摘要：掛治電廠2007年機(jī)組開始投產(chǎn)運(yùn)行，每臺機(jī)組采用3臺搖臂式直缸接力器均勻分布，本文介紹了接力器運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題及優(yōu)化改造情況。

　　關(guān)鍵詞：直缸式,接力器,優(yōu)化改造

　　0概述

　　掛治水電站位于沅水干流上游河段的清水江中下游，是沅水梯級規(guī)劃的第三級，2007年三臺機(jī)組相繼投產(chǎn)發(fā)電。在設(shè)備運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)接力器運(yùn)行工況較差，在與廠家及電科院專家進(jìn)行溝通后，決定對接力器進(jìn)行優(yōu)化改造，下面介紹改造情況。

　　1改造前設(shè)備狀況

　　掛治電廠每臺機(jī)組有3臺搖臂式直缸接力器，并于2010年投入AGC調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)頻繁使導(dǎo)水機(jī)構(gòu)動作次數(shù)增加，接力器調(diào)節(jié)頻率增大。現(xiàn)將接力器運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的主要問題匯總?cè)缦拢?1)接力器前缸蓋導(dǎo)向軸套曾發(fā)生往內(nèi)移的情況;(2)導(dǎo)向軸套的水平位置曾發(fā)生撕裂破壞，而非上下位置，導(dǎo)致導(dǎo)葉接力器出現(xiàn)漏油事故;(3)支持蓋端銷子上竄，后已焊住;(4)因?qū)�葉接力器壓緊行程偏小，導(dǎo)致活動導(dǎo)葉關(guān)不嚴(yán)，進(jìn)而導(dǎo)致漏水量大。

　　2改造思路

　　(1)將每臺機(jī)的3臺導(dǎo)葉接力器兩端原來的自潤滑球形軸承改造優(yōu)化為控制環(huán)端的自潤滑球形軸承維持不變，支持蓋端的自潤滑球形軸承更換為自潤滑圓柱形軸套;

　　(2)由于改造后接力器缸體的自重有部分由支持蓋端自潤滑圓柱銷承擔(dān)，為降低應(yīng)力集中，將支持蓋端圓柱銷外徑180mm與外徑190mm處的過渡半徑由原來的R1.5加大到R4。

　　(3)將每臺機(jī)的3臺導(dǎo)葉接力器中前端蓋與活塞桿之間的導(dǎo)向軸套更換為外徑配合更緊的、強(qiáng)度更好的ZCuAl10Fe5Ni5軸套，增加其耐磨性能。外徑設(shè)計由過盈配合Φ190H7(+0.046/0)/p6(+0.079/+0.050)修改為更緊的過盈配合Φ190H7(+0.046/0)/s6(+0.151/+0.122)，過盈量由原來的(+0.004/+0.125)mm變?yōu)?+0.122/+0.197)mm。

　　3改造分析

　　采用通用有限元分析軟件ANSYS對掛治接力器的原有方案和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的改造方案進(jìn)行了有限元分析計算，并對改造前后2種方案進(jìn)行對比分析：

　　3.1有限元模型及邊界條件

　　選取活塞缸、活塞桿、活塞和卡環(huán)作為有限元分析的對象，進(jìn)行全模型分析。有限元模型共2497997個節(jié)點，1446156個單元。計算的邊界條件及載荷為：計算全關(guān)狀態(tài)，活塞在最外端;銷子支點處高程一致，銷子固定面全約束;各部件間設(shè)置接觸;考慮自重1.6t，忽略油重;左腔設(shè)置油壓4.2MPa。

　　3.2有限元結(jié)果分析

　　3.2.1改造前

　　由計算得知，最大位移為0.81mm，出現(xiàn)在活塞上，主要表現(xiàn)為軸向變形，活塞處最大豎向位移為0.58mm;最大應(yīng)力159MPa，出現(xiàn)在控制環(huán)端自潤滑球形軸承的連接銷的倒角上;支持蓋端的自潤滑球形軸承的圓柱銷的應(yīng)力為102MPa;其余部位的應(yīng)力均小于100MPa。導(dǎo)向軸套的最大應(yīng)力為19.2MPa，遠(yuǎn)小于其許用應(yīng)力。

　　3.2.2改造后

　　計算得知最大位移為0.37mm，出現(xiàn)在活塞上，主要表現(xiàn)為軸向變形。活塞處最大豎向位移為-0.14mm。最大應(yīng)力194.9MPa，出現(xiàn)在支持蓋端自潤滑圓柱形軸承的圓柱銷的倒角上。控制環(huán)端自潤滑球形軸承的連接銷的應(yīng)力為85MPa;其余部位的應(yīng)力均小于100MPa。導(dǎo)向軸套的最大應(yīng)力為14.3MPa，遠(yuǎn)小于其許用應(yīng)力。

