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[摘 要]水轮机导水机构设置的剪断销是导水传动机构中的安全保护机构元件，由于沙阡水电厂在机组停机时剪断销频繁剪断影响了机组的安全运行，因此分析剪断销频繁剪断的原因，并提出相应的措施对机组提高稳定、可靠运行有其现实的指导意义。
[关键词]沙阡水电厂；导水机构；剪断销；事故分析；处理措施
中图分類号：TS359 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）32-0114-02
引言
沙阡水电厂至2014年7月发电以来1#、2#水轮发电机组都出现过剪断销大部分剪断。其中1#机组发生一次在2015年2月13日22点15分剪断销剪断6个，连杆断裂一个，2#机组发生两次在2015年 3 月 22 日 21 时15 分和2016年3月30日22时45分，剪断个数 8个和6个，以上事故发生过程都是在机组正常停机过程中出现。但通过打开蜗壳进人门检查，这三次剪断销剪断都不是硬物卡塞导叶造成的，因此，针对当前沙阡水电厂剪断销大面积剪断的故障，任然存在一些问题，直接影响着发电组的安全运行。所以，分析和改进沙阡水电厂水轮机组导水机构运行已成为电厂安全发展过程中非常重要的工作。
1 故障分析
1.1 导叶传动机构分析
沙阡水电厂导叶传动机构由连杆、拐臂组成（如图1、图2），连杆设计采用耳柄式，其中优点是结构简单，方便维护；但是缺点是在动作过程中受力情况不均匀，连杆销和剪断销上都存在附加弯矩。由于沙阡水电厂顶盖空间较小，根据设计要求选择了耳柄式连杆传动装置。由于耳柄式连杆不可消除的附加弯矩，在加之沙阡水电厂在设计初，厂家对连杆上的螺纹选择为“粗牙”螺纹（2.0mm）造成24个连杆上的调整螺母（调整活动导叶立面间隙）出现大量松动，由于调整螺母的松动使得每个导叶连杆长短不一，造成在关机过程中出现“长连杆”提前到达关闭位置，“短连杆”还在动作的情况。而使得“长连杆”在停止运行后继续受到“短连杆”的挤压力，相反如在开机过程中则是“短连杆”受到“长连杆”挤压力，在此种情况下由于连杆的不均动作，导致了剪断销处就形成剪断销的剪切力。在此种情况出现过程后，剪断销不会马上被剪断，而是在机组长时间开机，关机过程中剪断销在循环应力和应变力的作用下，在剪断销一处或几处逐渐产生局部永久性积累损伤，经过一定的循环次数后，产生突发性断裂。
2.2 导叶端面间隙
导叶端面间隙，是影响机组剪断销的重要因数，如导叶端面间隙过小，导叶端面容易在与顶盖，底环过流面产生摩擦、拉伤，致使机组运行中导叶出现卡阻，从而加大剪断销所受的剪切力，导致剪断销剪断。沙阡水电厂在安装初期端面间隙就存在着缺陷，根据图纸设计要求上、下端面间隙分别为0.5-1mm范围内，而在导水机构安装过程中就出现导叶端面间隙偏小，其中上端面平均间隙在0.2mm，下端面平均间隙0.3mm，平均总间隙为0.5mm，已远远小于设计之初的端面间隙，后经厂家修改设计值才通过验收（详见附表1）
经过三年的运行，沙阡水电厂分析14、15和16年的《C级检修报告》发现导叶端面间隙成足年递增现象。（1#机组2014年修前导叶端面总间隙（上端面加下端面）平均为0.954mm，2015年修前导叶端面总间隙为1.029 mm，2016年修前导叶端面总间隙为1.072mm；2#机 2014年修前导叶端面总间隙为0.967mm，2015年修前导叶端面总间隙为1.028mm，2016年修前导叶端面总间隙为1.166mm。）在对发电运行后导叶端面间隙分析发现，导叶主要问题是在导叶下端面间隙在不断增大，经过分析，增大的主要原因是导叶下端面与底环抗磨板产生摩擦而造成导叶下端面的间隙偏大。同时根据图表发现，沙阡水电厂1#机组、2#机组导叶有上抬现象。导致部分导叶与顶盖的上端面间隙减小（详见表2、表3、表4）。经过以上情况分析2016年最后一次剪断销剪断后，至今沙阡水电厂在未出现剪断销剪断事故，（沙阡水电厂2014年7月12日1#机组投产，7月14日2#机组投产，1#机组距离第一次剪断时间为6个月，2#机组距离第一次剪断时间距离7个月，同时在第三次剪断过程中2#机组距离剪断时间为1年）根据事故发生时间的延长，沙阡水电厂推论出由于发电前导叶总体间隙不合格，导致沙阡水电厂运行前期事故的频繁发生，通过长时间运行后导叶端面间隙逐渐变大，从而影响了沙阡水电厂剪断销频繁剪断的事故发生时间在逐渐拉长。根据以上分析推测出现大部分剪断销剪断的事故概率已很低。
