张秉章

摘要：混流式水轮机具有结构简单、效率高、制造工艺成熟的优点，剪断销是水轮机导叶传动机构的保护装置，是水轮机安全稳定运行的重要设备，如果导叶间有异物卡住，相关传动件的操作力将急剧增大，当应力超过剪断销设计值时，剪断销首先剪断，保护水轮机组传动零件不受损坏。

关键词：混流式水轮机;剪断销;剪断;导叶;导水机构

Abstract： Francis turbine has the advantages of simple structure， high efficiency and mature manufacturing technology. Shearing pin is a protection device for the guide vane transmission mechanism of the turbine， and is an important equipment for the safe and stable operation of the turbine. If there is a foreign matter between the guide vanes， the operating force of the relevant transmission components will increase sharply. When the stress exceeds the design value of the shear pin， the shear pin will be sheared first to protect the transmission parts of the hydraulic turbine unit from damage.

0  引言

公伯峡电站4号机组于2005年12月2日投产，截止2020年7月1日运行近15年。2007年9月14日在机组运行状态下其11#-22#剪断销剪断;2017年6月14日在机组运行状态下其6#-9#剪断销剪断;2018年5月12日在机组开机过程中21#剪断销剪断;2019年4月27日在开机过程中5#剪断销剪断，次年3月21日在停机过程中5#剪断销剪断;2020年5月12日在开机过程中15#剪断销剪断;2020年5月20日，4号机组14#剪断销剪断，在随后网控AGC调整负荷过程中，12#、13#、15#、16#导叶剪断销剪断，水导瓦温升高，4号机组事故停机。

1  公伯峡水电站4号机组参数

1.1 水轮机基本参数

型号：HLA801-LJ-580;最大水头：106.6m;设计水头： 99.3m;最小水头：96.7m;额定流量：338.71m3/s;额定转速：125r/min;额定功率：306MW。

1.2 发电机基本参数

型号：SF300.6-48/13200;额定容量：334000kVA;额定电压：18000V;额定电流：10713A;功率因数：0.90;飞逸转速：230r/min。

2  剪断销的设计原理

剪断销是导叶传动机构的保护装置，如果导叶间有异物卡住，相关传动件的操作力将急剧增大，当应力超过剪断销设计值时，剪断销首先剪断，保护其它传动零件不受损坏。

公伯峡电站导叶保护装置为剪断销+摩擦装置联合结构。其设计原理为导叶磨擦衬传递力矩+剪断销传递力矩≥1.5*接力器最大油压操作力矩。……