摩擦拐臂在灯泡贯流式机组中的应用

电力18讯：    摘要：剪断销是传统的水轮机导叶过载保护装置之一，由于剪断销被剪断后导叶处于失控状态，容易卡阻相邻导叶，造成连锁反应，使水轮机失控从而危及机组的安全运行。文中介绍了摩擦拐臂应用在灯泡贯流式机组中的情况和效果，实践证明，摩擦拐臂应用在灯泡贯流式机组中是可行的，比传统的剪断销有明显的优点。
关键词：导水机构　过压保护　技术改造　摩擦拐臂
     1　引言
     桂平枢纽水电厂位于广西壮族自治区桂平市城郊，在黔江、郁江两江汇合口的郁江上游4km处。电厂安装单机容量为15.5MW的灯泡贯流式水轮发电机组3台，总装机容量46.5MW，设计多年平均发电量2.43KWh，设计水头为7.5m最高水头为11.5m,最低水头2.5m,设计流量为239.66m3/s。桂平航运枢纽水电厂于1992年4月第一台机组并网发电，1992年底三台机组全部发电，1993年初工程竣工。1992年投产运行后，水轮机导水机构一直存在剪断销剪断频繁，影响了电站的经济效益，增大检修工作量而且危及机组的安全运行。1997年3月，由摩擦拐臂取代剪断销，经装在1#机上试运行，显示出比传统剪断销更有优点。1998年，2#机和3#机剪断销也分别改为摩擦拐臂。经改造后，3台机组的导水机构正常运行至今，解决了改造前机组运行中剪断销剪断频繁的问题，提高了机组安全运行的可靠性取得了明显的经济效益。
     2　问题的提出
普通立式机组进水口有较长的引水廊道（蜗壳），可装设快速关闭蝶阀，以保护导水叶被卡，剪断销剪断后导叶失控时进行紧急停机。灯泡贯流机组是九十年代初新兴起的水轮发电机组，它的特点是低水头大流量，它在引水结构上不同于普通立式机组，前引水流道面积大，无法设置快速关闭蝶阀；因而只在后流道出水口处设一个动载尾水闸门，在导叶失控时快速落下尾水闸门，强迫机组停机。
桂平枢纽水电厂1992年4月1#机组投产发电，同年12月2#、3#机相继投产发电，机组投产运行后经常出现导叶剪断销剪断，并且造成如拐臂、导叶等导水机构的损坏，须操作尾水闸门强迫停机的情况。操作尾水闸门强迫停机有两个缺点：1、关闭速度慢，全关时间需4分钟；2、操作人员距现地操作位置远，而且必须到现场操作，这样对于导叶已失控，运行工况恶化的机组是一个重大的安全隐患。严重影响电厂的安全运行和经济效益。


     3　原因分析
造成导叶失控的原因主要是由剪断销的特性决定的。传统的剪断销（剪断销装配图见图一和结构图见图二），一旦被剪断该导叶与连杆就完全失去联系，导叶完全失控，从而容易卡阻相邻导叶，造成连锁反应，由于水力拍打的作用很易造成如拐臂、导叶等导水机构的损坏，这样就会扩大机组故障范围，无法通过关闭导叶来控制机组停机。因此，导水机构过载保护装置的改造，主要目的是导叶发生卡阻导水机构过载保护装置动作后避免导叶完全失控。
我们通过大量的市场调研和技术分析，认为导水机构中控制环与导叶的传力方式还是采用摩擦传力较好，重点是改造拐臂和导叶的传力部件。其传力部件力求结构简单，易于更换，宜选用性能优良，工作可靠的摩擦垫。为此我们选定了摩擦拐臂来代替剪断销。
     4　改造方案
传统的水轮机导水机构剪断销实际上是一个过载保护装置，在导水机构拐臂与连杆连接处用剪断销连接，当有硬物将导水叶卡住并超过额定力时，剪断销立即被剪断，使导水叶拐臂与连杆脱离，达到保护导叶的目的,与此同时装在销轴中心孔内的剪断销信号器发出剪断信号。与此不同，摩擦拐臂的工作原理是当机组中某一导水叶被硬物卡住，阻力大于额定摩擦力时，连接板与拐臂随即发生相对位移运动，以达到保护导水叶的目的，并且装在连接板上的位移信号器发出导叶卡阻信号, 此时连接板与拐臂还通过摩擦垫的作用控制住导叶，导叶没有脱离连接板的控制。值班人员还可根据实际情况通过关闭导叶操作机组停机。
摩擦拐臂主要由拐臂（2）、摩擦垫（9）、连接板（11）、盖板（4）构成（见图三）。在盖板与连接板间和连接板与拐臂间分别装设两只用特殊橡胶材料做成的摩擦垫，用来传递摩擦力。安装时用扭力板手对称拧紧螺栓（5），由于摩擦垫是橡胶制品有弹性所以要反复五、六次才能使螺栓平均达到80N．Ｍ的拧紧力矩（设计要求螺栓（5）的拧紧力矩不小于80N．Ｍ）。工作中当两导叶间被漂浮物卡住，作用力大于给额定摩擦力时连接板就会克服摩擦力与拐臂发生相对位移运动，装在连接板上的位移信号器（3）发出故障信号。这时连接板与拐臂间仍然在摩擦力的作用下不能自由活动，克服了传统剪断销，一旦被剪断该导叶就完全失控，造成导叶间相互碰撞，甚至会使全部导叶失控造成机组飞车的大事故。摩擦拐臂另一个特点是摩擦垫可以反复多次使用，且排除故障时间短，当导叶受卡阻排除后，在导叶全关