水輪機(jī)控制環(huán)抗磨板的選型計(jì)算及應(yīng)用

陳　立（重慶大唐國際武隆水電開發(fā)有限公司，重慶 武隆 408506）

水輪機(jī)控制環(huán)抗磨板的選型計(jì)算及應(yīng)用

陳立
（重慶大唐國際武隆水電開發(fā)有限公司，重慶 武隆 408506）

摘要：針對控制環(huán)抗磨板過度磨損問題，對控制環(huán)抗磨板的常用材料進(jìn)行分析介紹，分別從控制環(huán)立面及控制環(huán)底面兩部分對抗磨板的選型改造進(jìn)行研究，形成了一套系統(tǒng)的水輪機(jī)控制環(huán)抗磨板選型、計(jì)算方法。通過在銀盤水電站4臺機(jī)組上的應(yīng)用，解決了原抗磨板磨損選型不當(dāng)導(dǎo)致抗磨板磨損過度、控制環(huán)中心偏移的問題，消除了機(jī)組運(yùn)行的重大安全隱患，可以為同類型水輪機(jī)控制環(huán)抗磨板的設(shè)計(jì)、更新、改造提供參考。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī)；控制環(huán)；抗磨板；選型計(jì)算；銀盤水電站

銀盤水電站安裝4臺150MW軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，4臺機(jī)組于2011年全部投產(chǎn)發(fā)電。每臺機(jī)組有活動導(dǎo)葉28個，導(dǎo)葉由布置在二、三象限的2個接力器通過控制環(huán)及連接板、導(dǎo)葉臂來控制，接力器操作油壓6.3MPa。控制環(huán)立面及底面各設(shè)置有14塊均勻布置的聚四氟乙烯抗磨板，用于控制環(huán)的支撐定位及防磨損。

1　概述

銀盤水電站機(jī)組檢修期間，在控制環(huán)底部發(fā)現(xiàn)大量抗磨板碎屑，控制環(huán)中心發(fā)生偏移，并有繼續(xù)劣化的趨勢。經(jīng)檢查、分析，抗磨板磨損速度超出允許值，抗磨板不滿足使用要求。若不及時有效的處理，可能會引起控制環(huán)跳動或發(fā)卡、剪斷銷剪斷，導(dǎo)致調(diào)速器調(diào)節(jié)性能下降或活動導(dǎo)葉失控，產(chǎn)生不可估量的后果。

目前水輪發(fā)電機(jī)組在控制環(huán)抗磨板的設(shè)計(jì)時，僅僅是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行選擇，沒有一套成熟、系統(tǒng)的抗磨板的選型方法可供參考。此文分別從控制環(huán)立面及控制環(huán)底面兩部分對抗磨板的選型改造進(jìn)行研究，形成了一套系統(tǒng)的抗磨板選型、計(jì)算方法，并在銀盤水電站進(jìn)行應(yīng)用，成功解決了抗磨板過度磨損問題。

2　控制環(huán)抗磨板的常用材料

控制環(huán)立面及底面抗磨板的常用材料有：聚四氟乙烯等非金屬材料，F(xiàn)Z-6、FOB06、FZB05等系列金屬材料。

聚四氟乙烯是一種綜合性能非常優(yōu)秀的塑料，具有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕和老化性能，以及優(yōu)良的低溫性能，它具有極低的摩擦系數(shù)，被廣泛的應(yīng)用于摩擦材料領(lǐng)域。但它的耐磨性能、粘附性能及力學(xué)性能較差，在一定程度上限制了其在摩擦材料領(lǐng)域的應(yīng)用。

FZB05系列自潤滑軸承的結(jié)構(gòu)，是以高強(qiáng)度銅合金為基體，其上均布若干通孔或盲孔，孔中填充潤滑劑，同時軸承摩擦層表面還涂有固體潤滑膜。軸承工作時，固體潤滑劑在擠壓、剪切和摩擦熱的作用下向摩擦轉(zhuǎn)移形成固體潤滑膜，實(shí)現(xiàn)軸承潤滑。此類軸承可以在較低的摩擦阻力下穩(wěn)定工作。但由于泥沙或磨屑等雜物嵌入固體潤滑劑中，容易使其表面被覆蓋喪失自潤滑特性，一定程度上限制了其使用環(huán)境。

