田灣河梯級(jí)水電站噴針反饋裝置安裝工序及工藝探討

鮮于坤

摘 要：田灣河梯級(jí)水電站6臺(tái)機(jī)組系高水頭沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組采用六噴六折沖擊式調(diào)速器，單機(jī)容量120 MW，是目前國(guó)內(nèi)裝機(jī)容量最大的沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組。調(diào)速器系統(tǒng)的噴針、折向器部分采用的是奧地利VA TECH HYDRO公司的進(jìn)口設(shè)備。

關(guān)鍵詞：調(diào)速器；噴針；反饋裝置；定滑輪

中圖分類號(hào)：TV734.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.09.084

調(diào)速器系統(tǒng)通過噴針反饋信號(hào)調(diào)整機(jī)組開、停機(jī)，機(jī)組運(yùn)行過程中的負(fù)荷，以實(shí)現(xiàn)對(duì)其的自動(dòng)控制。尤其在頻繁的負(fù)荷調(diào)整過程中，考驗(yàn)了噴針反饋鏈條的可靠性。在田灣河梯級(jí)水電站6臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電至2010-12-18這段時(shí)間內(nèi)，已有6臺(tái)/次噴針的反饋鏈條在導(dǎo)向輪處發(fā)生了斷裂。當(dāng)鏈條斷裂后，該組噴針、折向器將無法正常工作，必須退出運(yùn)行，但是，這樣勢(shì)必會(huì)影響機(jī)組的正常運(yùn)行，甚至導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)。

1 噴針反饋裝置工作原理

當(dāng)開機(jī)或機(jī)組增加負(fù)荷時(shí)，上位機(jī)向調(diào)速器系統(tǒng)發(fā)出“開噴針”指令，比例伺服閥動(dòng)作，壓力油通向噴針開啟腔，噴針活塞向開啟方向移動(dòng)。此時(shí)，噴針反饋裝置的彈簧開始收縮，反饋鏈條在彈簧力的作用下向彈簧收縮方向移動(dòng)，同時(shí)，反饋鏈條帶動(dòng)位移傳感器將噴針實(shí)時(shí)開度信號(hào)反饋給上位機(jī)。當(dāng)關(guān)機(jī)或機(jī)組減少負(fù)荷時(shí)，上位機(jī)向調(diào)速器系統(tǒng)發(fā)出“關(guān)噴針”指令，比例伺服閥動(dòng)作，壓力油通向噴針關(guān)閉腔，噴針活塞向關(guān)閉腔移動(dòng)。這時(shí)，反饋鏈條在活塞帶動(dòng)下向彈簧拉伸方向移動(dòng)，彈簧在鏈條的帶動(dòng)下被拉伸，同時(shí)，反饋鏈條帶動(dòng)位移傳感器將噴針實(shí)時(shí)開度信號(hào)反饋給調(diào)速器系統(tǒng)。彈簧自由狀態(tài)下的長(zhǎng)度為500 mm，當(dāng)噴針處于全開狀態(tài)時(shí)，彈簧被拉伸75 mm，噴針活塞最大行程為255 mm，如圖1所示。

2 反饋鏈條斷裂原因分析

開噴針時(shí)，導(dǎo)向輪在反饋鏈條的作用下順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；關(guān)噴針時(shí)，導(dǎo)向輪在反饋鏈條的作用下逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)6臺(tái)/次噴針反饋鏈條發(fā)生斷裂時(shí)，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，鏈條斷裂點(diǎn)均處于與導(dǎo)

向輪接觸的地方，從斷裂點(diǎn)向2個(gè)方向延伸，在255 mm長(zhǎng)度范圍內(nèi)，有不同程度的磨損，而且導(dǎo)向輪圓周方向內(nèi)外邊緣均有磨損，如圖2所示。由此可見，反饋鏈條與導(dǎo)向輪相互磨損是導(dǎo)致鏈條斷裂的直接原因。

