导水机构摩擦试验

2018-09-19，，

防爆电机 2018年5期

，，

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150040)

0 引言

水轮机组采用剪断销结构，目的是保护机组在突发外力情况下保护机组其它部件不受破坏。一直采用的技术方法为计算方法，没有进行过模拟试验。剪断销的数值单独在试验室进行剪断力试验，根据试验数据，设计给出机组的最终剪断销数值。试验目的：模拟导水机构工作时剪断销断裂后,对摩擦轴衬和连接板之间的摩擦力矩进行测量计算。该试验为在工厂内模拟机组导水机构工作时导水部件剪断销被剪断时的实际工况，参加部件有导叶、导叶臂、连接板等相关连接部件。将记录的压力值与理论计算值比较,判断摩擦力矩是否达到设计值。与设计计算给出的数值进行比对，以此验正机组设计的准确性。该项试验技术研究可以精确模拟电站实际运行情况的受力，为电站安全运行提供更高更好的技术保障。

1 试验方案及措施

1.1 试验方案

试验过程及试验原理为将导叶(下图中的工具轴，与导叶轴颈尺寸相同)与导叶臂连接板装配在一起，模拟导水机构装配。将导叶臂外侧用液压千斤顶施力，直至剪断销断裂，测量断裂时所使用的力值(液压千斤顶外侧接测量力的仪器)，进行多次试验。将力值进行计算，以便测量出剪断销断裂时所需要的力。但因按真机装配试验时工件的固定及试验不便捷，无法精确测量导叶臂的受力。但为了保证机组的安全稳定运行，因此根据试验的原理进行了工厂试验的工艺方案确定。

图1 装置试验原理图

图2 导叶臂

图3 连接板

1.2 试验原理及计算

导水机构摩擦试验的原理图，如图4所示。

图4 试验原理示意图

千斤顶推力F作用于D点上，由静力学的物体平衡条件

MF=MA+MB

式中，MF—千斤顶推力矩；MA—轴衬摩擦力矩；MB—剪断销剪力力矩。

MA可在不带剪断销时测出，此时

MA=F1L

剪断销剪断时

MF=MA+MB

F2L=F1L+FBL

所以，FB=F2-F1

式中，F1—不装剪断销试验时的千斤顶压力；F2—装剪断销试验时的千斤顶压力；FB—剪断销的剪切力。

F=PS

千斤顶油缸面积已知，由压力表测出压强，算出压力。

M=FL

式中，F—作用点克服静摩擦力的压力传感器昀大读数；L—作用点相对导叶臂回转中心的距离。

2 试验流程

2.1 试验工具

充分考虑真机的试验原理，本试验用工具假轴代替导叶，将试验工具安装在一个大型(强度合适)的试验基础板上，基础板外形尺寸为2000×2000mm×60mm。底板平面加工水平与假轴配合的止口保持垂直，固定牢固，确保强度。工具轴的材料采用与导叶同材质或高强度的材料，导叶臂、连接板采用真机产品，装配合格后将连接板装配在导叶臂上，装配其它部件，定位销等，先不装配剪断销。后续支撑点根据装配后的实际位置确定，并固定牢固。

2.2 试验过程

全部装配好后，在剪断销的分布圆上划线到连接板边缘，在一侧用固定支撑导叶臂，另一侧用外力向上面的连接板施加外力，用压力表监测施力的大小。直至剪断销断裂，记录此时压力表的数值，通过计算比较实际剪断工况的力矩值与理论力矩值比较，确定是否符合技术要求，满足工地安全稳定运行。具体实施过程如下，试验现场图见图5。

图5 试验现场

(1)将工具轴、导叶臂、连接板、剪断销、M36螺柱及螺母进行装配，M36螺柱及螺母按设计的预紧力和预紧力矩把合；

(2)按布置图将试验工具放置到试验基础板上，装配好千斤顶及压力表，保证压力表正常工作；

(3)导叶臂与连接板不装配剪断销，两件为配合装配在一起，没有固定。在连接板一侧用千斤顶施力，另一侧用百分表监测连接板端面，压力逐渐升压，直到连接板发生变化，则确定导叶臂与连接板克服了摩擦力，发生移动，记录压力表的读数。测出摩擦轴衬的摩擦力矩，记录相关数据；

(4)进行剪断销试验，将连接板回到原来的装配位置，将剪断销装配在导叶臂与连接板配合的销孔位置上，检查全部部件装配合格后，导叶臂另一侧固定牢固，将连接板另一侧加力，直至剪断销被剪断，通过计算出剪断销剪断时的剪切力及剪切力矩，并记录相关数据;

(5)根据试验工具的实际条件,在试验中取L=541mm,根据设计摩擦力矩 68150Nm计算得出F的理论值为 125.97kN。本试验采用手动泵对千斤顶进行加压,记录手动泵出口处压力表的压力值,根据千斤顶的规格,查处千斤顶的油压作用面积,通过计算,得出千斤顶的支顶力。将记录的压力值与理论计算值比较,判断摩擦力矩是否达到设计值。

(6)在剪断销和摩擦装置联合作用下,用手动液压千斤顶支顶联接板,直到剪断销剪断为止。记录液压千斤顶的压力值,通过计算比较实际剪断工况的力矩值与理论力矩值比较。