新工藝在貫流式機(jī)組導(dǎo)葉間隙調(diào)整的應(yīng)用

潘大文

（陜西石泉水力發(fā)電廠，陜西 石泉725200）

1 概述

蜀河水電廠位于陜西省旬陽縣境內(nèi)的漢江干流上，壩址在旬陽縣蜀河鎮(zhèn)上游約1 km 處，距旬陽縣城51 km，距上游在建的旬陽水電廠約55 km，距下游在建的白河夾河水電廠約96 km，是漢江上游梯級(jí)開發(fā)規(guī)劃中的第6 個(gè)梯級(jí)電站。

蜀河樞紐工程的主要任務(wù)是發(fā)電，兼顧航運(yùn)等，壩址處多年平均流量732 m3/s。正常蓄水位217.30 m，壩頂高程230 m，水庫庫容1.76 億m3，廠房布置為廠頂溢流式，總裝機(jī)容量276 MW（6×46 MW）貫流機(jī)組，年平均發(fā)電量9.53 億kW·h，年利用小時(shí)3 530 h。

2 蜀河水電廠導(dǎo)水機(jī)構(gòu)檢修情況

3 號(hào)機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)、外環(huán)、導(dǎo)葉、控制環(huán)、導(dǎo)葉套筒、間距塊、軸承壓板、調(diào)整墊片等。在導(dǎo)葉上軸頸設(shè)有可自動(dòng)調(diào)節(jié)軸心的自潤滑球軸承。

3 號(hào)機(jī)組自2009 投運(yùn)以來由于大部分導(dǎo)葉軸套漏水，需結(jié)合A 修進(jìn)行處理，在2019 年A 修期間更換導(dǎo)葉上軸套密封時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉套筒外徑密封圈未安裝，抽查4 個(gè)均出現(xiàn)這種情況，需要全部進(jìn)行拆除檢查處理。因此需將所有導(dǎo)葉的拐臂全部拆除，雖然導(dǎo)葉在外配水環(huán)用角鐵定位焊接，和在偏心銷處打有記號(hào)，但在不吊出導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的情況下，回裝后難以恢復(fù)修前的狀態(tài)，導(dǎo)葉立面間隙必定發(fā)生變化，因此必須進(jìn)行重新的調(diào)整。此次調(diào)整工作量較大，為確保能按照工期節(jié)點(diǎn)順利進(jìn)行，經(jīng)過查閱哈電圖紙，分析導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究制定了詳細(xì)而具有科學(xué)性的調(diào)整方案。在3 號(hào)機(jī)A 修期間實(shí)施后表明，這種調(diào)整方法省時(shí)省力且效果良好。

3 貫流式機(jī)組導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整的重要性

貫流式機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)導(dǎo)葉為錐形，其安裝和檢修的難度較大，檢修質(zhì)量的好壞直接影響到機(jī)組的安全運(yùn)行和電站的經(jīng)濟(jì)效益。若是導(dǎo)葉立面間隙較大會(huì)造成導(dǎo)葉漏水量較大，不但增加水力損失，還會(huì)造成機(jī)組停機(jī)困難，增大了在高轉(zhuǎn)速提前投入風(fēng)閘的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)機(jī)組在低轉(zhuǎn)速長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，破壞各軸承運(yùn)行中的油膜，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行，同時(shí)也加大了導(dǎo)葉的空腔汽蝕。調(diào)整過小或不均會(huì)造成導(dǎo)水機(jī)構(gòu)蹩勁和個(gè)別導(dǎo)葉受力不均等現(xiàn)象。因此導(dǎo)葉間隙調(diào)整的合理性對機(jī)組檢修質(zhì)量至關(guān)重要。

4 貫流式機(jī)組錐形導(dǎo)葉的特點(diǎn)

蜀河電廠導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：

（1）16 個(gè)錐形導(dǎo)葉為結(jié)構(gòu)件，雙支點(diǎn)結(jié)構(gòu)布置在內(nèi)、外配水環(huán)之間，為空間扭曲結(jié)構(gòu)，導(dǎo)葉的水力矩特性在全行程內(nèi)具有自關(guān)閉趨勢，其立面密封為剛性密封，在導(dǎo)葉頭部和尾部密和面處均設(shè)有不銹鋼材料，其尾部密和在葉片葉型的外緣。

（2）導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整采用偏心銷調(diào)整，有別于大部分立式機(jī)組常用的旋套連桿雙聯(lián)臂結(jié)構(gòu)。

（3）導(dǎo)葉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用彈簧連接的保護(hù)方式，當(dāng)導(dǎo)葉受異物卡阻時(shí)，彈簧彎曲連桿發(fā)生彎曲形變，避免異物處的導(dǎo)葉發(fā)生擺動(dòng)。

（4）以導(dǎo)葉樞軸為中心，兩翼錐形面不等距，其導(dǎo)葉樞軸中心到小頭密封面的長度大于葉片樞軸中心到大頭密封面的長度。

圖1 導(dǎo)葉布置圖

圖2 扇形導(dǎo)葉圖

5 貫流式機(jī)組導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整的新工藝的特點(diǎn)

