印尼波索1水電站連板偏心銷偏心量不足處理

耿鑫

摘 要：本文重點介紹了印尼波索1水電站導(dǎo)水機構(gòu)連板偏心量不足的原因分析及處理，為同類型混流式水輪機安裝提供借鑒。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)水機構(gòu);偏心銷;立面間隙

中圖分類號：TV734.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）13-0171-02

1 電站情況簡介

波索1水電站位于印度尼西亞中蘇拉威西省，裝備了4臺立式混流式水輪發(fā)電機組，單機容量30MW，機組由中國東方電氣集團提供。在機組安裝過程中，安裝人員發(fā)現(xiàn)導(dǎo)水機構(gòu)連板偏心銷偏心量只有5mm，即當(dāng)控制環(huán)小耳孔與連板耳孔中心距的距離為350mm±5mm時才能保證雙連板正常安裝，而實際兩個控制環(huán)小耳孔與連板耳孔中心距的實測值均為356mm。

2 連桿偏心銷作用

多數(shù)水輪機導(dǎo)葉臂與控制環(huán)間的連接采用連桿加偏心銷的方式。由于底環(huán)、頂蓋活動導(dǎo)葉軸孔分布圓直徑加工誤差、活動導(dǎo)葉軸孔分度誤差;活動導(dǎo)葉頭部、尾部的關(guān)閉棱加工誤差;控制環(huán)小耳孔分布圓直徑加工誤差、小耳孔分度誤差;活動導(dǎo)葉與導(dǎo)葉臂同鉆鉸銷孔定位誤差;導(dǎo)葉臂加工誤差，導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整誤差，均會對導(dǎo)葉臂銷孔到控制環(huán)小耳孔的距離產(chǎn)生影響（活動導(dǎo)葉、控制環(huán)均在全關(guān)位置）。上述加工誤差均會累計到連桿位置，并通過連桿偏心銷的偏心量來調(diào)整。

3 偏心量影響因素分析

3.1 導(dǎo)葉加工偏差的影響

波索1電站導(dǎo)葉關(guān)閉點的加工工序，見圖1導(dǎo)葉加工圖，根據(jù)導(dǎo)葉尾頭部和導(dǎo)葉中心線加工出導(dǎo)葉頭部關(guān)閉棱，導(dǎo)葉頭部和中心線加工出導(dǎo)葉尾部關(guān)閉棱。

根據(jù)上述工序加工導(dǎo)葉關(guān)閉棱時，當(dāng)導(dǎo)葉尾部關(guān)閉棱到導(dǎo)葉中心的距離偏大時，則導(dǎo)葉頭部的關(guān)閉棱肯定也會產(chǎn)生與尾部關(guān)閉棱方向相反的偏差。根據(jù)導(dǎo)葉全關(guān)位置的分析可知，二者對該導(dǎo)葉連桿銷孔間的距離影響是一致的，并且導(dǎo)葉頭部關(guān)閉棱的加工誤差對該導(dǎo)葉連桿銷孔間的距離影響更大一些。故在考慮關(guān)閉棱位置偏差對連桿銷孔間距離影響時不再考慮導(dǎo)葉尾部關(guān)閉棱的影響。

3.2 導(dǎo)葉與導(dǎo)葉臂同鉆鉸偏差的影響

波索1電站活動導(dǎo)葉與導(dǎo)葉臂的銷孔為同鉆鉸。當(dāng)按該圖同鉆鉸導(dǎo)葉、導(dǎo)葉臂間銷孔時可以消除部分導(dǎo)葉關(guān)閉棱偏差對該導(dǎo)葉連桿銷孔間距離的影響。當(dāng)導(dǎo)葉頭部的關(guān)閉棱為正偏差時，按鉆孔位置圖擺放導(dǎo)葉時該導(dǎo)葉相當(dāng)于向開啟方向轉(zhuǎn)動，即導(dǎo)葉與導(dǎo)葉臂間的夾角減小，工地安裝導(dǎo)葉臂后，相應(yīng)的連桿銷孔間的距離比設(shè)計值大，部分補償了由于導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整是造成的導(dǎo)葉連桿銷孔距離比理論值小的誤差。

