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(shí)，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(dòng)速度仍較快，活塞與端蓋會(huì)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(zhǎng)度，使活塞到全開位置時(shí)出油面積很小，減小活塞移動(dòng)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(shí)施

墊圈寬度根據(jù)接力器實(shí)際行程確定，接力器解體后，實(shí)測(cè)缸體的長(zhǎng)度，活塞的長(zhǎng)度，前后端蓋止口的高度，計(jì)算接力器的行程，帶鎖錠接力器計(jì)算行程為336.02mm，不帶鎖錠接力器計(jì)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(nèi)徑與端蓋止口外、內(nèi)徑相同。墊圈通過8只沉頭內(nèi)六角螺釘固定在接力器缸蓋上，結(jié)構(gòu)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(jù)實(shí)際尺寸現(xiàn)場(chǎng)實(shí)配，為防止“U”形擋塊脫落，采用3個(gè)沉頭螺釘固定在活塞上，1只在“U”形緩沖口底部，2只在側(cè)面，結(jié)構(gòu)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?！癠”形擋塊先在銑床上加工出毛胚，在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)活塞“U”形緩沖口尺寸進(jìn)行手工修磨實(shí)配，保證“U”形擋塊與活塞接觸良好，便于安裝牢固?！癠”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(yù)裝調(diào)試中發(fā)現(xiàn)新問題

5.1發(fā)現(xiàn)新問題

接力器安裝后加入到導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝調(diào)試中，在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)關(guān)閉導(dǎo)葉過程中，當(dāng)接力器接近全關(guān)位置時(shí)，控制環(huán)出現(xiàn)嚴(yán)重跳動(dòng)現(xiàn)象，即控制環(huán)一端明顯抬起后又下落，好像控制環(huán)存在很大的憋勁。在開啟導(dǎo)葉過程中，當(dāng)接力器離開全關(guān)位置瞬間，也同樣出現(xiàn)控制環(huán)跳動(dòng)現(xiàn)象。除全關(guān)位置附近以外其它任何位置，包括全開位置附近，接力器動(dòng)作平穩(wěn)，控制環(huán)無跳動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)緩慢操作接力器移動(dòng)時(shí)，控制環(huán)跳動(dòng)現(xiàn)象明顯減輕。

5.2分析原因

由于控制環(huán)跳動(dòng)現(xiàn)象只出現(xiàn)在全關(guān)位置，而墊圈和“U”形擋塊是安裝在接力器開啟側(cè)的腔體（帶鎖錠接力器為前腔，不帶鎖錠接力器為后腔），應(yīng)該與墊圈和“U”形擋塊無關(guān)。測(cè)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(shè)計(jì)要求。由于水輪機(jī)導(dǎo)葉、拐臂、雙聯(lián)臂都是新的，我們對(duì)這些部件及安裝情況進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)異常；為徹底排除這些部件，將雙聯(lián)臂與控制環(huán)脫開，讓接力器只帶動(dòng)控制環(huán)操作，發(fā)現(xiàn)控制環(huán)跳動(dòng)現(xiàn)象仍然存在，可以確定與新導(dǎo)葉、拐臂、雙聯(lián)臂無關(guān)。測(cè)量接力器水平符合技術(shù)要求，2接力器的高程差符合技術(shù)要求。

圖3接力器關(guān)閉位置進(jìn)出油口尺寸

所示。所以當(dāng)2接力器移動(dòng)到離全關(guān)位置后有3.9mm時(shí)，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(jìn)出油；而帶鎖錠接力器的“U”形緩沖口還有長(zhǎng)15.2 mm的通油口，造成2只接力器進(jìn)出油相差很大，帶鎖錠接力器移動(dòng)快，不帶鎖錠接力器移動(dòng)慢，帶鎖錠接力器通過控制環(huán)拉著帶鎖錠接力器運(yùn)動(dòng)，控制環(huán)受力不平衡就造成單邊抬起的跳動(dòng)。

5.3緩沖口處理

根據(jù)上面分析，對(duì)接力器活塞關(guān)閉側(cè)的“U”形緩沖口進(jìn)行處理，減小全關(guān)位置時(shí)進(jìn)出油口偏差。接力器全關(guān)時(shí)帶鎖錠接力器的“U”形緩沖口還有11.3mm長(zhǎng)進(jìn)出油口，若加擋塊比較困難，不作處理。對(duì)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(zhǎng)度，使活塞在全關(guān)位置時(shí)，“U”形緩沖口的通油口有4.1mm。銼削處理后對(duì)活塞表面進(jìn)行了檢查，以保證活塞的弧度和光滑。

6　改造后效果

水輪機(jī)和調(diào)速器各部件安裝完畢后，調(diào)速系統(tǒng)恢復(fù)油壓，按要求調(diào)整壓緊行程，進(jìn)行了一系列試驗(yàn)：接力器全行程試驗(yàn)，快速關(guān)閉與開啟導(dǎo)葉試驗(yàn)，手動(dòng)和自動(dòng)開停機(jī)試驗(yàn)。試驗(yàn)中檢查接力器和控制環(huán)動(dòng)作平穩(wěn)，未出現(xiàn)控制環(huán)跳動(dòng)；在全關(guān)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(xiàn)象；測(cè)量2接力器全行程分別為316.1mm和315.7mm，符合設(shè)計(jì)要求；測(cè)量接力器快速全關(guān)時(shí)間為5.75 s，全開時(shí)間為10.67 s，符合設(shè)計(jì)要求。機(jī)組開停機(jī)和帶負(fù)荷試驗(yàn)接力器和控制環(huán)動(dòng)作平穩(wěn)，機(jī)組運(yùn)行正常。接力器改造后機(jī)組已運(yùn)行2年多，接力器與控制環(huán)工作正常，滿足機(jī)組增容改造運(yùn)行要求。

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

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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(jí)工程師，從事水電機(jī)械技術(shù)管理工作。