2.3 接力器水平值超差
接力器水平超差，是在安装过程中出现，如在安装过程中接力器后端盖法兰倾斜，出现水平超差，使得控制环大耳孔受力不水平，运行时控制环容易产生跳动，剪断销会在控制环动作时由于受力不均匀，不水平而被剪断。而在2016年冬修、冬试过程中，沙阡水电厂用水准仪对两台发电机组接力器至机组坐标基准线平行度进行测量，发现两接力器水平偏差在±0.2mm，符合《小水电机组安装技术规范》NB/T 42041-2014接力器基础安装的允许偏差要求。
2.4 控制环抗磨块间隙偏大
沙阡水电厂控制环上采用8块抗磨块，控制环的圆周运动是由4块抗磨块进行限位，每组分别由侧面限位导向抗磨块和底部支撑抗磨块组成（如图2），抗磨块为自润滑材料，侧面的抗磨块与控制环间隙超标时，控制环在转动过程中会出现水平窜动现象，导致剪断销受力不均，出现剪断销剪断。根据16年冬修对1#、2#机组控制环位移窜动量进行测量，发现窜动测量值严重超标（详见图表1）。因此造成沙阡水电厂在开关导叶时，局部导叶或个别导叶的剪断销和导叶连杆受力过大，引起导叶剪断销剪断。
3 遗留问题与进一步处理思路
由于受现场吊装、及检修时间限制，目前导水机构只能按以上方法进行处理，暂时解决导叶剪断销频繁剪断的问题。要彻底解决导叶剪断销的问题，需在机组B修时彻底处理。B级检修中导水机构处理内容主要有一下部分
3.1 将24个剪断销换成12个实心销和12个剪断销，在安装过程中采用间隔式安装，这样既能保护活动导叶不被刮伤也能有效的保护机组安全运行。
3.2 组织B级检修对机组导水机构进行全面检查，对控制环的间隙进行调整，从而达到减小控制环的窜动量。
3.3 将导叶传动机构的连杆更换为“细牙”（1mm），这样可以有效的防止连杆调整螺母出现松动，又可以达到现场生产人员维护方便的效果。
4 结语
导水机构剪断销频繁剪断的原因有设计，制造方面的，也有安装调试方面的。但总的来说防止机组导水机构剪断销频繁及大面积剪断，在制造、安装过程中加强质量监督，保证制造、安装质量是问题的关键。
作者简介
朱小庆（1984～），男，工程师，2004年参加工作，沙阡水电厂负责人，长期从事水电厂设备检修维护与技术管理工作。
[关键词]沙阡水电厂；导水机构；剪断销；事故分析；处理措施
中图分類号：TS359 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）32-0114-02
引言
沙阡水电厂至2014年7月发电以来1#、2#水轮发电机组都出现过剪断销大部分剪断。其中1#机组发生一次在2015年2月13日22点15分剪断销剪断6个，连杆断裂一个，2#机组发生两次在2015年 3 月 22 日 21 时15 分和2016年3月30日22时45分，剪断个数 8个和6个，以上事故发生过程都是在机组正常停机过程中出现。但通过打开蜗壳进人门检查，这三次剪断销剪断都不是硬物卡塞导叶造成的，因此，针对当前沙阡水电厂剪断销大面积剪断的故障，任然存在一些问题，直接影响着发电组的安全运行。所以，分析和改进沙阡水电厂水轮机组导水机构运行已成为电厂安全发展过程中非常重要的工作。
1 故障分析
1.1 导叶传动机构分析
沙阡水电厂导叶传动机构由连杆、拐臂组成（如图1、图2），连杆设计采用耳柄式，其中优点是结构简单，方便维护；但是缺点是在动作过程中受力情况不均匀，连杆销和剪断销上都存在附加弯矩。由于沙阡水电厂顶盖空间较小，根据设计要求选择了耳柄式连杆传动装置。由于耳柄式连杆不可消除的附加弯矩，在加之沙阡水电厂在设计初，厂家对连杆上的螺纹选择为“粗牙”螺纹（2.0mm）造成24个连杆上的调整螺母（调整活动导叶立面间隙）出现大量松动，由于调整螺母的松动使得每个导叶连杆长短不一，造成在关机过程中出现“长连杆”提前到达关闭位置，“短连杆”还在动作的情况。而使得“长连杆”在停止运行后继续受到“短连杆”的挤压力，相反如在开机过程中则是“短连杆”受到“长连杆”挤压力，在此种情况下由于连杆的不均动作，导致了剪断销处就形成剪断销的剪切力。在此种情况出现过程后，剪断销不会马上被剪断，而是在机组长时间开机，关机过程中剪断销在循环应力和应变力的作用下，在剪断销一处或几处逐渐产生局部永久性积累损伤，经过一定的循环次数后，产生突发性断裂。