當(dāng)按導(dǎo)葉鉆攻位置圖同鉆鉸導(dǎo)葉、導(dǎo)葉臂間的銷孔時，需要提醒注意的是，確定導(dǎo)葉位置的點應(yīng)是導(dǎo)葉頭部的關(guān)閉點，嚴禁用其尾部的導(dǎo)葉尾部的關(guān)閉點，否則應(yīng)產(chǎn)生相反的影響，偏差不但不能補償，反而是累加。從實際施工的角度考慮，利用尾部關(guān)閉棱確定導(dǎo)葉進行同鉆鉸時，導(dǎo)葉受力不良，在同鉆鉸過程中導(dǎo)葉與導(dǎo)葉臂的相對位置可能產(chǎn)生變化而對同鉆鉸孔不利。

一般來說，根據(jù)目前的加工水平，對導(dǎo)葉臂銷孔到控制環(huán)小耳柄銷孔距離均勻性影響最大的事導(dǎo)葉與導(dǎo)葉臂同鉆鉸時的定位誤差。

3.3 導(dǎo)葉軸孔分布圓直徑及分度偏差的影響

從理論上講，當(dāng)所有的導(dǎo)葉加工均勻一致，通時確定導(dǎo)葉軸心位置的底環(huán)、頂蓋的導(dǎo)葉中心孔位置均勻一致時，所有導(dǎo)葉的全關(guān)位置點應(yīng)該是在同一圓上。當(dāng)導(dǎo)葉的關(guān)閉點加工存在偏差或?qū)~分布圓直徑存在偏差時，導(dǎo)葉的全關(guān)位置分布圓直徑與理論值不一致，即導(dǎo)葉在全關(guān)位置下的安放角度與理論值存在偏差而已。在此狀況下，對連桿銷孔間距離的均勻性沒有影響，但當(dāng)控制環(huán)全關(guān)位置確定后，該狀況對連桿銷孔間的距離絕對值是有影響。

當(dāng)?shù)篆h(huán)、頂蓋上的導(dǎo)葉軸孔分布不均勻一致時，對導(dǎo)葉全關(guān)位置的影響則要根據(jù)具體的情況來分析。假設(shè)其余的加工尺寸均符合設(shè)計值，單個導(dǎo)葉的軸孔分布半徑偏大時，該導(dǎo)葉應(yīng)該向關(guān)閉方向轉(zhuǎn)動，后續(xù)（沿水流方向）相鄰的導(dǎo)葉需要開啟，以此類推間隔關(guān)閉、開啟方可使該導(dǎo)葉閉合，由此可知，該導(dǎo)葉的連桿銷孔距離會比理論值大，后續(xù)相鄰的比理論值小，依次類推大、下間隔;相應(yīng)的單個導(dǎo)葉的軸孔分布向?qū)~尾部偏移的影響情況與導(dǎo)葉軸孔半徑偏大一致。

3.4 導(dǎo)葉閉合點偏差的影響

假設(shè)其余的加工尺寸均符合設(shè)計值，導(dǎo)葉尾部閉合點到導(dǎo)葉中心的距離偏大時，若該導(dǎo)葉不轉(zhuǎn)動的情況下，后一導(dǎo)葉勢必會向開啟方向轉(zhuǎn)動。當(dāng)重新排立面間隙時，再后一導(dǎo)葉會向關(guān)閉方向轉(zhuǎn)動，間隔開啟、關(guān)閉導(dǎo)葉。由此可知，該導(dǎo)葉會向關(guān)閉方向轉(zhuǎn)動，受影響最大的是與之相鄰的后一導(dǎo)葉其連桿銷孔距離會比理論值大。當(dāng)導(dǎo)葉頭部閉合點到導(dǎo)葉中心的距離偏大時，該導(dǎo)葉為了就位，勢必會向開啟方向轉(zhuǎn)動，后一導(dǎo)葉向關(guān)閉方向轉(zhuǎn)動，以后間隔開啟、轉(zhuǎn)動導(dǎo)葉。受影響最大的是該導(dǎo)葉，其連桿銷孔距離會比理論值小。

綜上所述，導(dǎo)葉關(guān)閉點的絕對值和導(dǎo)葉分布圓的絕對值影響連桿銷孔距離的絕對值;導(dǎo)葉關(guān)閉點的不均勻性和導(dǎo)葉中心位置的不均勻性影響連桿銷孔距離的不均勻性。