FZ-6型含固體潤滑劑的雙金屬自潤滑軸承（國外稱DEVA-BM）是一種以鋼板為基體，以燒結(jié)優(yōu)質(zhì)青銅粉為表面摩擦層，青銅粉內(nèi)均勻分布固體潤滑劑的雙金屬滑動軸承。其原理是：由于球形銅粉中間層的存在，摩擦表層與基體結(jié)合面積增大，同時固體潤滑劑又非常均勻地分布在摩擦表層，在磨損時，固體潤滑劑從表面銅層中不斷釋放出來，從而提供減摩層。FZ-6型自潤滑材料與傳統(tǒng)的三層復(fù)合材料比較，無論在靜載、無油、耐磨、溫度、尺寸、穩(wěn)定性等特性上都更為優(yōu)異。與5型的材料比較，F(xiàn)Z-6型材料更適合小角度擺動條件下工作。同時可避免鑲嵌式材料由于泥沙或磨屑等雜物嵌入固體潤滑劑中，使表面被覆蓋喪失自潤滑特性。同時FZ-6型材料在價格上明顯低于銅基鑲嵌自潤滑材料等多種優(yōu)點(diǎn)。

FOB06系列軸承是以低碳鋼、青銅板、不銹鋼為基體，表面燒結(jié)青銅合金層，合金層內(nèi)均勻彌散分布固體潤滑劑的自潤滑軸承材料，可長期在無油潤滑條件下工作，產(chǎn)品性能與國外DEVA-BM相近。

控制環(huán)立面及底面抗磨板的常用材料的許用值見表1。

表1控制環(huán)立面及底面抗磨板的常用材料的許用值

3　控制環(huán)立面抗磨板的選型及計(jì)算

3.1控制環(huán)立面抗磨板的設(shè)計(jì)計(jì)算方法

機(jī)組2個導(dǎo)葉接力器在相鄰象限對稱布置，接力器活塞腔包括有桿腔及無桿腔，有桿腔及無桿腔存在受力差，接力器動作時始終存在作用力之差。2個接力器動作時的相等作用力通過控制傳遞至活動導(dǎo)葉，2個接力器動作時的作用力之差作用到控制環(huán)的立面抗磨板?？刂骗h(huán)抗磨板結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1控制環(huán)抗磨板結(jié)構(gòu)尺寸圖

其中：

其中：

3.2控制環(huán)立面抗磨板的選型

銀盤水電站原立面抗磨板材質(zhì)為聚四氟乙烯，抗磨板尺寸為150mm×120mm，無法滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。根據(jù)常用材料的特性、控制環(huán)抗磨板的使用環(huán)境及抗磨板對于機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要性，考慮選用性能優(yōu)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)好的FZ-6及FOB06系列自潤滑軸承?？紤]更換時的便捷性，選擇抗磨板尺寸為×120mm，利用控制環(huán)立面抗磨板的設(shè)計(jì)計(jì)算方法計(jì)算，=425mm時立面抗磨板可以達(dá)到使用要求。此時原抗磨板（聚四氟乙烯）與新型抗磨板技術(shù)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2控制環(huán)立面抗磨板技術(shù)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

4　控制環(huán)底面抗磨板的選型及計(jì)算

4.1控制環(huán)底面抗磨板的設(shè)計(jì)計(jì)算方法

2-分別為控制環(huán)本體重量及控制環(huán)底面抗磨板數(shù)量；

-分別為單個底面抗磨板的寬度及長度。

其中：

4.2控制環(huán)底面抗磨板的選型

銀盤水電站原底面抗磨板材質(zhì)為聚四氟乙烯，抗磨板尺寸為150mm×100mm，無法滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。根據(jù)常用材料的特性、控制環(huán)抗磨板的使用環(huán)境及抗磨板對于機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要性，考慮選用性能優(yōu)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)好的FZ-6及FOB06系列自潤滑軸承?？紤]更換時的便捷性，選擇抗磨板尺寸為×100mm，利用控制環(huán)立面抗磨板的設(shè)計(jì)計(jì)算方法計(jì)算，=150mm時立面抗磨板可以達(dá)到使用要求。此時原抗磨板（聚四氟乙烯）與新型抗磨板技術(shù)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果如表3所示。

5　結(jié)論

根據(jù)抗磨板選型計(jì)算結(jié)果，銀盤水電站對4臺機(jī)組控制環(huán)抗磨板進(jìn)行了更換改造，改造后控制環(huán)恢復(fù)至中心位置，控制環(huán)動作靈活、抗磨板工作可靠。經(jīng)過一年的運(yùn)行，未發(fā)現(xiàn)抗磨板磨損異常。解決了原抗磨板磨損選型不當(dāng)導(dǎo)致抗磨板磨損過度、控制環(huán)中心偏移的問題，消除了機(jī)組運(yùn)行的重大安全隱患。形成了一套系統(tǒng)的抗磨板選型、計(jì)算方法，可以為同類型水輪機(jī)控制環(huán)抗磨板的設(shè)計(jì)、更新、改造提供參考。

表3控制環(huán)底面抗磨板技術(shù)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

參考文獻(xiàn)：

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中圖分類號：TK730.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）03-0018-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.03.005

收稿日期：2014-12-11

作者簡介：陳立（1986-），男，助理工程師，從事水電站設(shè)備點(diǎn)檢定修管理工作。