印尼波索1水电站连板偏心销偏心量不足处理

耿鑫

摘 要：本文重点介绍了印尼波索1水电站导水机构连板偏心量不足的原因分析及处理，为同类型混流式水轮机安装提供借鉴。

关键词：导水机构;偏心销;立面间隙

中图分类号：TV734.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）13-0171-02

1 电站情况简介

波索1水电站位于印度尼西亚中苏拉威西省，装备了4台立式混流式水轮发电机组，单机容量30MW，机组由中国东方电气集团提供。在机组安装过程中，安装人员发现导水机构连板偏心销偏心量只有5mm，即当控制环小耳孔与连板耳孔中心距的距离为350mm±5mm时才能保证双连板正常安装，而实际两个控制环小耳孔与连板耳孔中心距的实测值均为356mm。

2 连杆偏心销作用

多数水轮机导叶臂与控制环间的连接采用连杆加偏心销的方式。由于底环、顶盖活动导叶轴孔分布圆直径加工误差、活动导叶轴孔分度误差;活动导叶头部、尾部的关闭棱加工误差;控制环小耳孔分布圆直径加工误差、小耳孔分度误差;活动导叶与导叶臂同钻铰销孔定位误差;导叶臂加工误差，导叶立面间隙调整误差，均会对导叶臂销孔到控制环小耳孔的距离产生影响（活动导叶、控制环均在全关位置）。上述加工误差均会累计到连杆位置，并通过连杆偏心销的偏心量来调整。

3 偏心量影响因素分析

3.1 导叶加工偏差的影响

波索1电站导叶关闭点的加工工序，见图1导叶加工图，根据导叶尾头部和导叶中心线加工出导叶头部关闭棱，导叶头部和中心线加工出导叶尾部关闭棱。

根据上述工序加工导叶关闭棱时，当导叶尾部关闭棱到导叶中心的距离偏大时，则导叶头部的关闭棱肯定也会产生与尾部关闭棱方向相反的偏差。根据导叶全关位置的分析可知，二者对该导叶连杆销孔间的距离影响是一致的，并且导叶头部关闭棱的加工误差对该导叶连杆销孔间的距离影响更大一些。故在考虑关闭棱位置偏差对连杆销孔间距离影响时不再考虑导叶尾部关闭棱的影响。

3.2 导叶与导叶臂同钻铰偏差的影响

波索1电站活动导叶与导叶臂的销孔为同钻铰。当按该图同钻铰导叶、导叶臂间销孔时可以消除部分导叶关闭棱偏差对该导叶连杆销孔间距离的影响。当导叶头部的关闭棱为正偏差时，按钻孔位置图摆放导叶时该导叶相当于向开启方向转动，即导叶与导叶臂间的夹角减小，工地安装导叶臂后，相应的连杆销孔间的距离比设计值大，部分补偿了由于导叶立面间隙调整是造成的导叶连杆销孔距离比理论值小的误差。

当按导叶钻攻位置图同钻铰导叶、导叶臂间的销孔时，需要提醒注意的是，确定导叶位置的点应是導叶头部的关闭点，严禁用其尾部的导叶尾部的关闭点，否则应产生相反的影响，偏差不但不能补偿，反而是累加。从实际施工的角度考虑，利用尾部关闭棱确定导叶进行同钻铰时，导叶受力不良，在同钻铰过程中导叶与导叶臂的相对位置可能产生变化而对同钻铰孔不利。

一般来说，根据目前的加工水平，对导叶臂销孔到控制环小耳柄销孔距离均匀性影响最大的事导叶与导叶臂同钻铰时的定位误差。

3.3 导叶轴孔分布圆直径及分度偏差的影响

从理论上讲，当所有的导叶加工均匀一致，通时确定导叶轴心位置的底环、顶盖的导叶中心孔位置均匀一致时，所有导叶的全关位置点应该是在同一圆上。当导叶的关闭点加工存在偏差或导叶分布圆直径存在偏差时，导叶的全关位置分布圆直径与理论值不一致，即导叶在全关位置下的安放角度与理论值存在偏差而已。在此状况下，对连杆销孔间距离的均匀性没有影响，但当控制环全关位置确定后，该状况对连杆销孔间的距离绝对值是有影响。

