掛治電廠(chǎng)導(dǎo)葉接力器結(jié)構(gòu)優(yōu)化

李 偉，葉江寧

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410004）

0 引言

掛治水電廠(chǎng)位于沅水干流上游河段的清水江中下游，壩址距貴州錦屏縣城7 km，是沅水梯級(jí)規(guī)劃的第三級(jí)，工程以發(fā)電為主，兼有改善航運(yùn)條件等綜合利用效益。電廠(chǎng)為低水頭河床式電站，是三板溪電站的反調(diào)節(jié)電站，具有日調(diào)節(jié)性能。總裝機(jī)容量150 MW，安裝三臺(tái)單機(jī)容量50 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組,電站保證出力42.5 MW，多年平均發(fā)電量4.021億kW·h。

該電廠(chǎng)每臺(tái)機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)裝有3臺(tái)接力器，接力器沿周向布置（如圖1），尾座安裝在支持蓋上，另一側(cè)連接控制環(huán)，為搖擺式結(jié)構(gòu)，每臺(tái)接力器兩頭均裝有球軸承，可自行調(diào)節(jié)缸體與活塞桿的相對(duì)水平度。自機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，發(fā)生過(guò)多次接力器故障：機(jī)組停機(jī)過(guò)程中接力器前端蓋銅套磨損嚴(yán)重甚至破裂，造成活塞桿卡死，機(jī)組無(wú)法正常停機(jī)；接力器尾座固定銷(xiāo)軸上竄造成接力器水平度超標(biāo)，接力器水平度偏差大；機(jī)組運(yùn)行中接力器前端蓋漏油頻繁。

本文針對(duì)掛治電廠(chǎng)機(jī)組導(dǎo)葉接力器存在的諸多問(wèn)題，以改變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、完善材質(zhì)運(yùn)用等手段進(jìn)行了優(yōu)化改造，有效解決了上述各類(lèi)問(wèn)題。

1 原因分析

（1）原接力器兩端采用球軸承進(jìn)行連接（如圖2）。前端蓋導(dǎo)向銅套與接力器前缸蓋采用過(guò)渡配合，其與前缸蓋通過(guò)騎縫螺釘進(jìn)行固定，易發(fā)生螺釘竄出，固定力度不夠致使導(dǎo)向銅套軸向竄動(dòng)移位，限位導(dǎo)向作用減輕。因球軸承能夠自行調(diào)節(jié)缸體及活塞桿水平度，活塞桿伸出時(shí)接力器受重力作用發(fā)生彎折，導(dǎo)向銅套處成為拐點(diǎn)，即活塞缸與活塞桿夾角α＜ 180°，如圖 3。

圖1

圖2

圖3

彎折狀態(tài)運(yùn)行時(shí)活塞桿與導(dǎo)向銅套摩擦力增大，進(jìn)一步加劇導(dǎo)向銅套移位，并使其磨損甚至開(kāi)裂，造成發(fā)卡。

（2）接力器尾座銷(xiāo)軸與支持蓋采用過(guò)盈配合裝配，過(guò)盈量較小，長(zhǎng)期交變力作用致使銷(xiāo)軸逐漸竄出支持蓋銷(xiāo)孔，尾座高程變化，接力器水平發(fā)生改變，其動(dòng)作姿態(tài)受影響。

（3）接力器前端蓋密封壓蓋采用了單層丁腈橡膠“O”型密封圈密封形式，根據(jù)丁腈橡膠應(yīng)力加速老化行為，在應(yīng)力作用下丁腈橡膠的分子鏈發(fā)生取向變形，鍵長(zhǎng)和鍵角發(fā)生改變并受到約束，分子鏈的斷裂活化能降低、老化進(jìn)程加快，壽命縮短。當(dāng)丁腈橡膠不受任何應(yīng)力作用時(shí)，其在常溫下的貯存壽命較受彎曲應(yīng)力作用時(shí)的貯存壽命長(zhǎng)一倍左右；在拉伸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力同時(shí)作用時(shí)，貯存壽命甚至縮短為不受任何應(yīng)力作用時(shí)的1/10【1】。

當(dāng)油壓作用時(shí)，“O”型密封圈形態(tài)如圖4所示。

圖4

件1、件2相對(duì)運(yùn)動(dòng)易使棱角“Q”反復(fù)剪切密封圈本體，導(dǎo)致其斷裂?？梢?jiàn)丁晴橡膠密封件動(dòng)密封性能較差，接力器長(zhǎng)期運(yùn)行易造成其老化損壞，密封性能降低引起內(nèi)部壓力油泄漏。

2 優(yōu)化改造

（1）為了改善接力器前端蓋導(dǎo)向銅套受力情況，將接力器尾部球軸承更改為圓柱形軸承（圖5），可限制接力器偏移、側(cè)傾、彎折等，優(yōu)化其動(dòng)作姿態(tài)，同時(shí)降低接力器動(dòng)作時(shí)與頂蓋干涉的可能性，大幅減小導(dǎo)向銅套竄位與磨損。

47%異隆·丙·氯吡可濕性粉劑 3 000 g/hm2 與3%甲基二磺隆油懸浮劑混用起到了封殺兼顧的作用，莖葉防效高，且封閉持效期長(zhǎng)，1次施藥基本能控制晚播麥田雜草危害，具有一定的推廣應(yīng)用前景。但由于除草劑藥效的發(fā)揮及其安全性易受溫度等因素的影響，在溫度波動(dòng)幅度大的地區(qū)應(yīng)注意避開(kāi)低溫用藥。

圖5

圖6

如圖6所示，因圓柱軸承的限位作用，接力器自重形成彎矩M，B處承受扭力以產(chǎn)生反作用彎矩，在圓柱銷(xiāo)許用應(yīng)力足夠的情況下接力器活塞缸將不發(fā)生較大下垂，保持圖3中夾角α接近180°。