2.2 导叶端面间隙
导叶端面间隙，是影响机组剪断销的重要因数，如导叶端面间隙过小，导叶端面容易在与顶盖，底环过流面产生摩擦、拉伤，致使机组运行中导叶出现卡阻，从而加大剪断销所受的剪切力，导致剪断销剪断。沙阡水电厂在安装初期端面间隙就存在着缺陷，根据图纸设计要求上、下端面间隙分别为0.5-1mm范围内，而在导水机构安装过程中就出现导叶端面间隙偏小，其中上端面平均间隙在0.2mm，下端面平均间隙0.3mm，平均总间隙为0.5mm，已远远小于设计之初的端面间隙，后经厂家修改设计值才通过验收（详见附表1）
经过三年的运行，沙阡水电厂分析14、15和16年的《C级检修报告》发现导叶端面间隙成足年递增现象。（1#机组2014年修前导叶端面总间隙（上端面加下端面）平均为0.954mm，2015年修前导叶端面总间隙为1.029 mm，2016年修前导叶端面总间隙为1.072mm；2#机 2014年修前导叶端面总间隙为0.967mm，2015年修前导叶端面总间隙为1.028mm，2016年修前导叶端面总间隙为1.166mm。）在对发电运行后导叶端面间隙分析发现，导叶主要问题是在导叶下端面间隙在不断增大，经过分析，增大的主要原因是导叶下端面与底环抗磨板产生摩擦而造成导叶下端面的间隙偏大。同时根据图表发现，沙阡水电厂1#机组、2#机组导叶有上抬现象。导致部分导叶与顶盖的上端面间隙减小（详见表2、表3、表4）。经过以上情况分析2016年最后一次剪断销剪断后，至今沙阡水电厂在未出现剪断销剪断事故，（沙阡水电厂2014年7月12日1#机组投产，7月14日2#机组投产，1#机组距离第一次剪断时间为6个月，2#机组距离第一次剪断时间距离7个月，同时在第三次剪断过程中2#机组距离剪断时间为1年）根据事故发生时间的延长，沙阡水电厂推论出由于发电前导叶总体间隙不合格，导致沙阡水电厂运行前期事故的频繁发生，通过长时间运行后导叶端面间隙逐渐变大，从而影响了沙阡水电厂剪断销频繁剪断的事故发生时间在逐渐拉长。根据以上分析推测出现大部分剪断销剪断的事故概率已很低。
2.3 接力器水平值超差
接力器水平超差，是在安装过程中出现，如在安装过程中接力器后端盖法兰倾斜，出现水平超差，使得控制环大耳孔受力不水平，运行时控制环容易产生跳动，剪断销会在控制环动作时由于受力不均匀，不水平而被剪断。而在2016年冬修、冬试过程中，沙阡水电厂用水准仪对两台发电机组接力器至机组坐标基准线平行度进行测量，发现两接力器水平偏差在±0.2mm，符合《小水电机组安装技术规范》NB/T 42041-2014接力器基础安装的允许偏差要求。
2.4 控制环抗磨块间隙偏大
沙阡水电厂控制环上采用8块抗磨块，控制环的圆周运动是由4块抗磨块进行限位，每组分别由侧面限位导向抗磨块和底部支撑抗磨块组成（如图2），抗磨块为自润滑材料，侧面的抗磨块与控制环间隙超标时，控制环在转动过程中会出现水平窜动现象，导致剪断销受力不均，出现剪断销剪断。根据16年冬修对1#、2#机组控制环位移窜动量进行测量，发现窜动测量值严重超标（详见图表1）。因此造成沙阡水电厂在开关导叶时，局部导叶或个别导叶的剪断销和导叶连杆受力过大，引起导叶剪断销剪断。
3 遗留问题与进一步处理思路
由于受现场吊装、及检修时间限制，目前导水机构只能按以上方法进行处理，暂时解决导叶剪断销频繁剪断的问题。要彻底解决导叶剪断销的问题，需在机组B修时彻底处理。B级检修中导水机构处理内容主要有一下部分
3.1 将24个剪断销换成12个实心销和12个剪断销，在安装过程中采用间隔式安装，这样既能保护活动导叶不被刮伤也能有效的保护机组安全运行。
3.2 组织B级检修对机组导水机构进行全面检查，对控制环的间隙进行调整，从而达到减小控制环的窜动量。
3.3 将导叶传动机构的连杆更换为“细牙”（1mm），这样可以有效的防止连杆调整螺母出现松动，又可以达到现场生产人员维护方便的效果。
4 结语
导水机构剪断销频繁剪断的原因有设计，制造方面的，也有安装调试方面的。但总的来说防止机组导水机构剪断销频繁及大面积剪断，在制造、安装过程中加强质量监督，保证制造、安装质量是问题的关键。
作者简介
朱小庆（1984～），男，工程师，2004年参加工作，沙阡水电厂负责人，长期从事水电厂设备检修维护与技术管理工作。