沙阡水电站机组剪断销剪断原因分析及处理措施

姚琼 石宽宽

摘 要：详细介绍了水电站机#1、2#机组导水机构剪断销非正常剪断现象。本文主要介绍了对此问题的原因查找及#2机组处理情况。

关键词：水利机械；剪断销；剪断；沙阡水电站

1 概况

沙阡水电站厂房为引水式深井厂房，2×25MW混流式水轮发电机组，2014年7月12日首台机组投入运行，7月16日第二台机组投入运行。机组为天津市天发重型水电设备制造有限公司提供，机组导水机构共有24个导叶。

2 基本数据

1）水轮机型号 HLTF60-LJ-337

2）水头

最大水头 38.2m

电能加权平均水头 34.02m

额定水头 32.5m

最小水头 24.65 m

3）额定转速 150 r/min

4）飞逸转速 272 r/min

5）额定出力 25820kW

6）额定流量 86.6 m3/s

7）轴向水推力 157 t

总轴向力（水推力及转动部分重量之和） 180 t

8）允许吸出高度 +1.17 m

3 剪断销剪断情况

沙阡水电站2014年7月12日至2014年12月20日1#、2#水轮机剪断销在开停机过程中共剪断14次，其中1#机剪断6次，2#机剪断8。1#机最先出现在开机的过程中第一剪断销剪断，更换后再开机时又剪断，再次换一个。而2#在关机在关机时剪断，在更换后无水情况下调试同样再次剪断，所以决定对剪断原因进行具体分析并处理。

水轮机导水机构机构说明。导水机构包括24只导叶、顶盖、底环、控制环、及传动机构等。

1）24只活动导叶在φ3957圆周上均布，导叶为ZG0Cr13Ni5Mo整铸成，导叶立面为钢性接触密封，上、下端面为间隙密封，安装时要注意调整检查，使其既能转动灵活，又要保证导叶关闭时端面间隙的要求。导叶为三支点支承，上、中及下轴套均采用具有自润滑性能的钢背复合材料FZ-2，轴颈处设有密封环，用以封水和泥沙。

2）顶盖由Q235-B钢板焊接成整体，把装在座环上，与座环的结合面处有橡皮条封水。顶盖、底环与转轮的上、下环之间为迷宫密封。导叶最大可能开度α0=297mm。顶盖上有24块限位块，以限制导叶开度及避免导叶在失控时翻转。

3）控制环为钢板焊接结构，两只大耳通过销子及推拉杆与接力器相连，24只小耳孔通过连板销与传动机构相连，以操作导叶转动。控制环与顶盖接触的径向、轴向摩擦面上均装有FZ-2复合抗磨块各4块。

4）导叶传动机构包括导叶臂、连杆装配。连杆与导叶臂之间装有剪断销，当导叶转动受阻力量超过一定值时，剪断销剪断并发出信号，此时连杆与导叶臂脱开，从而对其他部件起到安全保护作用。连杆长度可通过螺杆调整，调整后用螺母锁紧。导叶臂上装有端盖，端盖中心的螺栓用来调整导叶上、下端面的间隙。

4 剪断销剪断原因分析及排查处理

机组自2014年7月投运以来剪断销多次被剪断，因为刚投运不久，再加上今年的发电任务，所以就采取更换剪断销的方式来解决，更换后也没有出现大的问题。最后一次2#机在停机过程中剪断销被剪断，也是采取更换的方式，不过这次剪斷销更换好后，在无水情况下调试关导叶到大约百分之八的时候剪断销就会被剪断。更换后不能解决问题，现在这种情况不能开机，必须对其可能的原因进行逐一分析排查并处理。

分析原因一：水轮机活动导叶被卡阻；打开蜗壳门进去检查没有任何卡阻物。

分析原因二：导叶端面间隙由于机组运行振动等使其变的不合理，用塞尺检查最小的不小于0.2mm，这间隙在设计范围内。

分析原因三：拐臂连板螺栓太松，摩擦板摩擦力小，从而使剪断销受力大，超过其承受力使其剪断，调节螺栓使摩擦力增大，结果任然是否定的。

分析原因四：导水机构拐臂连杆长度发生变化使剪断销剪断，通过调节连杆长度剪断销剪断销没有再剪断。

通过以上分析排查得到剪断销剪断是由于连杆长度的变化导致的。

5 剪断销剪断处理措施

其实我站机组在运行阶段连杆调节螺栓的锁紧螺母就多次出现松动，运行人员巡检的时候也发现了此问题，当时松动之后就是简单的再将锁紧螺母拧紧，并没有太关注调节螺栓的转动改变了连杆的长度，并成为剪断销剪断的内在因素。调节螺栓两端的锁紧螺母与螺杆的啮合度不是很好，容易因机组运行振动而松动，从而使调节螺栓也会因锁紧螺母的松动发生转动，并致使连杆长度变化。如果导叶长度伸长，在关闭导叶的时候，导叶已全关及导叶臂不能再动，但控制环推动的连杆还向关的方向走，因此连扳与导叶臂错位，从而使剪断销剪断。

在处理过程中，不是说是连杆长度变化了就简单的调节一下长度，连杆长度的调整就改变了导叶立面间隙，改变的导叶数量多间隙大了，就要从新捆导叶。沙阡电站2#机就出现了这种情况，所以我们先捆好导叶，再调节连杆长度，再调接力器压紧行程，将导叶开度限位块撬掉从新焊接。

尽管做了那么多工作，但关键的还是解决连杆调节螺栓、螺母松动的问题。对于以上原因，结合本站实际，经过讨论决定将锁紧螺母锁紧之后将其与调节螺栓焊死，这样三个分开的点结合到一起基本满足不会走动。但我认为会不会整体一起动也是还有可能，因为两边的螺母松紧转动方向一致，如果螺栓螺母与螺杆啮合不是很好，就会出现整体也动，从而连杆长度也会变。观察连杆长度如果有变化，可以考虑加背冒。

6 结论

经过焊接处理后，投入运行没有发现有连杆长度变化，但检修处理完运行时间还较短，还待长时间运行之后再做观察测量。不过这说明设计，加工或材质的选取是否还不是很精准，还有些待完善和改进的地方。一个小小的地方引起整个机构的改变或许是导致不能正常运行。