水電機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化綜述
——框式（雙）連臂的設(shè)計與應(yīng)用

杜 永

（國網(wǎng)新源豐滿發(fā)電廠，吉林省吉林市 132108）

水電機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化綜述
——框式（雙）連臂的設(shè)計與應(yīng)用

杜 永

（國網(wǎng)新源豐滿發(fā)電廠，吉林省吉林市 132108）

鑒于豐滿發(fā)電廠運行近60多年，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)磨損嚴(yán)重存在諸多問題，維護(hù)、檢修不便，運行存在隱患的情況，經(jīng)過對導(dǎo)水機(jī)構(gòu)卓有成效的改造，機(jī)組維護(hù)、檢修便利性和運行可靠性顯著提高。本文對這次改造進(jìn)行了詳細(xì)介紹和總結(jié)。

框式雙聯(lián)臂；導(dǎo)水機(jī)構(gòu)；結(jié)構(gòu)；優(yōu)化

0 引言

豐滿電廠始建于1937年，1943年3月第一臺機(jī)組投入發(fā)電，經(jīng)二期、三期擴(kuò)建工程后，豐滿發(fā)電廠裝機(jī)容量已超過100萬kW，是東北電網(wǎng)主力電廠之一，擔(dān)負(fù)著供電、調(diào)峰、調(diào)相、事故備用等任務(wù)，是聯(lián)絡(luò)電力系統(tǒng)南、北兩網(wǎng)的中樞。

豐滿電廠1～8號機(jī)組機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)于20世紀(jì)30年代前，分別由美國西屋公司、瑞士埃塞爾維斯工廠、西德電氣總公司、西德伏依特、日本日立公司、蘇聯(lián)斯大林金屬工廠、俄羅斯列寧格勒工廠。9～12號機(jī)組由哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)。

豐滿電廠機(jī)電設(shè)備來自不同的國家，結(jié)構(gòu)類型多樣，特別是導(dǎo)水機(jī)構(gòu)部分。結(jié)合近70年的運行、維護(hù)及檢修經(jīng)驗，豐滿電廠陸續(xù)對部分機(jī)組進(jìn)行了導(dǎo)水機(jī)構(gòu)優(yōu)化改造。

1 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)簡介

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)按導(dǎo)葉軸線布置位置可分為3種型式：圓柱式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、圓錐式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。其中圓柱式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)導(dǎo)葉軸線布置在圓柱面內(nèi)，這種導(dǎo)水機(jī)構(gòu)制造方便，保證水輪機(jī)有足夠高的效率，因而得到了廣泛采用。圓錐式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)導(dǎo)葉軸線與水輪機(jī)軸線成一錐角布置，由于導(dǎo)葉布置在圓錐面上，所以結(jié)構(gòu)和制造都比較麻煩，一般應(yīng)用在燈泡貫流式或斜流式水輪機(jī)上。徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的導(dǎo)葉軸線與機(jī)組軸線垂直，一般布置在全貫流式水輪機(jī)上。

國內(nèi)普遍采用的圓柱式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，其操作部件通常采用連桿傳動的結(jié)構(gòu)型式，即連桿式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，這是用于大中型水輪機(jī)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式，由調(diào)速器控制接力器將操作力通過控制環(huán)傳遞給與其鉸接的各連桿組件，再通過連桿組件作用于與其鉸接的導(dǎo)葉臂上，從而控制各導(dǎo)葉的動作，達(dá)到調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度，控制水輪機(jī)流量的目的。

2 傳統(tǒng)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)問題

傳統(tǒng)水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)雙聯(lián)臂常用的有幾種形式，如叉頭導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、耳柄式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、單（雙）連臂導(dǎo)水機(jī)構(gòu)等，如圖1～圖3所示。

圖1 叉頭式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)Fig.1 Fork type water conducting mechanism

圖2 耳柄式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)Fig.2 Ear-type water guide mechanism

圖3 單（雙）連臂式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)Fig.3 Single（double）with arm type water guide