　　3.3小結(jié)

　　原有的接頭、控制環(huán)端的連接銷的材料均為35CrMo，屈服強(qiáng)σs=490MPa，允許應(yīng)力為326MPa;支持蓋的圓柱銷材料為45，屈服強(qiáng)度σs=345MPa，允許應(yīng)力為230MPa;導(dǎo)向軸套為ZCuAl10Fe5Ni5，屈服強(qiáng)度σs=280MPa，允許應(yīng)力為93.3MPa。

　　(1)宜采取優(yōu)化改進(jìn)方案：一端球鉸支撐，一端圓柱支撐。優(yōu)化改造前，接頭中單耳過渡處的下沉位移為0.14mm(該處彎曲應(yīng)力約為38MPa)，導(dǎo)向軸套處豎向位移0.58mm，由于導(dǎo)向軸套處下沉位移相對較大，會使接力器活塞桿與導(dǎo)向軸套之間的摩擦阻力加大。

　　優(yōu)化改造后，接頭中單耳過渡處的下沉位移減小為0.03mm(該處彎曲應(yīng)力加大到91MPa但不超過允許的彎曲應(yīng)力)，導(dǎo)向軸套處豎向位移減小到0.14mm。由于導(dǎo)向軸套處豎向位移的減小，可以降低接力器活塞桿與導(dǎo)向軸套之間的摩擦阻力，減輕軸套的磨損程度。

　　優(yōu)化改造前導(dǎo)向軸套處的豎向位移0.58mm比優(yōu)化改造后導(dǎo)向軸套處的0.14mm大很多(如果考慮活塞間隙、導(dǎo)向軸套間隙、磨損，位移更大)。隨著導(dǎo)葉接力器動作，兩端球軸承方案豎向位移大幅擺動。豎向位移而非應(yīng)力是主要影響導(dǎo)葉接力器正常工作的原因。

　　(2)優(yōu)化改造時，導(dǎo)向軸套的外徑裝配應(yīng)采用過盈配合。導(dǎo)向軸套未滑出時，導(dǎo)向軸套最大應(yīng)力在上下承壓處(即活塞桿和導(dǎo)向軸套接觸位置)，且應(yīng)力較小，不會導(dǎo)致導(dǎo)向軸套破壞;認(rèn)為導(dǎo)向軸套水平位置發(fā)生破壞是因?qū)�向軸套外徑的裝配配合過松或約束不夠，導(dǎo)致導(dǎo)向軸套先滑出，導(dǎo)向軸套滑出后，水平位置受拉，多次疲勞作用后破壞。因此，導(dǎo)向軸套外徑裝配時，應(yīng)采用過盈配合或約束。

　　(3)優(yōu)化改造后，圓柱形軸套端的圓柱銷過渡處圓角適當(dāng)加大。優(yōu)化改造后，支持蓋端與圓柱形軸套配合的圓柱銷處彎曲應(yīng)力會增大。通過計算分析可知，結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造后：接頭中單耳過渡處的下沉位移明顯減小，而該處的彎曲應(yīng)力會加大、但不超過允許的彎曲應(yīng)力;為了降低圓柱形軸套端的圓柱銷過渡處的彎曲應(yīng)力，應(yīng)加大圓柱銷過渡處的圓角，將該圓柱銷過渡處倒角由R1.5改為R4;導(dǎo)向軸套處的下沉位移明顯減小，可以降低導(dǎo)向軸套的磨損。

　　4總結(jié)

　　電廠2016年開始1號機(jī)接力器改造工作，改造后通過對接力器水平測量，導(dǎo)向軸套深度測量及磨損情況檢查，整體性能相比較改造前有較大的提高，確保了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

　　電力評職人員發(fā)表刊物：《廣西電力》Guangxi Electric Power(雙月刊)曾用刊名：廣西電力技術(shù)，1978年創(chuàng)刊，是國內(nèi)外發(fā)行的技術(shù)類刊物。堅持為社會主義服務(wù)的方向，堅持以馬克思列寧主義、毛澤東思想和鄧小平理論為指導(dǎo)，貫徹“百花齊放、百家爭鳴”和“古為今用、洋為中用”的方針，堅持實事求是、理論與實際相結(jié)合的嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)，傳播先進(jìn)的科學(xué)文化知識，弘揚(yáng)民族優(yōu)秀科學(xué)文化，促進(jìn)國際科學(xué)文化交流，探索防災(zāi)科技教育、教學(xué)及管理諸方面的規(guī)律，活躍教學(xué)與科研的學(xué)術(shù)風(fēng)氣，為教學(xué)與科研服務(wù)。