新型导叶轴套拆装装置可行性研究
陈毅航 马金才
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陈毅航 马金才,. 新型导叶轴套拆装装置可行性研究[J]. 中国电气工程,2023.3. DOI:10.12721/ccn.2023.157025.
摘要:
导水机构主要有由导叶和传动机构组成,导叶轴径通过轴套支撑在顶盖和底环上,并绕自身轴线旋转,导叶轴套对确保导水机构安全、高效、平稳运行起着至关重要的作用。导叶轴套多采用铸铁、铸铜、高分子材料、复合材料、自润滑材料等制成,具有工艺复杂、精度高、拆装困难、易损坏等特点。传统工艺存在拆装困难、装置笨重、受力不均、部件易损、工艺粗糙、危险性大等问题,既费时费力,又存在安全隐患。该装置操作便捷、结构合理、受力均匀、高效平稳、工艺精准、安全性高,能有效解决上述问题。
关键词: 电力企业导叶轴套导水机构安全
DOI:10.12721/ccn.2023.157025
基金资助:

1. 与本装置相关的现有技术一

1.1  现有技术一的技术方案

水电机组安装、检修现场受设备条件及场地限制,导叶轴套拆装多采用厂家提供工具以及现场既有的简单工器具、材料等完成,例如:千斤顶、自制横梁、法兰盘、丝杠、螺母、工字钢、拔力(拉马)、简易装置等,通常采用破坏性拆除或利用两至多个千斤顶顶升横梁来实现,拆装困难、装置笨重、受力不均、部件易损、工艺粗糙,费时、费力且存在安全隐患。

1.2.  现有技术一的缺点

现有技术有以下明显缺点:

拆装困难:该部件能选用的受力点有限,并且受精度、材质以及运行中产生的污垢、板结等因素影响,现有技术拆装困难,且难以兼顾安全与质量。

装置笨重:采用横梁结构,横梁强度是关键,刚性不足,易变性,强度有了,重量大幅增加。其它辅助装置多为临时制作,笨重、操作费力且不易保管。

受力不均:两至多个千斤顶同步顶升,即使采用“一拖N”液压装置,也就是利用分流器实现千斤顶同步,也很难保证高度同步,普通螺旋、齿条千斤顶更是相差甚远。横梁本身结构性缺陷,易产生变形、偏移等情况,同样会加重不同步程度。

部件易损:导叶轴套多采用铸铁、铸铜、高分子材料、复合材料、自润滑材料等制成,现有技术操作不当极易造成损伤。

工艺粗糙:轴套的工艺、精度、材质决定了不论是拆除还是安装,都应该严格按工艺及技术要求进行操作,千斤顶只能在极端情况下辅助使用,不能作为常态,野蛮作业、破坏性拆除等,更应严格禁止。现有工艺,降低安装精度,甚至造成安全隐患。

危险性大:受力不均、装置变形、工艺粗糙等,极易造成人身伤害、部件损坏等。特别是在横梁变形、偏移、千斤顶不同步、操作不当等情况下,危险程度急剧增加。

2. 本装置技术方案的详细阐述

2.1  本装置所要解决的技术问题

本装置主要用于导水机构导叶轴套拆装,有效解决水轮发电机组导叶轴套拆装困难、装置笨重、受力不均、部件易损、工艺粗糙、危险性大等问题,旨在提高安装精度与安全性,操作便捷、结构合理,受力均匀、高效平稳、工艺精准、降低对操作人员的要求,有效控制费用与工期,确保生产安全、平稳、有序进行。

2.2  本装置提供的完整技术方案

本装置采用三点受力稳定结构,三个卡爪按相隔120°均布,利用滚轮装置投退卡爪,操作便捷;采用旋转装置,丝杠、垫圈、螺母、扳杠相配合作用于卡盘,部件升降平稳、顺滑,既保证了工艺质量,又确保了人身及设备安全;中空千斤顶只在必要时作为辅助使用,消除部件卡涩、阻滞等异常现象,千斤顶采用液压控制,压力可调,逐级递增,中空结构确保受力均匀;调节螺钉主要用于调节卡盘高度。整套装置操作便捷、结构简单、受力均匀、高效平稳,既保证了工艺质量,又确保了人身及部件安全,简单、实用,便于掌握。该装置由十三个部件组成,重点表述的是导叶轴套拆除时状态。

(1)卡盘:用于轴套拆除,核心部件,采用Q235钢制作,沿圆周方向三等分开有卡槽,与卡爪、滚轮配合,形成三点受力稳定结构,起稳固、支撑、传递作用。上下内螺纹均采用M30,卡盘可利用M30吊环放至指定位置。

(2)调节螺钉:用于轴套拆除,采用Q235钢制作,调节卡盘高度,以便于卡爪顺利嵌入轴套环槽。环槽受损,以轴套底部为支撑点时,该部件拆除。高度调节在卡盘放入前完成。