傳統(tǒng)形式的聯(lián)臂在使用中陸續(xù)暴露出幾方面問題：一是破斷螺栓（剪斷銷）安置在拐臂上，運行中不便于巡視檢查，當(dāng)該破斷螺栓銹蝕時，使破斷螺栓失去保護(hù)作用;二是水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)檢修工藝復(fù)雜，導(dǎo)葉間隙不易調(diào)整，廢時費力，可調(diào)節(jié)性差；三是連臂無規(guī)律性伸長或縮短不可控，導(dǎo)葉漏水量增大，機(jī)組停機(jī)時轉(zhuǎn)速下降較慢，推力瓦和風(fēng)閘磨損嚴(yán)重；四是檢修質(zhì)量不易保證，導(dǎo)葉漏水量較大，直接降低機(jī)組整體可靠度，浪費水能。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

本優(yōu)化的目的是提供一種安裝在水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)主要部件控制環(huán)與拐臂之間的框式雙聯(lián)臂。該雙聯(lián)臂設(shè)計巧妙、結(jié)構(gòu)簡單、導(dǎo)葉間隙調(diào)整方便，同時具有導(dǎo)葉破斷螺栓的功能，運行更穩(wěn)定、使用更安全的大型水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)框式雙聯(lián)臂。

本優(yōu)化是通過以下結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的：采用一種大型水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)框式雙聯(lián)臂（圖4），雙聯(lián)臂為臥式結(jié)構(gòu)，雙聯(lián)臂3安裝于導(dǎo)水機(jī)構(gòu)控制環(huán)7與拐臂8間，用于將控制環(huán)7的操作力矩傳遞給拐臂8。在水輪機(jī)運行中，當(dāng)開啟或關(guān)閉導(dǎo)葉時，框式雙聯(lián)臂將控制環(huán)7的操作力矩傳遞給導(dǎo)葉拐臂8，通過導(dǎo)葉拐臂8將該力矩傳遞給導(dǎo)葉，實現(xiàn)導(dǎo)葉開啟或關(guān)閉，調(diào)整水輪機(jī)的流量，即調(diào)整水輪機(jī)的出力。

4 優(yōu)化實施

本優(yōu)化涉及一種大型水輪機(jī)用導(dǎo)水機(jī)構(gòu)框式雙聯(lián)臂與水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)控制環(huán)及拐臂固定連接，雙聯(lián)臂與控制環(huán)、拐臂間分別通過圓柱銷釘固定連接。

它的原理為兩個連桿銷6之間的作用力通過破斷螺釘1來傳遞，兩個連桿銷之間的距離可通過破斷螺釘?shù)男祥L度來調(diào)整，從而對加工安裝誤差進(jìn)行補(bǔ)償，當(dāng)導(dǎo)葉向關(guān)閉方向運動時，如果兩個連桿銷6之間傳遞的力超出設(shè)計值，破斷螺釘將被拉斷，保護(hù)其他構(gòu)件不被破壞。

本優(yōu)化運行更穩(wěn)定、使用更安全，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且檢修維護(hù)方便?？蚴诫p聯(lián)臂裝置由：破斷螺釘、螺母、框體、滑塊、連桿銷、緩沖片5等組成，如圖4所示。

（1）一種大型水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)框式雙聯(lián)臂，其特征是：框式雙聯(lián)臂3與水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)控制環(huán)7及導(dǎo)葉拐臂8固定連接，框式雙聯(lián)臂3位于水輪機(jī)頂蓋上方。

（2）所述的一種大型水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)框式雙聯(lián)臂為框式結(jié)構(gòu)，其特征是：破斷螺釘1的一端與框體3通過螺紋連接，并在框體兩側(cè)用螺母2固定，破斷螺栓1的另一端通過螺紋與滑塊4固定?；瑝K4通過連桿銷6與拐臂8連接固定；連桿銷6上平面安裝一鎖定片，通過螺釘緊固；在框體3側(cè)上平面與滑塊4連接處安裝一壓板，通過螺栓緊固，以防止滑塊上竄?？蝮w3的另一端軸孔內(nèi)鑲嵌有自潤滑軸套，通過連桿銷6與控制環(huán)7連接，連桿銷6上平面安裝一鎖定片，通過螺釘緊固，在框體3該端上平面與緩沖片5，通過螺栓緊固。

