混流式水輪機導葉漏水分析及處理

黃 隆 志

(華電寶珠寺水電廠,四川 廣元 628003)

混流式水輪機導葉漏水分析及處理

黃 隆 志

(華電寶珠寺水電廠,四川 廣元 628003)

水輪機導葉漏水不僅造成水資源的浪費，同時對機組的安全穩(wěn)定運行均造成影響。寶珠寺在機組解體大修過程中，檢修人員對活動導葉進行了補焊、打磨處理以及線型修復，將變形底環(huán)返廠加工，并在底環(huán)抗磨板部位新增密封條，對導葉套筒密封以及壓墊環(huán)進行了處理和更換。機組檢修后，用容積法對該機組導葉漏水量進行了測量，導葉漏水量由0.75 m3/s降低到0.408 m3/s，按照機組年均停機時間計算，全年可增發(fā)電量140萬千瓦時，基本達到了項目預期。

水輪機；導葉漏水；水量測量；危害；處理

1 概 述

寶珠寺水電站位于四川省廣元市境內(nèi)，是嘉陵江水系白龍江干流上第二座水電站，安裝四臺單機容量為175 MW混流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量700 MW，1996年12月首臺機組投產(chǎn)發(fā)電，電站具有不完全年調(diào)節(jié)能力，擔負著四川電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻和事故備用的任務。

水輪機主要性能特性及技術參數(shù)如下：

型號：HLD89-LJ-500

設計水頭：84.4 m

最低水頭：68.5 m

最高水頭：103 m

設計流量：239 m3/s

額定出力：178.6 MW

額定轉(zhuǎn)速：136.4 r/min

飛逸轉(zhuǎn)速：275 r/min

水輪機軸向水推力：8044 kN

吸出高度：-3 m

水輪發(fā)電機由東方電機股份有限公司設計、制造，過去由于導水機構(gòu)制造受設計、工藝、材料和生產(chǎn)能力的局限以及機組長時間不良工況下運行等因素影響，設備老化問題日趨嚴重，尤其是機組導葉漏水量逐年增大，機組經(jīng)常出現(xiàn)蠕動問題，嚴重影響機組安全，因此有必要對機組的導葉漏水問題進行處理。

2 導葉漏水量測量

導葉漏水量的測量方法有多種，較簡單和傳統(tǒng)的測量方法是容積法。容積法測量主要是在關閉進口閥門的情況下，通過測量鋼管壓力在一定時間內(nèi)的變化情況，然后根據(jù)已知管道的相關參數(shù)進行計算，從而求得導葉的漏水量。國家規(guī)范：GB/T 15468-2006 水輪機基本技術條件5.7.1條規(guī)定，在額定水頭下，圓柱式導水機構(gòu)漏水量不應大于水輪機額定流量的3‰。我廠標準限值：0.717 m3/s。

測點主要為導葉進口處的壓力測量點，以及試驗開始和結(jié)束的時間。根據(jù)上述的測量原理和測點布置情況，通過計算可以求得導葉漏水量，計算公式如下：(m3/s)

式中Q為導漏水流量；g為重力加速度；D為鋼管直經(jīng)(內(nèi)徑6m)；ρ為水的密度；P1為開始時刻測量處壓力；P2為結(jié)束時刻測量處壓力；t1為初始時刻的時間；t2為結(jié)束時刻的時間。

按照容積法對14F機組導葉漏水量進行30分鐘測量，蝸水壓由0.80 MPa降至0.32 MPa，將測量數(shù)據(jù)代入公式計算，該機組導葉漏水量達到0.75 m3/s，已超過標準限值。

3 導葉漏水產(chǎn)生的危害

導葉漏水量是評判高、中水頭水輪機安裝和檢修質(zhì)量的標準之一。機組停機備用期間，水輪機導葉漏水不僅浪費水能資源，過大的漏水量還將影響機組的正常操作，造成設備損壞，具體表現(xiàn)如下：

3.1 水資源的浪費

受水庫來水減少及電網(wǎng)裝機容量逐年增加等因素影響，機組停機備用時間已達到5 000小時以上，按照處理前的漏水情況進行計算，全年4臺機組損失的電量達到1 000萬千瓦時。

3.2 加快導葉及過流部件氣蝕

由于導葉端面、立面間隙的存在，當水流經(jīng)過較為狹小的導葉間隙時，水流速度會突然變化，這會引發(fā)局部壓力降低，當壓力降低到當前溫度的汽化壓力時，就會出現(xiàn)空化和空蝕現(xiàn)象，對機組過流部件造成破壞。