4 立面間隙的調(diào)整

對于活動導(dǎo)葉，調(diào)整導(dǎo)葉閉合點的節(jié)圓尺寸來保證導(dǎo)葉全關(guān)位置角度的準(zhǔn)確性。若考慮到導(dǎo)葉瓣體厚度加工誤差及導(dǎo)葉閉合點加工誤差，不應(yīng)以絕對值來確定導(dǎo)葉全關(guān)位置，而應(yīng)以所有導(dǎo)葉的節(jié)圓尺寸的均勻性來確定。

從理論上來講，要將所用的導(dǎo)葉底部立面間隙調(diào)整到均為零，則所有導(dǎo)葉的全關(guān)位置是唯一的。在導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整中常采用的辦法有兩種。

4.1 鋼絲繩捆綁法

采用鋼絲繩捆緊導(dǎo)葉，利用導(dǎo)葉的自動關(guān)閉找正將所有的導(dǎo)葉至于全關(guān)位置。該方法的缺點是當(dāng)活動導(dǎo)葉的轉(zhuǎn)動摩擦力加大時，所有的導(dǎo)葉不會自動閉合。另外，對于楔形的立面間隙調(diào)整也不適合，由于轉(zhuǎn)動摩擦力的不一致，勢必部分導(dǎo)葉關(guān)閉過緊。

4.2 導(dǎo)葉分布法

根據(jù)圖紙先將一個導(dǎo)葉初步置于全關(guān)位置，依次將相鄰的導(dǎo)葉與之閉合，在此過程中，測量檢查各導(dǎo)葉關(guān)閉位置的均勻性并進行必要的調(diào)整，最后排出一條立面存在間隙，而其余導(dǎo)葉均無間隙的狀況。從理論上來分析，該立面處的兩個導(dǎo)葉其中一個導(dǎo)葉關(guān)閉不到位。當(dāng)導(dǎo)葉個數(shù)采用偶數(shù)時，要使所有的導(dǎo)葉閉合，則相鄰的導(dǎo)葉勢必需要間隔關(guān)閉、開啟。即這兩個導(dǎo)葉中一個關(guān)閉不到位，一個關(guān)閉過多。因此，可以初步采用測量檢查這兩個導(dǎo)葉的關(guān)閉點半徑的辦法來確定其需要關(guān)閉或開啟。

采用CAD作圖法來分析或者在實踐中粗排測量來確定方式確定導(dǎo)葉立面間隙是沿順時針還是沿逆時針方向排導(dǎo)葉，其立面間隙會逐漸縮小。一般說來，當(dāng)導(dǎo)葉閉合點位于導(dǎo)葉中心連線與導(dǎo)葉中心圓半徑所形成的三角形外時，按水流方向排導(dǎo)葉時其立面間隙是收斂的;當(dāng)導(dǎo)葉閉合點位于導(dǎo)葉中心連線與導(dǎo)葉中心圓半徑所形成的三角內(nèi)時，按逆流方向排導(dǎo)葉時其立面間隙是收斂的。波索1電站導(dǎo)葉沿順時針方向關(guān)閉導(dǎo)葉導(dǎo)葉來排導(dǎo)葉立面間隙時，導(dǎo)葉間隙會越來越小;大小頭的間隙比為1.06左右。

導(dǎo)葉排立面間隙步驟應(yīng)為：根據(jù)理論值將第一個導(dǎo)葉置于全關(guān)位置，依次按導(dǎo)葉立面間隙縮小的方向關(guān)閉導(dǎo)葉，關(guān)閉導(dǎo)葉時應(yīng)測量各導(dǎo)葉的節(jié)圓半徑并對導(dǎo)葉進行必要的調(diào)整。當(dāng)將導(dǎo)葉的立面間隙都趕到兩個導(dǎo)葉之間時，分析各導(dǎo)葉的節(jié)圓半徑，特別是有間隙的兩個導(dǎo)葉的節(jié)圓半徑。對于有間隙的前后兩個導(dǎo)葉，勢必是后一個導(dǎo)葉（沿水流方向）沒有關(guān)到位，前一個導(dǎo)葉（沿水流方向）關(guān)過位。若采用按導(dǎo)葉立面間隙縮小的方向?qū)⒂虚g隙的兩個導(dǎo)葉關(guān)死，勢必會產(chǎn)生另一個導(dǎo)葉關(guān)不嚴的情況，只是間隙減小了而已（雖然從工程上是可行的）。最好的方法是分析計算，采用不完全關(guān)死的方法來進行。具體的方法為：粗排后的導(dǎo)葉立面間隙為g，導(dǎo)葉的關(guān)閉量為x，大小頭間隙比為a，導(dǎo)葉數(shù)為n，則得出g=x+x/an，即x=g/（1+1/an）。從理論上來講：采用倒排的方法也可以，即采用按導(dǎo)葉間隙放大的方法來排導(dǎo)葉，此時，g=x+xan，即x=g/（1+an）。但是，由于調(diào)整時存在誤差，采用倒排時誤差會放大累計，實踐上很難進行。故一般易采用間隙縮小的方法來排立面間隙。

