陳 嘉，張松偉，張小宇

（南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司檢修試驗(yàn)分公司，廣東 廣州511400）

0 引言

抽水蓄能機(jī)組尾水緊急事故閘門（下稱尾閘）掛鉤液壓鎖錠錠裝置是避免尾閘意外下落的液壓安全裝置；尾水閘門全開到位時(shí)投入掛鉤鎖錠裝置，閘門下落時(shí)，尾閘掛鉤退出。掛鉤液壓鎖錠裝置能否準(zhǔn)確順利退出直接影響了尾水閘門能否順利關(guān)閉，從而影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

某電廠4臺(tái)尾閘于1993年2月1日投入運(yùn)行，至今已26年。自2010年以來(lái)，陸續(xù)出現(xiàn)多臺(tái)機(jī)組尾閘掛鉤裝置在尾閘下落時(shí)必須在外力輔助下才可完全退出的情況。2018年10月至2019年1月尾閘系統(tǒng)大修期間對(duì)尾閘掛鉤裝置進(jìn)行檢查維護(hù)，更換了尾閘掛鉤裝置銷軸軸套及掛鉤退出彈簧后，尾閘掛鉤能順暢退出。經(jīng)分析掛鉤無(wú)法順利退出時(shí)因?yàn)閽煦^裝置軸套長(zhǎng)時(shí)間使用后，掛鉤裝置退出彈簧無(wú)法提供足夠的力克服掛鉤銷軸與軸套間摩擦力?？紤]到該裝置在長(zhǎng)時(shí)間使用后可靠性降低，威脅機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此需要對(duì)掛鉤裝置進(jìn)行改造以確保掛鉤裝置動(dòng)作正常。

1 尾閘掛鉤裝置工作原理

某蓄能電廠機(jī)組尾閘配備兩套尾閘掛鉤裝置，尾閘掛鉤裝置主要由1個(gè)液壓接力器、1對(duì)復(fù)位彈簧、掛鉤機(jī)構(gòu)與液壓回路組成。掛鉤裝置安裝于尾閘頂蓋上部，掛鉤機(jī)構(gòu)穿過(guò)頂蓋與尾閘門葉上部勾爪配合，具體見圖1。尾閘液壓系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，油泵啟動(dòng)，壓力油經(jīng)引導(dǎo)閥進(jìn)入尾閘接力器下部環(huán)形油腔，閘門逐步開啟；閘門開啟完成時(shí)，控制閥接通尾閘掛鉤接力器油路，使掛鉤在液壓油作用下投入并保持。閘門關(guān)閉時(shí)，保持電磁閥失磁，掛鉤投入腔壓力油排回集油箱，掛鉤在彈簧的作用下退出，掛鉤完全退出后閘門在自重作用下緩慢下落直至全關(guān)位置。

圖1 尾閘掛鉤裝置結(jié)構(gòu)圖

圖2 尾閘掛鉤裝置實(shí)物圖

2 尾閘掛鉤裝置彈簧性能分析

經(jīng)分析，尾閘掛鉤彈簧及掛鉤銷軸軸套性能對(duì)掛鉤功能起到?jīng)Q定性的作用，因軸套改造難度較大，故暫不考慮改造軸套。此次尾閘系統(tǒng)大修后更換了新彈簧備品，新彈簧彈性系數(shù)大于舊彈簧。為確定新彈簧對(duì)掛鉤裝置投退的影響，決定對(duì)新、舊兩種彈簧進(jìn)行了彈性性能試驗(yàn)。

分別測(cè)量新舊兩種彈簧在懸掛不同重物的情況下彈簧的長(zhǎng)度，由此計(jì)算出兩種彈簧的彈性系數(shù)。

表1 尾閘掛鉤裝置退出彈簧彈性性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過(guò)回歸分析計(jì)算可得出彈簧長(zhǎng)度與所受力的關(guān)系。如圖3所示。

圖3 尾閘掛鉤接力器舊彈簧彈性系數(shù)曲線

舊彈簧彈力與長(zhǎng)度關(guān)系：

新彈簧彈力與長(zhǎng)度關(guān)系：

圖4 尾閘掛鉤接力器新彈簧彈性系數(shù)曲線

再對(duì)尾閘掛鉤投入和退出狀態(tài)時(shí)彈簧的實(shí)際尺寸進(jìn)行測(cè)量得出：

表2 尾閘掛鉤裝置投入退出時(shí)彈簧長(zhǎng)度數(shù)據(jù)

尾閘掛鉤投入狀態(tài)時(shí)

舊彈簧所受力：

新彈簧所受力：

尾閘掛鉤退出狀態(tài)時(shí)

舊彈簧所受力：

新彈簧所受力：

由此可知更換新彈簧后，在掛鉤投入狀態(tài)時(shí)，彈簧所提供彈力由488 N增大到560 N；在掛鉤退出狀態(tài)時(shí)，彈簧所提供彈力由368 N增大到393 N。

3 尾閘掛鉤裝置改造設(shè)計(jì)

