，，

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150040)

0 引言

水輪機(jī)組采用剪斷銷(xiāo)結(jié)構(gòu)，目的是保護(hù)機(jī)組在突發(fā)外力情況下保護(hù)機(jī)組其它部件不受破壞。一直采用的技術(shù)方法為計(jì)算方法，沒(méi)有進(jìn)行過(guò)模擬試驗(yàn)。剪斷銷(xiāo)的數(shù)值單獨(dú)在試驗(yàn)室進(jìn)行剪斷力試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)給出機(jī)組的最終剪斷銷(xiāo)數(shù)值。試驗(yàn)?zāi)康模耗M導(dǎo)水機(jī)構(gòu)工作時(shí)剪斷銷(xiāo)斷裂后,對(duì)摩擦軸襯和連接板之間的摩擦力矩進(jìn)行測(cè)量計(jì)算。該試驗(yàn)為在工廠內(nèi)模擬機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)工作時(shí)導(dǎo)水部件剪斷銷(xiāo)被剪斷時(shí)的實(shí)際工況，參加部件有導(dǎo)葉、導(dǎo)葉臂、連接板等相關(guān)連接部件。將記錄的壓力值與理論計(jì)算值比較,判斷摩擦力矩是否達(dá)到設(shè)計(jì)值。與設(shè)計(jì)計(jì)算給出的數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，以此驗(yàn)正機(jī)組設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。該項(xiàng)試驗(yàn)技術(shù)研究可以精確模擬電站實(shí)際運(yùn)行情況的受力，為電站安全運(yùn)行提供更高更好的技術(shù)保障。

1 試驗(yàn)方案及措施

1.1 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)過(guò)程及試驗(yàn)原理為將導(dǎo)葉(下圖中的工具軸，與導(dǎo)葉軸頸尺寸相同)與導(dǎo)葉臂連接板裝配在一起，模擬導(dǎo)水機(jī)構(gòu)裝配。將導(dǎo)葉臂外側(cè)用液壓千斤頂施力，直至剪斷銷(xiāo)斷裂，測(cè)量斷裂時(shí)所使用的力值(液壓千斤頂外側(cè)接測(cè)量力的儀器)，進(jìn)行多次試驗(yàn)。將力值進(jìn)行計(jì)算，以便測(cè)量出剪斷銷(xiāo)斷裂時(shí)所需要的力。但因按真機(jī)裝配試驗(yàn)時(shí)工件的固定及試驗(yàn)不便捷，無(wú)法精確測(cè)量導(dǎo)葉臂的受力。但為了保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此根據(jù)試驗(yàn)的原理進(jìn)行了工廠試驗(yàn)的工藝方案確定。

圖1 裝置試驗(yàn)原理圖

圖2 導(dǎo)葉臂

圖3 連接板

1.2 試驗(yàn)原理及計(jì)算

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)摩擦試驗(yàn)的原理圖，如圖4所示。

圖4 試驗(yàn)原理示意圖

千斤頂推力F作用于D點(diǎn)上，由靜力學(xué)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(xiāo)剪力力矩。

MA可在不帶剪斷銷(xiāo)時(shí)測(cè)出，此時(shí)

MA=F1L

剪斷銷(xiāo)剪斷時(shí)

MF=MA+MB

F2L=F1L+FBL

所以，F(xiàn)B=F2-F1

式中，F(xiàn)1—不裝剪斷銷(xiāo)試驗(yàn)時(shí)的千斤頂壓力；F2—裝剪斷銷(xiāo)試驗(yàn)時(shí)的千斤頂壓力；FB—剪斷銷(xiāo)的剪切力。

F=PS

千斤頂油缸面積已知，由壓力表測(cè)出壓強(qiáng)，算出壓力。

M=FL

式中，F(xiàn)—作用點(diǎn)克服靜摩擦力的壓力傳感器昀大讀數(shù)；L—作用點(diǎn)相對(duì)導(dǎo)葉臂回轉(zhuǎn)中心的距離。

2 試驗(yàn)流程

2.1 試驗(yàn)工具

充分考慮真機(jī)的試驗(yàn)原理，本試驗(yàn)用工具假軸代替導(dǎo)葉，將試驗(yàn)工具安裝在一個(gè)大型(強(qiáng)度合適)的試驗(yàn)基礎(chǔ)板上，基礎(chǔ)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(qiáng)度。工具軸的材料采用與導(dǎo)葉同材質(zhì)或高強(qiáng)度的材料，導(dǎo)葉臂、連接板采用真機(jī)產(chǎn)品，裝配合格后將連接板裝配在導(dǎo)葉臂上，裝配其它部件，定位銷(xiāo)等，先不裝配剪斷銷(xiāo)。后續(xù)支撐點(diǎn)根據(jù)裝配后的實(shí)際位置確定，并固定牢固。

