導水機構(gòu)摩擦試驗

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(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150040)

0 引言

水輪機組采用剪斷銷結(jié)構(gòu)，目的是保護機組在突發(fā)外力情況下保護機組其它部件不受破壞。一直采用的技術(shù)方法為計算方法，沒有進行過模擬試驗。剪斷銷的數(shù)值單獨在試驗室進行剪斷力試驗，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，設(shè)計給出機組的最終剪斷銷數(shù)值。試驗?zāi)康模耗M導水機構(gòu)工作時剪斷銷斷裂后,對摩擦軸襯和連接板之間的摩擦力矩進行測量計算。該試驗為在工廠內(nèi)模擬機組導水機構(gòu)工作時導水部件剪斷銷被剪斷時的實際工況，參加部件有導葉、導葉臂、連接板等相關(guān)連接部件。將記錄的壓力值與理論計算值比較,判斷摩擦力矩是否達到設(shè)計值。與設(shè)計計算給出的數(shù)值進行比對，以此驗正機組設(shè)計的準確性。該項試驗技術(shù)研究可以精確模擬電站實際運行情況的受力，為電站安全運行提供更高更好的技術(shù)保障。

1 試驗方案及措施

1.1 試驗方案

試驗過程及試驗原理為將導葉(下圖中的工具軸，與導葉軸頸尺寸相同)與導葉臂連接板裝配在一起，模擬導水機構(gòu)裝配。將導葉臂外側(cè)用液壓千斤頂施力，直至剪斷銷斷裂，測量斷裂時所使用的力值(液壓千斤頂外側(cè)接測量力的儀器)，進行多次試驗。將力值進行計算，以便測量出剪斷銷斷裂時所需要的力。但因按真機裝配試驗時工件的固定及試驗不便捷，無法精確測量導葉臂的受力。但為了保證機組的安全穩(wěn)定運行，因此根據(jù)試驗的原理進行了工廠試驗的工藝方案確定。

圖1 裝置試驗原理圖

圖2 導葉臂

圖3 連接板

1.2 試驗原理及計算

導水機構(gòu)摩擦試驗的原理圖，如圖4所示。

圖4 試驗原理示意圖

千斤頂推力F作用于D點上，由靜力學的物體平衡條件

MF=MA+MB

式中，MF—千斤頂推力矩；MA—軸襯摩擦力矩；MB—剪斷銷剪力力矩。

MA可在不帶剪斷銷時測出，此時

MA=F1L

剪斷銷剪斷時

MF=MA+MB

F2L=F1L+FBL

所以，F(xiàn)B=F2-F1

式中，F(xiàn)1—不裝剪斷銷試驗時的千斤頂壓力；F2—裝剪斷銷試驗時的千斤頂壓力；FB—剪斷銷的剪切力。

F=PS

千斤頂油缸面積已知，由壓力表測出壓強，算出壓力。

M=FL

式中，F(xiàn)—作用點克服靜摩擦力的壓力傳感器昀大讀數(shù)；L—作用點相對導葉臂回轉(zhuǎn)中心的距離。

2 試驗流程

2.1 試驗工具

充分考慮真機的試驗原理，本試驗用工具假軸代替導葉，將試驗工具安裝在一個大型(強度合適)的試驗基礎(chǔ)板上，基礎(chǔ)板外形尺寸為2000×2000mm×60mm。底板平面加工水平與假軸配合的止口保持垂直，固定牢固，確保強度。工具軸的材料采用與導葉同材質(zhì)或高強度的材料，導葉臂、連接板采用真機產(chǎn)品，裝配合格后將連接板裝配在導葉臂上，裝配其它部件，定位銷等，先不裝配剪斷銷。后續(xù)支撐點根據(jù)裝配后的實際位置確定，并固定牢固。

2.2 試驗過程

全部裝配好后，在剪斷銷的分布圓上劃線到連接板邊緣，在一側(cè)用固定支撐導葉臂，另一側(cè)用外力向上面的連接板施加外力，用壓力表監(jiān)測施力的大小。直至剪斷銷斷裂，記錄此時壓力表的數(shù)值，通過計算比較實際剪斷工況的力矩值與理論力矩值比較，確定是否符合技術(shù)要求，滿足工地安全穩(wěn)定運行。具體實施過程如下，試驗現(xiàn)場圖見圖5。

圖5 試驗現(xiàn)場

(1)將工具軸、導葉臂、連接板、剪斷銷、M36螺柱及螺母進行裝配，M36螺柱及螺母按設(shè)計的預(yù)緊力和預(yù)緊力矩把合；

(2)按布置圖將試驗工具放置到試驗基礎(chǔ)板上，裝配好千斤頂及壓力表，保證壓力表正常工作；

(3)導葉臂與連接板不裝配剪斷銷，兩件為配合裝配在一起，沒有固定。在連接板一側(cè)用千斤頂施力，另一側(cè)用百分表監(jiān)測連接板端面，壓力逐漸升壓，直到連接板發(fā)生變化，則確定導葉臂與連接板克服了摩擦力，發(fā)生移動，記錄壓力表的讀數(shù)。測出摩擦軸襯的摩擦力矩，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)；

(4)進行剪斷銷試驗，將連接板回到原來的裝配位置，將剪斷銷裝配在導葉臂與連接板配合的銷孔位置上，檢查全部部件裝配合格后，導葉臂另一側(cè)固定牢固，將連接板另一側(cè)加力，直至剪斷銷被剪斷，通過計算出剪斷銷剪斷時的剪切力及剪切力矩，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù);

(5)根據(jù)試驗工具的實際條件,在試驗中取L=541mm,根據(jù)設(shè)計摩擦力矩 68150Nm計算得出F的理論值為 125.97kN。本試驗采用手動泵對千斤頂進行加壓,記錄手動泵出口處壓力表的壓力值,根據(jù)千斤頂?shù)囊?guī)格,查處千斤頂?shù)挠蛪鹤饔妹娣e,通過計算,得出千斤頂?shù)闹ы斄?。將記錄的壓力值與理論計算值比較,判斷摩擦力矩是否達到設(shè)計值。

(6)在剪斷銷和摩擦裝置聯(lián)合作用下,用手動液壓千斤頂支頂聯(lián)接板,直到剪斷銷剪斷為止。記錄液壓千斤頂?shù)膲毫χ?通過計算比較實際剪斷工況的力矩值與理論力矩值比較。

表1 只有摩擦軸襯,沒有剪斷銷的試驗結(jié)果

表2 摩擦軸襯和剪斷銷聯(lián)合作用試驗結(jié)果

3 結(jié)語

從試驗結(jié)果可知，當連接板把合螺栓的實際伸長值達到設(shè)計要求時,導葉摩擦襯單獨作用產(chǎn)生的摩擦力矩,摩擦軸襯和剪斷銷的聯(lián)合作用的阻力矩都大于理論計算值，滿足設(shè)計要求，并有一定的安全余量。

該項廠內(nèi)模擬工地運行的試驗，通過試驗數(shù)據(jù)的測量與設(shè)計理論值的比對，能有效保證機組在工地的穩(wěn)定運行。該項試驗已經(jīng)在公司內(nèi)推廣應(yīng)用,試驗數(shù)據(jù)作為機組驗收項目之一。該項試驗的實施，能更好的保證機組在工地運行的可靠性。