尾閘掛鉤裝置復(fù)位彈簧為單線彈簧，增加彈簧彈性系數(shù)可以增大彈力保證掛鉤裝置可正常退出。不過(guò)受尺寸限制，彈簧彈性系數(shù)收到材料、安裝位置限制無(wú)法大幅度增加，很難徹底解決掛鉤無(wú)法退出問(wèn)題，因此決定對(duì)尾閘掛鉤裝置進(jìn)行改造。

借鑒其他蓄能電廠尾閘掛鉤結(jié)構(gòu)，此次改造在掛鉤執(zhí)行機(jī)構(gòu)上焊接支撐力臂并加裝重錘來(lái)輔助彈簧，通過(guò)調(diào)整重錘重量來(lái)調(diào)節(jié)掛鉤退出力矩以保證掛鉤順利退出。

增加重錘應(yīng)考慮以下要點(diǎn)：

（1）掛鉤裝置靠上游側(cè)需有足夠空間安裝重錘及重錘支架，重錘安裝后，不影響尾閘門槽蓋板及液壓管路維護(hù)工作。

圖5 尾閘掛鉤裝置加裝重錘力臂結(jié)構(gòu)圖

（2）為保證尾閘掛鉤在投入過(guò)程中不會(huì)因阻力過(guò)大退出，重錘提供的掛鉤退出力矩與彈簧提供的掛鉤退出力矩之和應(yīng)小于掛鉤接力器投入腔提供的液壓力矩。

（3）重錘支架選擇碳鋼材質(zhì)，強(qiáng)度滿足使用要求。

為此在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)尾閘掛鉤裝置相關(guān)尺寸進(jìn)行測(cè)量取值，如表3所示。

表3 尾閘掛鉤裝置相關(guān)尺寸及運(yùn)行數(shù)據(jù)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)空間位置測(cè)量設(shè)計(jì)掛鉤重錘支架，采用碳鋼材質(zhì)，得出重錘支架設(shè)計(jì)圖及數(shù)據(jù)如圖6、表4所示。

圖6 尾閘掛鉤裝置重錘力臂設(shè)計(jì)及受力分析圖

表4 尾閘掛鉤裝置重錘支架數(shù)據(jù)

4 尾閘掛鉤裝置操作機(jī)構(gòu)力學(xué)性能分析

4.1 尾閘掛鉤接力器液壓操作力計(jì)算

尾閘掛鉤動(dòng)作油壓與尾閘接力器下腔壓力相同，尾閘液壓系統(tǒng)最低動(dòng)作壓力為P1=2.5 MPa，此時(shí)掛鉤接力器投入腔活塞頭所受最小壓力：

4.2 尾閘掛鉤投退瞬間受力分析

以此次更換的新彈簧為計(jì)算依據(jù)，掛鉤投入瞬間：

掛鉤退出瞬間，新彈簧提供的掛鉤退出力為：

4.3 重錘裝置提供的掛鉤退出力與重錘質(zhì)量關(guān)系計(jì)算

重錘支架焊接在掛鉤裝置操作結(jié)構(gòu)后，支架本身質(zhì)量：

重錘所提供給掛鉤退出的力矩為：

為保證掛鉤在機(jī)組正常運(yùn)行期間不會(huì)退出，重錘提供的掛鉤退出力矩與彈簧提供的掛鉤退出力矩的合力再加上掛鉤軸套的摩擦力應(yīng)小于掛鉤接力器投入腔所受液壓力矩。隨著時(shí)間推移掛鉤軸套摩擦力越來(lái)越大，假設(shè)軸套摩擦力增大到與舊彈簧彈力持平，此時(shí)：

由此可得出重錘質(zhì)量最多可增加到741 N。

5 小結(jié)

尾閘掛鉤液壓鎖錠裝置能否順利地退出，直接影響蓄能機(jī)組尾水閘門能否順利關(guān)閉，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為該電廠的尾閘掛鉤裝置選取新的復(fù)位彈簧后，取得了預(yù)期的效果，后續(xù)計(jì)劃增加重錘質(zhì)量，可以節(jié)省維護(hù)成本，提高機(jī)組的可靠性。該改造實(shí)施后，將會(huì)大幅度提高尾閘掛鉤裝置的可靠性，徹底解決掛鉤無(wú)法退出的歷史缺陷。

通過(guò)對(duì)尾閘掛鉤液壓鎖錠裝置的改造研究及分析，為其他蓄能電廠提供了經(jīng)驗(yàn)，并得到以下結(jié)論：

（1）通過(guò)調(diào)節(jié)重錘質(zhì)量的方式提高掛鉤裝置退出力矩，該方案成本較低、可靠性好，在同類型彈簧復(fù)位連桿裝置上有一定推廣價(jià)值。

（2）通過(guò)彈簧彈力和重錘質(zhì)量提供的掛鉤退出力，可克服掛鉤銷軸軸套摩擦力過(guò)大導(dǎo)致的掛鉤卡死缺陷，有效恢復(fù)了掛鉤裝置功能，提高了機(jī)組的可靠性。