“V”型口导叶连杆断裂原因分析和防范措施

江小金 桂永泰

摘 要：灯泡贯流式机组导水机构自润滑轴承卡死，导致机组在开停机过程中弯曲连杆在“V”型口处断裂。提出周期性用百分表测量弯曲连杆“V”型口的变形量，以便掌握自润滑轴承磨损程度并及时更换轴承，防止类似事件的发生。

关键词：导叶；连杆；“V”型；自润滑轴承

1 事故概况

电厂位于赣江水系贡江支流桃江的下游，装有两台30MW灯泡贯流式水轮发电机组。枢纽坝址控制集水面积7739km2，多年平均降雨量1586mm，正常蓄水库容6900万m3，汛期调节库容299万m3，属于日调节水库。

2011年10月5日6点45分，运行人员在#1机组开机并网后听见一声较大的异响，随即机组出现越来越大的振动声，负荷增至28.8MW，不能再按指令增加（上位机给定负荷是30MW），上位机监控发报警信号“#1机组#1导叶连杆发生断裂”，经运行当班人员前往现场检查发现#1导叶连杆发生断裂，#1导叶在全关的状态。运行人员随即下“停机命令”，机组停机正常。

2 导水机构

水轮机导水机构的作用，主要是控制流量，形成和改变进入转轮水流的环量，保证水轮机具有良好的水力特性。

本厂的贯流式机组导水机构部分主要包括内外配水环、活动导叶、弯曲连杆、拐臂、控制环等。各导叶立面密封采用金属密封。

导叶的内外轴承采用自润滑球面轴承。采用自润滑球面轴承是保证导叶在水轮机起动、调节负荷、甩负荷过渡过程中，导叶动作可靠，所需的操作功较小。

导叶外轴承装置结构见图2。

灯泡贯流式机组的导水机构在操作导叶时，可能存在异物等原因导致导叶卡住，为保证其它活动导叶能正常关闭和机组运行安全，普遍采用三种安全连杆机构：剪断销式、弹簧承载式和“V”型口连杆。

剪断销式连杆保护机构的特点是在剪断销损坏后该导叶不受控制，在水流的冲击下会激烈摆动。

弹簧承载式安全连杆特点是造价低且在一定应许行程范围内具有复位功能。

而该机组采用的是“V”型口安全连杆机构，当异物卡住某个导叶时，该连杆发生弯曲使其余的导叶仍可正常关闭。

由于导叶呈自关闭趋势，即便连杆折断，也不影响全部导叶的关闭。如图3。

3 事故處理及原因分析

在流道排水完成后，对#1导叶的弯曲连杆进行了更换，并在无水条件下，进行导水机构操作实验。在打开#1导叶过程时，目测弯曲连杆“V”型口张开明显，关#1导叶时“V”型口明显收缩。用百分表测“V”型口变形达1.5mm。对比#2导叶的弯曲连杆，所测变形量在0.23mm。这说明#1导叶弯曲连杆受力较大。弯曲连杆在传递导叶操作力时，“V”型口处产生塑性变形，机组在关闭导叶时，“V”型口收缩，在开启导叶时“V”型口张开。经多次关、开导叶操作，“V”型口产生疲劳损伤，最终断裂。这就是#1导叶的弯曲连杆断裂的主要原因。为查明#1导叶操作力变大的原因，进一步对导水机构进行检查。测得导叶的立面间隙和断面间隙的数据均在设计范围。#1导叶工作范围内未发现有异物卡住。技术人员分析认为，可能是#1导叶的外轴承损坏抱死。为此更换了#1导叶的外轴承，再测弯曲连杆“V”型口的变形量在0.12mm。这就是说明#1导叶外轴承损坏抱死，引起导叶操作力变大。为了安全起见，最后采用百分表逐一检查1～16号导叶弯曲连杆“V”型口变形量，具体见表1。

从表1所测数据来看， #1、#4、#7和#13导叶数据偏大。为了机组运行安全，更换了外轴承 。所测弯曲连杆“V”型口的变形量均在0.20mm以下。

经本厂技术人员认真地对导叶的外轴承损坏卡死这一现象进行技术分析认为：

1）我厂导叶关闭规律是“两段关闭”。第一段关闭时间3s，要关导叶开度的60%。导叶的工作角度为105°，角速度为10.5r/min。因此在导叶工作时，自润滑球轴承的润滑面生产较高的热量，破坏了自润滑材料。而导叶的内轴承设置在流道内，浸没在水里，故内轴承没有损坏。

2）根据图1可知，如导水机构的密封效果不好，流道内的河水就可能渗入导叶外轴承的工作面，一是导致轴承锈蚀，二是带来泥沙。这从而影响了导叶外轴承工作面的润滑性能。

4 结语

从更换导叶自润滑轴承后的效果来看，此次弯曲连杆断裂事故分析是正确的，事故处理是合理的。本厂为了防止类似事故再次发生，做了以下两个方面的预防：

1）周期性用百分表测量弯曲连杆“V”型口的变形量，以便掌握自润滑轴承磨损程度并及时更换轴承。

2）加强设备管理，按照检修周期对导水机构检修，检修时均更换轴承密封圈。

作者简介：

江小金（1987-），男，江西赣州人，学士，助理工程师，从事水电运行工作；

桂永泰（1975-），男，江西九江人，助理工程师、高级技师，从事水电生产管理工作。