2.2 試驗(yàn)過(guò)程

全部裝配好后，在剪斷銷(xiāo)的分布圓上劃線(xiàn)到連接板邊緣，在一側(cè)用固定支撐導(dǎo)葉臂，另一側(cè)用外力向上面的連接板施加外力，用壓力表監(jiān)測(cè)施力的大小。直至剪斷銷(xiāo)斷裂，記錄此時(shí)壓力表的數(shù)值，通過(guò)計(jì)算比較實(shí)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(shù)要求，滿(mǎn)足工地安全穩(wěn)定運(yùn)行。具體實(shí)施過(guò)程如下，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖見(jiàn)圖5。

圖5 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

(1)將工具軸、導(dǎo)葉臂、連接板、剪斷銷(xiāo)、M36螺柱及螺母進(jìn)行裝配，M36螺柱及螺母按設(shè)計(jì)的預(yù)緊力和預(yù)緊力矩把合；

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

(3)導(dǎo)葉臂與連接板不裝配剪斷銷(xiāo)，兩件為配合裝配在一起，沒(méi)有固定。在連接板一側(cè)用千斤頂施力，另一側(cè)用百分表監(jiān)測(cè)連接板端面，壓力逐漸升壓，直到連接板發(fā)生變化，則確定導(dǎo)葉臂與連接板克服了摩擦力，發(fā)生移動(dòng)，記錄壓力表的讀數(shù)。測(cè)出摩擦軸襯的摩擦力矩，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)；

(4)進(jìn)行剪斷銷(xiāo)試驗(yàn)，將連接板回到原來(lái)的裝配位置，將剪斷銷(xiāo)裝配在導(dǎo)葉臂與連接板配合的銷(xiāo)孔位置上，檢查全部部件裝配合格后，導(dǎo)葉臂另一側(cè)固定牢固，將連接板另一側(cè)加力，直至剪斷銷(xiāo)被剪斷，通過(guò)計(jì)算出剪斷銷(xiāo)剪斷時(shí)的剪切力及剪切力矩，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù);

(5)根據(jù)試驗(yàn)工具的實(shí)際條件,在試驗(yàn)中取L=541mm,根據(jù)設(shè)計(jì)摩擦力矩 68150Nm計(jì)算得出F的理論值為 125.97kN。本試驗(yàn)采用手動(dòng)泵對(duì)千斤頂進(jìn)行加壓,記錄手動(dòng)泵出口處壓力表的壓力值,根據(jù)千斤頂?shù)囊?guī)格,查處千斤頂?shù)挠蛪鹤饔妹娣e,通過(guò)計(jì)算,得出千斤頂?shù)闹ы斄Α⒂涗浀膲毫χ蹬c理論計(jì)算值比較,判斷摩擦力矩是否達(dá)到設(shè)計(jì)值。

(6)在剪斷銷(xiāo)和摩擦裝置聯(lián)合作用下,用手動(dòng)液壓千斤頂支頂聯(lián)接板,直到剪斷銷(xiāo)剪斷為止。記錄液壓千斤頂?shù)膲毫χ?通過(guò)計(jì)算比較實(shí)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(méi)有剪斷銷(xiāo)的試驗(yàn)結(jié)果

表2 摩擦軸襯和剪斷銷(xiāo)聯(lián)合作用試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

從試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)連接板把合螺栓的實(shí)際伸長(zhǎng)值達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí),導(dǎo)葉摩擦襯單獨(dú)作用產(chǎn)生的摩擦力矩,摩擦軸襯和剪斷銷(xiāo)的聯(lián)合作用的阻力矩都大于理論計(jì)算值，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，并有一定的安全余量。

該項(xiàng)廠內(nèi)模擬工地運(yùn)行的試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量與設(shè)計(jì)理論值的比對(duì)，能有效保證機(jī)組在工地的穩(wěn)定運(yùn)行。該項(xiàng)試驗(yàn)已經(jīng)在公司內(nèi)推廣應(yīng)用,試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為機(jī)組驗(yàn)收項(xiàng)目之一。該項(xiàng)試驗(yàn)的實(shí)施，能更好的保證機(jī)組在工地運(yùn)行的可靠性。