當(dāng)反饋鏈條在導(dǎo)向輪輪槽內(nèi)移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)向輪隨之作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈條與導(dǎo)向輪之間的磨損量是很小的。只有反饋鏈條處在輪槽邊緣上移動(dòng)，或者從導(dǎo)向輪右側(cè)脫落到導(dǎo)向輪支撐桿上滑動(dòng)，甚至從導(dǎo)向輪左側(cè)脫落到噴針本體上滑動(dòng)，才會(huì)導(dǎo)致鏈條發(fā)生嚴(yán)重的磨損，最終斷裂，如圖2所示。導(dǎo)向輪支撐桿直徑Φ=30 mm，導(dǎo)向輪輪槽直徑Φ=57 mm。當(dāng)反饋鏈條脫落到導(dǎo)向輪邊緣時(shí)，噴針開度在原來的基礎(chǔ)上將會(huì)發(fā)生1%左右的變化；當(dāng)反饋鏈條從導(dǎo)向輪右側(cè)脫落到導(dǎo)向輪支撐桿上時(shí)，鏈條在彈簧的作用下有ΔL=21.2 mm的位移變化，此時(shí)，噴針開度將有5%～10%的明顯變化。當(dāng)反饋鏈條從導(dǎo)向輪左側(cè)脫落時(shí)，噴針開度顯示變化會(huì)更大。

圖2 反饋鏈條斷裂原因示意圖

3 反饋裝置的安裝和彈簧調(diào)整

綜上所述，反饋鏈條在導(dǎo)向輪輪槽內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)行是保證鏈條不發(fā)生嚴(yán)重磨損而斷裂的必要條件。這就要求安裝人員在安裝噴針反饋裝置的過程中，要嚴(yán)格按照安裝工序和安裝工藝進(jìn)行。

安裝定滑輪支撐桿和定滑輪1，將鏈條1從定滑輪1穿過，安裝護(hù)板，如圖2所示，護(hù)板的作用是在連接定滑輪2和鏈條1時(shí)，鏈條1在噴針本體內(nèi)的部分不從定滑輪1輪槽內(nèi)脫落。鏈條1從定滑輪1輪槽內(nèi)脫落，說明護(hù)板強(qiáng)度不夠。為此，將原護(hù)板厚度從2 mm增加至3 mm，并對(duì)護(hù)板作卷邊處理，卷邊高度為10 mm，以確保護(hù)板有足夠的強(qiáng)度將鏈條控制在定滑輪輪槽內(nèi)。將鏈條1從噴針本體鏈條孔穿出，并將鏈條1拉直固定在鏈條孔出口處。在固定鏈條時(shí)，要保證鏈條1在定滑輪1輪槽內(nèi)，并且處于張緊的狀態(tài)，使鏈條垂直部分與水平部分始終處在同一鉛垂面內(nèi)，不發(fā)生扭曲，以免產(chǎn)生附加彎矩，降低鏈條承載力。此時(shí)，在鏈條1末端一側(cè)鏈板上做上記號(hào)（做記號(hào)的目的是：鏈條1在護(hù)管內(nèi)和噴針本體內(nèi)的部分無法觀測(cè)到其形態(tài)，在連結(jié)鏈條1和定滑輪2時(shí)，保證鏈條1的方向不發(fā)生變化，以免其發(fā)生扭曲現(xiàn)象）。

如圖1所示，連接彈簧和鏈條2，連接鏈條2和定滑輪3，并用固定銷釘將鏈條2固定在定滑輪3上。連接彈簧和鏈條2前，檢查彈簧是否完好無損，應(yīng)無銹蝕，無塑性變形。

回裝噴針，將鏈條1從鏈條護(hù)管中穿出并拉直，并在噴針本體上裝上鏈條護(hù)管，檢查鏈條護(hù)管與水平面是否垂直。在此過程中，要保證鏈條1在同一鉛垂面內(nèi)不發(fā)生扭曲。

在安裝反饋裝置鏈條盒時(shí)，將鏈條護(hù)管與鏈條盒連結(jié)。鏈條1在不發(fā)生扭曲且被拉直的情況下從鏈條盒穿出，固定鏈條1的末端，防止其發(fā)生扭曲和折回的情況。待噴針油管路恢復(fù)后，將鏈條1末端解開（動(dòng)作噴針前，將鏈條1末端解開，防止噴針動(dòng)作時(shí)鏈條被固定，而被損壞），并保持鏈條1不被扭曲，并且被拉直，動(dòng)作噴針并使噴針處于全開的狀態(tài)（當(dāng)噴針全開時(shí)，鏈條1從護(hù)管伸出量最大，便于連接鏈條1和定滑輪2）。將鏈條1末端取掉一部分（將鏈條1末端多余的量取下，其量直接關(guān)系著固定銷釘?shù)奈恢?。鑒于此，可在連接鏈條1和定滑輪2前，比較鏈條長(zhǎng)度和銷釘?shù)墓潭ㄎ恢茫?，取之前把末端的記?hào)重新做到取之后鏈條1的末端相應(yīng)一側(cè)的鏈板上，將鏈條1與定滑輪2連接，并用固定銷釘將鏈條1固定在定滑輪2上。