3.3 影響停機甚至燒瓦

機組停機時，過大的間隙造成的漏水會有很大的射流速度，特別是制動氣壓壓力較低或制動閘塊磨損較嚴重的情況下，機組轉(zhuǎn)動部件將長時間低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，影響機組正常停機，加重各軸承部件的磨損，甚至軸瓦燒毀。

4 漏水原因及處理

4.1 導葉立面間隙過大

修前數(shù)據(jù)中，大部分導葉立面間隙較大，且部分間隙長度已超過導葉總長度的25%。利用機組解體檢修機會，對導葉大小頭立面止水面進行鑲焊不銹鋼條、精刨處理，從而保證立面間隙的密封要求；在滿足技術要求的前提下，對接力器壓緊行程(5-7 mm)按上限進行調(diào)整。

導水機構(gòu)安裝完成調(diào)速器建壓后，參照修后初次導葉立面間隙測量數(shù)據(jù)，通過分布法對導葉立面間隙進行調(diào)整，用0.05 mm的塞尺檢查通不過。

4.2 導葉端面間隙過大

底環(huán)表面屬于精加工面，經(jīng)過多次的局部補焊打磨處理，現(xiàn)底環(huán)抗磨板表面存在不平整現(xiàn)象，嚴重影響底環(huán)安裝水平的測量和調(diào)整。鑒于底環(huán)變形情況，對底環(huán)抗磨板返廠加工0.30 mm，為滿足安裝尺寸要求，在底環(huán)抗磨板上加工環(huán)形槽，安裝彈性密封(見圖1)，補償加工量，同時對導葉下端面間隙進行補償；端面間隙調(diào)整時按廠家設計下限選定，端面間隙按設計圖紙要求(0.25-0.60 mm)的下限值調(diào)整，同時對影響端面間隙的導葉進行打磨，預裝，對套筒下部壓墊環(huán)進行了整體更換。

底環(huán)組裝好后進行水平測量，底環(huán)測量面符合要求，頂蓋與底環(huán)的平行度偏差在0.05 mm/m以內(nèi)，符合安裝技術規(guī)范要求，端面間隙偏差較小。

圖1 底環(huán)導葉端面密封裝配圖

4.3 導葉軸頸密封損壞

導葉軸頸密封主要是防止蝸殼中的水進入頂蓋和防止水中的泥沙進入套筒，以免磨損軸頸和軸套，分為中軸頸密封和下軸頸密封兩類，軸頸密封件在安裝及運行過程中極易損壞，從而引起導葉套筒漏水。在檢修過程中主要從兩方面進行控制，一是O型密封材料的選擇，二是密封件及導水部件安裝質(zhì)量的控制。

4.4 機組運行工況差

我廠作為四川電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻電廠，平均每月單機開停次數(shù)為60次左右，負荷調(diào)整次數(shù)上百次，機組穿越振動區(qū)頻繁，水輪機過流部件氣蝕嚴重。通過優(yōu)化發(fā)電計劃、當值人員與調(diào)度人員溝通等方式，使機組盡量在高效、穩(wěn)定區(qū)域運行，最大限度地降低不良工況對機組的損傷。

5 結(jié) 語

混流式水輪機導葉漏水受導水部件設計、材料、制造以及導水機構(gòu)安裝、機組運行工況等諸多方面因素影響，是水電站常見的問題。水輪機導葉漏水不僅造成水資源的浪費，同時對機組的安全穩(wěn)定運行均造成影響。寶珠寺在機組解體大修過程中，檢修人員對活動導葉進行了補焊、打磨處理以及線型修復，將變形底環(huán)返廠加工，并在底環(huán)抗磨板部位新增密封條，對導葉套筒密封以及壓墊環(huán)進行了處理和更換。機組檢修后，用容積法對該機組導葉漏水量進行了測量，導葉漏水量由0.75 m3/s降低到0.408 m3/s，按照機組年均停機時間計算，全年可增發(fā)電量140萬千瓦時，基本達到了項目預期。

[1] 《水輪發(fā)電機組安裝技術規(guī)范》(GB/T8564-2003)；

[2] 張誠、陳國慶.水輪發(fā)電機組檢修.北京：中國電力出版社，2011；

TK733+.1；TK736；O655.9

B

1001-2184(2017)05-0113-02

2017-09-29

黃隆志(1983-)，男，湖南瀏陽人，畢業(yè)于河北工程大學熱能與動力工程專業(yè)(水動方向)，助理工程師，寶珠寺水力發(fā)電廠從事運行技術與管理工作.

(責任編輯卓政昌)