当底环、顶盖上的导叶轴孔分布不均匀一致时，对导叶全关位置的影响则要根据具体的情况来分析。假设其余的加工尺寸均符合设计值，单个导叶的轴孔分布半径偏大时，该导叶应该向关闭方向转动，后续（沿水流方向）相邻的导叶需要开启，以此类推间隔关闭、开启方可使该导叶闭合，由此可知，该导叶的连杆销孔距离会比理论值大，后续相邻的比理论值小，依次类推大、下间隔;相应的单个导叶的轴孔分布向导叶尾部偏移的影响情况与导叶轴孔半径偏大一致。

3.4 导叶闭合点偏差的影响

假设其余的加工尺寸均符合设计值，导叶尾部闭合点到导叶中心的距离偏大时，若该导叶不转动的情况下，后一导叶势必会向开启方向转动。当重新排立面间隙时，再后一导叶会向关闭方向转动，间隔开启、关闭导叶。由此可知，该导叶会向关闭方向转动，受影响最大的是与之相邻的后一导叶其连杆销孔距离会比理论值大。当导叶头部闭合点到导叶中心的距离偏大时，该导叶为了就位，势必会向开启方向转动，后一导叶向关闭方向转动，以后间隔开启、转动导叶。受影响最大的是该导叶，其连杆销孔距离会比理论值小。

综上所述，导叶关闭点的绝对值和导叶分布圆的绝对值影响连杆销孔距离的绝对值;导叶关闭点的不均匀性和导叶中心位置的不均匀性影响连杆销孔距离的不均匀性。

4 立面间隙的调整

对于活动导叶，调整导叶闭合点的节圆尺寸来保证导叶全关位置角度的准确性。若考虑到导叶瓣体厚度加工误差及导叶闭合点加工误差，不应以绝对值来确定导叶全关位置，而应以所有导叶的节圆尺寸的均匀性来确定。

从理论上来讲，要将所用的导叶底部立面间隙调整到均为零，则所有导叶的全关位置是唯一的。在导叶立面间隙调整中常采用的办法有两种。

4.1 钢丝绳捆绑法

采用钢丝绳捆紧导叶，利用导叶的自动关闭找正将所有的导叶至于全关位置。该方法的缺点是当活动导叶的转动摩擦力加大时，所有的导叶不会自动闭合。另外，对于楔形的立面间隙调整也不适合，由于转动摩擦力的不一致，势必部分导叶关闭过紧。

4.2 导叶分布法

根据图纸先将一个导叶初步置于全关位置，依次将相邻的导叶与之闭合，在此过程中，测量检查各导叶关闭位置的均匀性并进行必要的调整，最后排出一条立面存在间隙，而其余导叶均无间隙的状况。从理论上来分析，该立面处的两个导叶其中一个导叶关闭不到位。当导叶个数采用偶数时，要使所有的导叶闭合，则相邻的导叶势必需要间隔关闭、开启。即这两个导叶中一个关闭不到位，一个关闭过多。因此，可以初步采用测量检查这两个导叶的关闭点半径的办法来确定其需要关闭或开启。

采用CAD作图法来分析或者在实践中粗排测量来确定方式确定导叶立面间隙是沿顺时针还是沿逆时针方向排导叶，其立面间隙会逐渐缩小。一般说来，当导叶闭合点位于导叶中心连线与导叶中心圆半径所形成的三角形外时，按水流方向排导叶时其立面间隙是收敛的;当导叶闭合点位于导叶中心连线与导叶中心圆半径所形成的三角内时，按逆流方向排导叶时其立面间隙是收敛的。波索1电站导叶沿顺时针方向关闭导叶导叶来排导叶立面间隙时，导叶间隙会越来越小;大小头的间隙比为1.06左右。