圓柱銷(xiāo)最小直徑D為φ180 mm，軸承內(nèi)徑d為φ180 mm，高度h為95 mm。

接力器主要參數(shù)如下：

活塞缸徑：φ350 mm；

活塞桿徑：φ160 mm；

額定油壓：6.3 MPa；

額定油壓時(shí)接力器傳遞到圓柱銷(xiāo)上的作用力：

圓柱銷(xiāo)斷面面積：

則圓柱銷(xiāo)承受的最大剪應(yīng)力：

鍛35CrMo是合金結(jié)構(gòu)鋼，用于制造承受沖擊、彎扭、高載荷的各種機(jī)器中的重要零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、連桿等，具有很高的靜力強(qiáng)度、沖擊韌性及較高的疲勞強(qiáng)度，鍛35 CrMo屈服強(qiáng)度為500 MPa，取安全系數(shù)為6，其許用剪應(yīng)力：

[τ]1=500/6=83.3（MPa）

原材質(zhì)45號(hào)鋼屈服強(qiáng)度為355 MPa，許用剪應(yīng)力 [τ]2=355/6=59.2（MPa）。

考慮到接力器長(zhǎng)期承受較大強(qiáng)度的交變載荷，顯然，圓柱銷(xiāo)材質(zhì)選擇鍛35 CrMo更為穩(wěn)定可靠。

在F作用下，軸套的平均應(yīng)力為：

薄壁雙金屬自潤(rùn)滑軸承許用承壓能力為30～50 MPa，若使用銅基自潤(rùn)滑軸承，其許用承壓能力可提高到80 MPa以上。顯然，采用銅基自潤(rùn)滑軸承更合適。軸承銅套采用鋁青銅--銅合金鑲嵌自潤(rùn)滑軸承（FZB052，圖7），其具有較高的載荷及抗腐蝕性能。

圖7

當(dāng)接力器頭部懸空時(shí)，直徑φ180的鍛35 CrMo圓柱銷(xiāo)配合銅--銅合金鑲嵌自潤(rùn)滑軸承（FZB052）不引起活塞缸水平發(fā)生明顯變化，其與支持蓋通過(guò)過(guò)盈配合連接，在其冷套入支持蓋銷(xiāo)孔后與孔口四周點(diǎn)焊四點(diǎn)，以保證圓柱銷(xiāo)不上竄出銷(xiāo)孔引起接力器尾座抬高。

圓柱銷(xiāo)與支持蓋采用段焊方式進(jìn)行焊接，在圓周方向等分四段焊縫，每段長(zhǎng)度約60 mm，之間空出四段不焊，如圖8。

圖8

（2）對(duì)前端蓋活塞桿導(dǎo)向銅套進(jìn)行改造，保證其具有良好的潤(rùn)滑性和機(jī)械性能，新的銅套采用鋁青銅材ZCuAl10Fe5Ni5材質(zhì)，其化學(xué)成分及機(jī)械性能符合表1要求。

表1

摒棄騎縫螺釘固定形式，將軸套固定法蘭加寬并加工8個(gè)均布的沉孔，使用高強(qiáng)度沉頭螺栓與活塞缸把合以提高固定的可靠性，銅套與接力器前端蓋之間采用過(guò)盈配合裝配，如圖9。

為了進(jìn)一步減少活塞桿各部位摩擦阻力，對(duì)活塞桿表面重新鍍鉻，打磨拋光，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBll379-2012《金屬覆蓋層工程用鉻電鍍層》及GB/T12611-2015《金屬零件鍍覆前質(zhì)量控制技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行；在活塞外圓加工2條厚度為2.5 mm，寬度25 mm的導(dǎo)向環(huán)溝槽，并增加兩道聚四氟乙烯導(dǎo)向帶以減少活塞與活塞缸的摩擦力；為活塞外圓加工兩處密封槽，密封型號(hào)為GSF3500，以減少接力器有桿腔與無(wú)桿腔竄油。如圖10所示。

（3）針對(duì)前缸蓋漏油的問(wèn)題，在接力器前端蓋密封壓蓋上加裝“Y”型密封圈，密封圈材質(zhì)選取聚氨酯材料，其具有良好的耐油性、韌性、耐磨性、耐老化性，良好的動(dòng)密封性能。前端蓋密封壓蓋上的“O”型密封圈及防塵圈不作變動(dòng)，如下頁(yè)圖11。

圖9

圖10

3 應(yīng)用情況

按照以上方法完成掛治電廠(chǎng)1號(hào)機(jī)組3臺(tái)導(dǎo)葉接力器的結(jié)構(gòu)改造工作，利用1號(hào)機(jī)組A修契機(jī)對(duì)其進(jìn)行安裝試運(yùn)行，機(jī)組在各工況運(yùn)行穩(wěn)定無(wú)異常，接力器未出現(xiàn)發(fā)卡、漏油等問(wèn)題，其水平度一直保持

圖11

在0.10 mm/m以?xún)?nèi)（設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為0.20 mm/m）。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)上述優(yōu)化改造方法對(duì)掛治電廠(chǎng)機(jī)組導(dǎo)葉接力器進(jìn)行優(yōu)化改造，無(wú)論何種工況可明顯得出優(yōu)化后的接力器較原有設(shè)計(jì)更為科學(xué)合理，其大大提高了導(dǎo)葉接力器的可靠性、耐久性、穩(wěn)定性，有力保障了電廠(chǎng)的安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 熊英，付寶強(qiáng)，郭少云，等.丁腈橡膠應(yīng)力加速老化行為的研究 [J]. 裝備環(huán)境工程，2012，9（03）：54-55.

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