波索1電站活動導(dǎo)葉連桿長度變化與對應(yīng)導(dǎo)葉尾部間隙的比例約為1.7。為保證連板能與導(dǎo)葉臂、控制環(huán)連接，在導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整時應(yīng)予以考慮，必要時應(yīng)對導(dǎo)葉進行必要的打磨處理以調(diào)整連桿能連接。連桿偏心銷偏心量5mm，從理論上來講，導(dǎo)葉關(guān)閉點的節(jié)圓半徑與理論值比較應(yīng)控制在±2.5mm。若考慮到導(dǎo)葉瓣體加工誤差、導(dǎo)葉臂與導(dǎo)葉銷孔的加工角度誤差，該值應(yīng)控制在±1.5mm為宜。必要時應(yīng)犧牲導(dǎo)葉關(guān)閉點節(jié)圓半徑以保證連桿能連接。

5 控制環(huán)全關(guān)位置的確定

導(dǎo)葉分布圓直徑偏差和控制環(huán)小耳柄銷孔分布圓直徑偏差影響連桿銷孔距離，控制環(huán)的安裝位置應(yīng)在導(dǎo)葉立面間隙合格后，測量出導(dǎo)葉臂連桿銷孔到控制環(huán)連桿銷孔的距離，根據(jù)該距離分析確定控制環(huán)的最終安裝位置以消除導(dǎo)葉分布圓直徑偏差和控制環(huán)小耳柄銷孔分布圓直徑偏差對連桿銷孔距離的影響。確定的原則就是盡量能將所有連桿安裝就位并且盡可能為以后導(dǎo)葉立面間隙的調(diào)整留一定的余量。由于機組在運行一段時間后由于氣蝕、磨損，導(dǎo)葉立面間隙會擴大，相應(yīng)的在重新調(diào)整立面間隙后導(dǎo)葉會想全關(guān)方向轉(zhuǎn)動，即連桿長度會變長。故控制環(huán)的最終位置確定后，連桿銷孔間的距離應(yīng)在保證連桿能安裝就位的基礎(chǔ)上盡量偏小。

6 處理方法

導(dǎo)葉閉合點加工尺寸、導(dǎo)葉與導(dǎo)葉臂同鉆鉸角度無法準(zhǔn)確測量;導(dǎo)葉分布圓直徑及分度、控制環(huán)小耳孔分布圓直徑及分度工地現(xiàn)場無法準(zhǔn)確測量;控制環(huán)加工小耳孔徑向尺寸、分度無法準(zhǔn)確測量;控制環(huán)全關(guān)位置調(diào)整無法解決偏心量不足問題，連板銷孔中心距加工尺寸滿足設(shè)計要求。

鑒于以上情況，根據(jù)拐臂與控制環(huán)小耳孔實際尺寸配加工連板或增大偏心銷偏心量是解決問題的關(guān)鍵。而波索1電站連板銷孔為冷套銷套結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場配加工連板工序過多，而采用了堆焊偏心銷進行再加工的方式增大偏心量。

該方法雖解決了偏心銷偏心量不足的問題，但偏心銷材料為高碳鋼，可焊性較差，容易出現(xiàn)冷裂紋，不易保證堆焊質(zhì)量。推薦采用配加工連板方法，如果連板為雙連板結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用同鏜銷孔方式保證上、下連板銷孔的同心度。

7 結(jié)語

導(dǎo)水機構(gòu)是水輪機重要的引流部件，其安裝質(zhì)量直接影響機組的安全穩(wěn)定運行。本文從導(dǎo)水機構(gòu)結(jié)構(gòu)件加工及安裝偏差對活動導(dǎo)葉立面間隙的影響及活動導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整方法為切入點，分析了連板偏心量不足產(chǎn)生的原因及處理方法，希望對后續(xù)機組安裝提供一定借鑒。