导叶排立面间隙步骤应为：根据理论值将第一个导叶置于全关位置，依次按导叶立面间隙缩小的方向关闭导叶，关闭导叶时应测量各导叶的节圆半径并对导叶进行必要的调整。当将导叶的立面间隙都赶到两个导叶之间时，分析各导叶的节圆半径，特别是有间隙的两个导叶的节圆半径。对于有间隙的前后两个导叶，势必是后一个导叶（沿水流方向）没有关到位，前一个导叶（沿水流方向）关过位。若采用按导叶立面间隙缩小的方向将有间隙的两个导叶关死，势必会产生另一个导葉关不严的情况，只是间隙减小了而已（虽然从工程上是可行的）。最好的方法是分析计算，采用不完全关死的方法来进行。具体的方法为：粗排后的导叶立面间隙为g，导叶的关闭量为x，大小头间隙比为a，导叶数为n，则得出g=x+x/an，即x=g/（1+1/an）。从理论上来讲：采用倒排的方法也可以，即采用按导叶间隙放大的方法来排导叶，此时，g=x+xan，即x=g/（1+an）。但是，由于调整时存在误差，采用倒排时误差会放大累计，实践上很难进行。故一般易采用间隙缩小的方法来排立面间隙。

波索1电站活动导叶连杆长度变化与对应导叶尾部间隙的比例约为1.7。为保证连板能与导叶臂、控制环连接，在导叶立面间隙调整时应予以考虑，必要时应对导叶进行必要的打磨处理以调整连杆能连接。连杆偏心销偏心量5mm，从理论上来讲，导叶关闭点的节圆半径与理论值比较应控制在±2.5mm。若考虑到导叶瓣体加工误差、导叶臂与导叶销孔的加工角度误差，该值应控制在±1.5mm为宜。必要时应牺牲导叶关闭点节圆半径以保证连杆能连接。

5 控制环全关位置的确定

导叶分布圆直径偏差和控制环小耳柄销孔分布圆直径偏差影响连杆销孔距离，控制环的安装位置应在导叶立面间隙合格后，测量出导叶臂连杆销孔到控制环连杆销孔的距离，根据该距离分析确定控制环的最终安装位置以消除导叶分布圆直径偏差和控制环小耳柄销孔分布圆直径偏差对连杆销孔距离的影响。确定的原则就是尽量能将所有连杆安装就位并且尽可能为以后导叶立面间隙的调整留一定的余量。由于机组在运行一段时间后由于气蚀、磨损，导叶立面间隙会扩大，相应的在重新调整立面间隙后导叶会想全关方向转动，即连杆长度会变长。故控制环的最终位置确定后，连杆销孔间的距离应在保证连杆能安装就位的基础上尽量偏小。

6 处理方法

导叶闭合点加工尺寸、导叶与导叶臂同钻铰角度无法准确测量;导叶分布圆直径及分度、控制环小耳孔分布圆直径及分度工地现场无法准确测量;控制环加工小耳孔径向尺寸、分度无法准确测量;控制环全关位置调整无法解决偏心量不足问题，连板销孔中心距加工尺寸满足设计要求。

鉴于以上情况，根据拐臂与控制环小耳孔实际尺寸配加工连板或增大偏心销偏心量是解决问题的关键。而波索1电站连板销孔为冷套销套结构，现场配加工连板工序过多，而采用了堆焊偏心销进行再加工的方式增大偏心量。

该方法虽解决了偏心销偏心量不足的问题，但偏心销材料为高碳钢，可焊性较差，容易出现冷裂纹，不易保证堆焊质量。推荐采用配加工连板方法，如果连板为双连板结构，应采用同镗销孔方式保证上、下连板销孔的同心度。

7 结语

导水机构是水轮机重要的引流部件，其安装质量直接影响机组的安全稳定运行。本文从导水机构结构件加工及安装偏差对活动导叶立面间隙的影响及活动导叶立面间隙调整方法为切入点，分析了连板偏心量不足产生的原因及处理方法，希望对后续机组安装提供一定借鉴。