(3)薄螺母:用于轴套拆除,外购标准件,卡盘高度调整合适后,锁定调节螺钉。通常情况下,同一机组,调整一次即可。

(4)滚轮:用于轴套拆除,采用Q235钢制作,表面滚花,内螺纹T30,与卡盘、卡爪配合构成滚动装置,滚动时,实现卡爪投退。

(5)卡爪:用于轴套拆除,采用45号钢制作,三个卡爪按相隔120°均布嵌于卡盘卡槽中,与卡盘、滚轮配合,形成三点受力稳定结构,前端圆弧结构与轴套环槽相适应,后端外螺纹T30,通过滚轮实现投退。需要增大摩擦力时,可在卡爪前端接触面上开沟槽或设置摩擦面。

(6)套筒:用于轴套拆除,采用Q235钢制作,侧面、顶部交错90°各开两个腰形孔,用于观测。同时起到减轻重量,方便提拿的作用。

(7)丝杠:通用部件,采用45号钢制作,上部T30螺纹,与垫圈、螺母、扳杠配合,构成螺旋装置。下部M30螺纹,轴套拆除时与卡盘相联,轴套安装时与底环导叶下端排水孔螺纹相联,构成受力点。

(8)中空千斤顶:通用部件,外购,液压控制,压力可调。额定顶升能力30T,行程63mm,中心孔Φ33.3mm。不作为常态使用,只在必要时作为辅助使用,消除部件卡涩、阻滞等异常现象。

(9)垫圈:通用部件,起过渡作用,采用45号钢制作,共三件,与千斤顶配合时,使用一件即可。单独使用时,可三件叠加在一起。

(10)螺母:通用部件,采用Q235钢制作,内螺纹T30,与垫圈、丝杠、扳杠配合,构成螺旋装置。沿外圆周边均布3个M16螺纹联接口,交错布置3个Φ17光孔插口。阻力较大时采用螺纹联接口,快速拆装时采用光孔插口。

(11)扳杠:通用部件,采用45号钢制作,一端为M16螺纹,一端为Φ16插头,视现场情况选用。

(12)压盖:用于轴套安装,采用Q235钢制作,对称开有2个腰形孔,便于观测。

(13)吊环:用于轴套拆除,外购标准件,M30,用于卡盘提放。

2.3 本装置有效解决了传统方法的六个缺陷:

(1)操作便捷:采用滚轮装置,卡爪投退便捷,有效避免传统工艺焊接、螺栓把合等方式带来的不便。中空千斤顶对比于多个千斤顶,操作简化。螺旋装置与千斤顶配合,使拆装变得平稳高效。同时对人员要求降低,便于操作。

(2)结构简便:滚轮装置大大简化了受力点设置步骤,采用卡盘与螺旋装置配合,中空千斤顶辅助,取消了传统方法的横梁、多个千斤顶、辅助装置等部件,重量大幅减轻。合理开孔、去除多余部分、注重多功能,在保证强度的基础上,进一步减轻重量。

(3)受力均匀:螺旋装置在常用工法中是首选,受力均匀,过渡平滑,基本不存在变形、偏移影响,三支点受力为稳定结构,中空千斤顶在结构上具有明显优势,整体结构上确保了受力均匀。

(4)高效平稳:操作便捷、结构简便、受力均匀大大降低了拆装难度,效率大幅提升,整个拆装过程平稳高效。

(5)工艺精准:采用螺旋装置,在安装过程中,部件始终处于平稳状态,部件受力均匀,平稳装入,最大程度保护部件免受损伤,最大限度确保了安装精度。

(6)安全性高:受力均匀、结构合理、操作便捷、便于掌握,从本质上排除了装置变形、偏移、受力不均等带来的危害,确保了人身及部件安全。

2.4 具体实施方式

本装置在多个检修现场通过实际应用,持续改进,装置逐步简化,结构逐步趋于合理,操作便捷、高效平稳、安全性高,便于掌握,且具有一定的通用性,目前基本具备推广应用条件,将在多个现场推广应用。

2.5 本发明技术方案带来的有益效果

本装置安全性高,工艺精准、操作便捷,有效解决了传统方法存在的诸多缺陷,操作省时省力,便于掌握,对部件损坏程度大幅降低,工艺精度持续提高,确保了安装质量,有效避免了安全隐患,合理控制费用及工期。 

3  本装置的技术关键点

本装置专用程度较高,主要用于解决水轮发电机组检修、安装类似问题。卡盘装置特别是滚轮装置的应用对装置的结构简便、操作便捷起到了关键作用。螺旋装置与中空千斤顶的配合使用,有效确保了部件受力均匀,工作效率、工艺精度、安全性均得到了有效保证。中空千斤顶作为辅助设备,应严格按规程使用,使用时注意控制压力,逐级调节,建议不超过20T,确保人身及设备安全 。

参考文献:

1. 马建冶. 葛洲坝电厂水轮机检修中的大型螺栓拆装[J].水电与新能源,2009,(004)

2. 刘功亮. 水电站水轮机导叶轴套加工工艺简析[J].水电站机电技术,2020,(01)

3. 刘英. 白莲河水泵水轮机导叶轴套压板螺栓断裂分析与探讨[J].大电机技术,2019,(03)

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