导水机构剪断销频繁剪断原因分析及对策

摘 要 ： 水轮机导水机构设置的剪断销是导水传动机构中的安全保护元件。

由于电站机组运行时剪断销频繁剪断影响机组的
正常运行，因此分析剪断销频繁剪断原因，提出相应的措施对机组的稳定、可靠运行有其现实指导意义。

关 键 词 ： 导水机构；剪断销；剪断原因；处理措施
中图分类号：TK730 文献标识码：B 文章编号：1001-9006（2011）01-0032-03
Reasons A naly s is of Frequent Breaking of Shear Pins and Counter -
measure for Solutions
DENG Feng-wu, ZHU Huan-lin, HAN Min, WANG Hong-tao
(Sichuan Dongfen g El e c t r i c M ach i n e ry W o rks Co., L td . 614802, L e shan , Sichuan, Ch i na)
Abstract ： Shear p i ns are set for t ur b i n e d i s t r b u to rs to wor k as the safety p r ote c t i o n e l eme n t s for the gate ope r at i o n me ch a n i s m . If there is b l o ck age between g u i de wa n e s , and the ope r at i n g torque of the d r i v i n g parts is r ap i d l y i ncr ea s ed , the shear p i ns break to protect other d r i v i n g pa r t s . But it wo u l d be ab n o r ma l if there are frequent b r ea k i n g s with the shear p i ns d ur i n g ope r at i o n of power p l a n t s , w h i ch will c e r ta i n l y d i sru pt the n o r ma l ope r at i o n of the un i t s . So it is of g u i d i n g s i g n i f i c a nc e to a n a l y ze the reason of frequent b r ea k i n g and to take a c t i o ns to guarantee the s tab l e and reliable ope r at i o n of the un i t s .
Key words ： d i s t r i b u to r ; shear pin; b r ea k i n g r ea s o n ; h a n d li n g a c t i o n
2009 年 ， 是 东 风 电 机 公司的质量提升年。

针对主 导水电设备产品上存在的问 题进行分析处理是摆在设计 部门的一个迫切任务。

近几年，随着国内水电 项目的不断发展，水轮机导 水 机 构 ( 见 图 1) 剪 断 销 在 电 站运行中出现频繁剪断的事 故时有发生，这里面既有电 站安装方面 的原因， 也有 设计、制造方面的原因。

剪
断 销 做 为 水 轮 机 导 水 机 构 的 一 种 安 全 保 护 装 置 ，
因其结构简单、体积小、安装方便，得到了广泛 应用。

因此对剪断销频繁剪断原因进行分析，找 出相应的处理措施有其现实指导意义。

1 剪断销剪断原因分析及处理措施 导叶传动机构的选择
目前常用的导叶传动机构为：连接板 式传动 机构(图 2)、叉头传动机构(图 3)和耳柄传动机构(图 4)。

其中耳柄传动机构的结构最为简单，但其受力 情况不如前两种传动机构好，连杆销和剪断销上 都存在附加弯矩。

因此，在导水传动机构设计时，
1.1 图1 导水机构装配
收稿日期：2010- 04- 14
作者简介：邓凤舞(1965-)，男，1988 年 7 月毕业于西华大学水力机械专业，高级工程师，从事水轮机设计工作。

现任东风电机有限公司副
总工程师兼设计部部长。

朱焕林(1966-)，男，1988 年 7 月毕业于陕西机械学院水动专业，高级工程师，从事水轮机设计工作。

现任东风电机有限公司设 计部副部长。

韩敏(1972-)，男，1991 年 7 月毕业于成都科技大学焊接专业，工程师，从事水轮机设计工作。

现任东风电机有限公司设计部水 机设计室主任。

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导水机构剪断销频繁剪断原因分析及对策
邓凤舞 朱焕林 韩 敏 王洪涛
东风电机有限公司, 四川 乐山 614802
第25卷Vol. 25总第97
期
2011.03.25
在机构布置空间允许的情况下，应尽量采用受力
情况好的连接板式传动机构和叉头传动机构。

充分考虑导叶调整螺栓的锁定防松问题。

由于调
整螺栓出现松动，致使导叶下沉、导叶与底环间
隙为零、导叶与底环卡死及拉伤的事故曾多次发
生，因此导叶调整螺栓应涂螺纹锁固剂后再旋入
导叶螺孔内防松，并可考虑在调整螺杆把紧螺母
后面再加锁紧背帽螺母防松的结构（见图 5）。

图2 连接板式传动机构
图5
(2) 导叶臂与抗磨垫的间隙：由于活动导叶通
过调整螺栓固定在导水机构上，导水机构通过导
叶臂在顶盖套筒上的抗磨垫上动作，如果这里存
在间隙而没有在导叶安装的时候得到消除，在动
作时导叶就会下沉，使导叶下端部间隙变小；如
果此处存在高点，则容易磨损而改变导叶端面间
隙的分配。