（3）當(dāng)水輪機(jī)運行中，開啟或關(guān)閉導(dǎo)葉時，框式雙聯(lián)臂將控制環(huán)7力矩傳遞給導(dǎo)葉拐臂8，通過導(dǎo)葉拐臂將該力矩傳遞給導(dǎo)葉，從而實現(xiàn)導(dǎo)葉的同步轉(zhuǎn)動，通過導(dǎo)葉開口變化實現(xiàn)流量變化，完成機(jī)組的調(diào)節(jié)。實現(xiàn)導(dǎo)葉開啟或關(guān)閉，使機(jī)組安全穩(wěn)定運行。

5 優(yōu)化效果

（1）優(yōu)化導(dǎo)水機(jī)構(gòu)設(shè)計：從結(jié)構(gòu)型式上通過調(diào)整框式雙聯(lián)臂上的滑塊4在框體3內(nèi)的水平位置，即連桿銷6的中心距離，調(diào)整拐臂8的水平轉(zhuǎn)角，實現(xiàn)水輪機(jī)導(dǎo)葉間隙的調(diào)整。不僅使導(dǎo)葉間隙易于調(diào)整，而且能夠縮短導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的檢修時間、保證導(dǎo)葉檢修調(diào)整的檢修質(zhì)量。

（2）具有安全保護(hù)作用。破斷螺釘1置于框體3與滑塊間，一方面，機(jī)組運行中，易于運行人員的檢查；另一方面，當(dāng)破斷螺釘損壞時，易于更換，縮短設(shè)備故障消除的時間。

（3）框式雙聯(lián)臂具有調(diào)節(jié)長度的功能，以補(bǔ)償加工誤差，保證導(dǎo)葉的同步性。當(dāng)水輪機(jī)相鄰導(dǎo)葉間卡住物體時，該導(dǎo)葉無法正常關(guān)閉，導(dǎo)致破斷螺釘拉斷1，滑塊4在框體內(nèi)移動，此時，緩沖片5起到緩沖作用，防止水輪機(jī)故障的擴(kuò)大，利于保證水輪機(jī)其他相鄰導(dǎo)葉及時可靠關(guān)閉。

（4）結(jié)構(gòu)新穎、簡單，檢修維護(hù)方便。

6 結(jié)束語

本優(yōu)化取消了傳統(tǒng)的叉頭式、耳柄式、單（雙）連板式連臂傳動機(jī)構(gòu)，相應(yīng)地也取消了與其相關(guān)聯(lián)的剪斷銷，采用了滑塊機(jī)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)變得簡單、新穎，安裝、維護(hù)方便，實用性強(qiáng)，導(dǎo)葉間隙調(diào)整方便，同時具有導(dǎo)葉破斷螺栓的功能，運行更穩(wěn)定、使用更安全，提高了生產(chǎn)企業(yè)和電站的經(jīng)濟(jì)社會效益，這必將為公司立足水電市場發(fā)揮作用。目前，該結(jié)構(gòu)成功應(yīng)用于豐滿發(fā)電廠4、5、8號等多臺100MW機(jī)組上，機(jī)構(gòu)運行狀況良好。

[1] 孫之安.水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計[J].小水電，2014，（1）（總第175期）.SUN Zhian.Structural Improvement Design of Hydraulic Turbine Water Conveying Mechanism[J].Small Hydropower Year 1，2014（Total 175th issue）.

[2] 哈爾濱大電機(jī)研究所.水輪機(jī)設(shè)計手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1976.Harbin Institute of Electrical Engineering[M].Beijing ： Machinery Industry Press，1976.

2017-02-15

2017-05-20

杜 永（1982—），工程師，主要研究方向：水輪發(fā)電機(jī)組安裝、調(diào)試、維護(hù)及檢修，水輪發(fā)電機(jī)組新技術(shù)、新材料、新工藝的應(yīng)用。

Hydroelectric Generating Water Guide Structure Optimization Design and Application—Design and Application of Box （double）Connector Plate

DU Yong
（State Grid Xinyuan Fengman Power Plant，Jilin 132108，China）

In view of running for nearly 60 years of fengman power plant，water guide wear serious，more problems，is not conducive to the maintenance and repair，there are risks.After water guide mechanism for effective design，crew maintenance and repair convenience and operational reliability improved significantly.In this paper，described in detail and summary.

water guide；box （double） connector plate；structure；optimization

TV3

A學(xué)科代碼：570.2520

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.04.017