將定滑輪2與輪軸連結(jié)，把軸裝進(jìn)鏈條盒，在此過程中，要保證軸不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。檢查定滑輪2上的固定銷釘位置，如圖1所示。下側(cè)銷釘（未標(biāo)注）為定滑輪2上的銷釘位置，上側(cè)銷釘（已標(biāo)注）為定滑輪3上的銷釘位置。此時(shí)，噴針處于全開狀態(tài)，定滑輪2上的固定銷釘不能與鏈條1垂直部分接觸，定滑輪3上的固定銷釘不能越過鏈條2進(jìn)入定滑輪3的切點(diǎn)；相反，當(dāng)噴針處于全關(guān)狀態(tài)時(shí)，定滑輪3上的固定銷釘不能與鏈條2水平部分接觸，定滑輪2上的固定銷釘不能越過鏈條1進(jìn)入定滑輪2的切點(diǎn)。這樣做的目的是延長(zhǎng)鏈條的使用壽命，否則，需要通過調(diào)整鏈條1的長(zhǎng)度來調(diào)整固定銷釘?shù)奈恢谩?/p>

在安裝鏈條盒端蓋時(shí)，要保證輪軸不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。將鏈條2繞過定滑輪4，將連接好的定滑輪3裝在軸上，并安裝凸輪（凸輪作用是當(dāng)噴針全關(guān)時(shí)，向調(diào)速器系統(tǒng)發(fā)出開關(guān)信號(hào)，在機(jī)組運(yùn)行過程中，只有噴針全關(guān)時(shí)才能動(dòng)作折向器）。

在噴針全關(guān)的狀態(tài)下，連接鏈條與位移開關(guān)。至此，反饋裝置的安裝工作告一段落。

當(dāng)反饋裝置的安裝工作完畢后，調(diào)整彈簧長(zhǎng)度，以保證噴針在任何開度的情況下，彈簧都能將鏈條張緊。彈簧處于自由狀態(tài)時(shí)，其原有長(zhǎng)度L0=500 mm；當(dāng)噴針處于全開狀態(tài)時(shí)，彈簧拉伸量ΔL=75 mm；當(dāng)噴針處于全關(guān)狀態(tài)時(shí)（噴針頭與噴針口環(huán)間隙δ<0.02 mm可測(cè)），彈簧長(zhǎng)度L= L0 +ΔL+255=830 mm。如果L<830 mm，則說明噴針全開不到位，此時(shí)，可通過調(diào)整位移傳感器來調(diào)整噴針到全開位置。將位移傳感器滑塊向噴針關(guān)閉方向移動(dòng)，同時(shí)，將上位機(jī)噴針開度給定值設(shè)成100%保持不變，則噴針向開啟方向移動(dòng)，直至移動(dòng)位移傳感器滑塊時(shí)，噴針實(shí)際開度保持不變。這說明，噴針已經(jīng)達(dá)到了100%的開度。在全開狀態(tài)下，調(diào)整鏈條長(zhǎng)度，彈簧拉伸量ΔL=75mm，則L=830 mm。再全關(guān)噴針，檢查L(zhǎng)是否為830 mm，如果不是，則用相同的方法調(diào)整，直至L=830 mm為止。

4 結(jié)束語

在安裝噴針反饋裝置的過程中，尤其要注意鏈條護(hù)管和噴針本體內(nèi)的鏈條不能發(fā)生扭曲、折回的現(xiàn)象，這是保證反饋裝置安裝成敗的先決條件。在2010-12-18之前6臺(tái)/次噴針反饋鏈條斷裂故障的處理過程中，噴針反饋裝置嚴(yán)格按照安裝工序和安裝工藝進(jìn)行。2010-12-18至今，田灣河梯級(jí)水電站6臺(tái)機(jī)組，36臺(tái)噴針未發(fā)生反饋鏈條斷裂故障。

〔編輯：白潔〕