在调整导叶端面时，应该检查导叶臂
与抗磨垫之间的间隙情况，保证其接触面积。

同
时，导叶端盖与导叶臂接触平面的加工精度要高，
在装配时，导叶端盖与导叶臂之间的间隙应该消
除，保证贴合紧密。

(3) 导叶止推装置：该装置除了能够防止导叶
向上移动外，设计时还应考虑防止导叶可能向下
的移动，最终有效的控制导叶上、下窜动。

(4) 导叶倾斜的影响：如果导叶的3 个轴套与
导叶轴颈间存在超标的间隙，导叶受力后会发生
倾斜，致使导叶大头下端与底环的间隙变小，由
此产生不同程度的拉伤、卡死现象。

因此，在厂
内加工时，导叶轴套与导叶轴颈的间隙值做为重
要尺寸必须得到有效控制及保证。

(5) 厂内预装时考虑顶盖的下沉：对于大型机
组，顶盖部件重量大，厂内预装时应考虑顶盖与
座环连接螺栓把紧后的下沉量。

(6) 安装时应注意清理导叶端面的毛刺及高
图3 叉头传动机构
图4 耳柄传动机构
导叶端面间隙过小
导叶的端面间隙值，无论是在厂内预装和工
地安装时，都是一项重要工作。

如果端面间隙调
整得好，导叶容易打开、关闭，并且漏水量
少；
反之，如果导叶端面间隙过小，导叶端面容易在
与顶盖、底环过流面处产生摩擦、拉伤，致使机
组运行中导叶出现卡阻和摩阻，从而加大剪断销
所受的剪切力，导致剪断销剪断。

除了电站安装
时对导叶端面间隙的调整严格控制外，在厂内设
计、预装时应注意以下问题：
(1) 导叶调整螺栓的防松：活动导叶通过调整
1.2
33
2 011.03.25 第2 5 卷Vo l. 2 5 总第9 7
期
点，清除底环、顶盖抗磨板上的高点。

1.3 接力器水平值超差
电站安装时，由于安装偏差，两接力器后端
盖法兰倾斜，水平超差，使得控制环大耳孔受力
不水平，运行时控制环容易产生跳动。

剪断销会
在控制环动作时由于受力不均匀、不水平而被剪
断。

对于接力器水平值超标，目前普遍采用的措
施有以下几点：
(1) 在接力器与接力器坑衬把合法兰面加减铜
垫将接力器水平值调好。

抗磨块与控制环的侧面间隙以及调整控制环的水
平度。

抗磨块磨损严重时，应尽快予以更换，并
对间隙再次进行相应的调整处理。

剪断销剪切断面圆弧的加工
为降低应力集中，切实保证剪断销在合理受
力范围内剪断，在剪断销最小断面处加工有一圆
角 R2，该值在加工时不能忽略简单加工成一
尖角。

否则，由于应力集中，剪断销容易出现
频繁非正常剪断。

1.5
控制环大耳孔轴套磨损严重与销子配合间
隙
1.6
过大
(2)
承。

(3)
在接力器与控制环的传动销处采用关节轴
接力器通过控制环大耳孔处的传动销将力传
递到各导叶，传动销处设置有轴套。

由于大耳孔
轴套磨损严重或尺寸加工本身的偏差，导致轴套
与销子的配合间隙超标，使得机组在调节导叶开
度的时侯，控制环大耳孔传递的力矩产生非水平
分力，导致导叶动作不灵活，受力不均匀，剪断
销容易产生剪断。

为避免此类事情的发生，大耳
孔轴套宜采用铜基自润滑轴承。

该轴承的承载能
力强，耐磨性能好，摩擦系数小，有良好的自润
滑特性，且适合在小角度摆动条件下工作。

接力器与控制环采用夹板式结构时，可配
做夹板处轴套的高度，使控制环大耳孔受力水平
（见图 6）。

(4) 在控制环端面设置足够数量的压板，使接
力器水平值超标而出现的非水平分力所产生的影
响最小化。

导叶中轴颈和下轴颈存在偏心
顶盖、底环同镗导叶孔时同心度超差，导叶
中轴颈和下轴颈加工时同轴度超差以及圆跳动超
差，都会导致导叶中轴颈和下轴颈出现偏心。

使
得机组运行中导叶受力产生非水平分力，导致剪
断销憋劲；此外，由于偏心超差，部分导叶与轴
套局部位置间隙有所减小，增加了导叶转动时的
摩擦力矩，使得剪断销频繁剪断。

因此，厂内加
工时应严格上述尺寸的加工、检查。

1.7
图6
1.4 控制环抗磨块间隙超标
控制环的圆周运动由4～8 组抗磨块进行限
位，每组分别由侧面限位导向抗磨块和底部支撑
抗磨块各一块组成，抗磨块为金属自润滑材
料。

侧抗磨块与配合滑动副间隙超标时，控制环在转
动过程中会出现水平窜动现象，导致剪断销受力
不均，出现剪断。

水平底抗磨块把合在控制环上，
当底抗磨块尺寸不一致，配合面间隙偏差出现超
标时，控制环转动过程中会出现水平受力不均衡
现象，导致剪断销受力不均，出现剪断。

在厂内
加工时，应在控制环抗磨块把合后对抗磨块进行
一次精加工，保证控制环抗磨块尺寸的一致
2结语
导致导水机构剪断销剪断的原因有设计、制
造方面的，也有安装调试方面的。

但总的说
来，为防止机组导水机构剪断销经常剪断，在
制造、电站安装过程中加强质量监督，保证制
造、安装质量是问题的关键。

34。