5.1 傳統(tǒng)的立面間隙調(diào)整方法

（1）捆綁法。在機(jī)組檢修過程中發(fā)現(xiàn)多個(gè)導(dǎo)葉立面間隙不合格時(shí)，常采用捆綁法，將導(dǎo)葉拐臂拔出，導(dǎo)葉不受外力控制，處于自由狀態(tài)，用鋼絲繩在導(dǎo)葉中部捆一圈半，將導(dǎo)葉關(guān)閉，同時(shí)用導(dǎo)鏈拉鋼絲繩，在拉緊過程中，用大錘錘擊導(dǎo)葉，使其受力均勻，關(guān)閉緊密。此種方法適用于立式機(jī)組導(dǎo)葉立面間隙的調(diào)整，不適于貫流式導(dǎo)葉間隙調(diào)整，因?yàn)樨灹魇綑C(jī)組導(dǎo)葉為錐形，有鋼絲繩捆綁無法定位捆綁錐形面受力中心點(diǎn)，同時(shí)由于貫流式機(jī)組導(dǎo)葉為空間立面布置，鋼絲繩松開后易造成各方位的導(dǎo)葉所受約束力不均勻，導(dǎo)葉動(dòng)作幾次后，約束力釋放，易出現(xiàn)個(gè)別導(dǎo)葉立面間隙產(chǎn)生變化的現(xiàn)象。

（2）補(bǔ)焊導(dǎo)葉立面的方法。當(dāng)個(gè)別導(dǎo)葉立面間隙較大，且其長度已超過總長度的25%，可用補(bǔ)焊的方法，用小電流在導(dǎo)葉密封面處補(bǔ)焊一層不銹鋼，并用砂輪按導(dǎo)葉截面葉型進(jìn)行修磨。此種方法操作簡單，省時(shí)省力，但容易造成導(dǎo)葉開度不均勻，造成水流軸對稱流動(dòng)被破壞，引起水輪機(jī)振動(dòng)增大。

（3）調(diào)整個(gè)別導(dǎo)葉的方法。當(dāng)只有個(gè)別導(dǎo)葉的立面間隙在1 mm 左右時(shí)，可將其間隙均分在其前后的幾個(gè)導(dǎo)葉上，關(guān)閉時(shí)，將間隙壓至合格。缺點(diǎn)：個(gè)別導(dǎo)葉會(huì)出現(xiàn)受力不均，產(chǎn)生蹩勁現(xiàn)象，運(yùn)轉(zhuǎn)一定周期后，新的間隙會(huì)產(chǎn)生。

5.2 貫流式機(jī)組導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整的新工藝方法

貫流式機(jī)組導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整的新工藝的特點(diǎn)及理論依據(jù)：數(shù)字化、表格化、精準(zhǔn)化，根據(jù)貫流式機(jī)組導(dǎo)葉葉片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以得出其導(dǎo)葉在開啟和關(guān)閉過程中的規(guī)律特點(diǎn)：

（1）導(dǎo)葉在開啟和關(guān)閉過程中，其導(dǎo)葉大頭密封線上的任意一點(diǎn)其運(yùn)動(dòng)的距離小于其小頭密封線上任意一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的距離。而且葉片大頭和小頭運(yùn)動(dòng)距離成一定比例關(guān)系β=L大/L小=300/500=0.6。

（2）當(dāng)導(dǎo)葉開啟或關(guān)閉過程中，相鄰2 片導(dǎo)葉當(dāng)一個(gè)導(dǎo)葉大頭向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相鄰另一個(gè)導(dǎo)葉小頭向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，在任何一個(gè)開度下，這兩個(gè)導(dǎo)葉的大頭、小頭所轉(zhuǎn)動(dòng)的空間運(yùn)動(dòng)軌跡呈一定比例關(guān)系，其葉片密封面為小頭的導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)軌跡的距離為其大頭導(dǎo)葉的β倍。根據(jù)其導(dǎo)葉運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)可知β＞1。因此在貫流式機(jī)組導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整時(shí)，導(dǎo)葉立面間隙依次分配下去將形成導(dǎo)葉立面運(yùn)動(dòng)軌跡等比例收斂的特點(diǎn)。因此根據(jù)等比例原理證明導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整只要按照合理的順序進(jìn)行調(diào)整，最終可以將導(dǎo)葉立面間隙消除并使其間隙達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）因?yàn)閷?dǎo)葉總個(gè)數(shù)為16 個(gè)，站在上游側(cè)按逆時(shí)針方向編號(hào)，假設(shè)1 號(hào)、2 號(hào)導(dǎo)葉存在間隙，其余導(dǎo)葉間隙均合格，因此想要繼續(xù)關(guān)閉導(dǎo)葉1 號(hào)、2 號(hào)是不可能的了，此時(shí)打開導(dǎo)葉3 號(hào)，關(guān)閉導(dǎo)葉2 號(hào)，使其1 號(hào)、2 號(hào)導(dǎo)葉立面間隙符合要求，然后打開4 號(hào)導(dǎo)葉，關(guān)閉3 號(hào)導(dǎo)葉，使其與2 號(hào)導(dǎo)葉的立面間隙符合要求，然后打開5 號(hào)導(dǎo)葉，關(guān)閉4 號(hào)導(dǎo)葉，依次調(diào)整下去，測量最后兩個(gè)導(dǎo)葉間的立面間隙，用類似的方法依次進(jìn)行調(diào)整，直到所有的導(dǎo)葉立面間隙符合設(shè)計(jì)要求。

圖3 導(dǎo)葉翼型圖

6 新工藝的具體實(shí)施方法和步驟

（1）將所有導(dǎo)葉調(diào)整到全關(guān)位置，確認(rèn)控制環(huán)上的全關(guān)標(biāo)記必須與外配水環(huán)上的全關(guān)標(biāo)記重合，同時(shí)內(nèi)外配水環(huán)法蘭的水平及相互間的距離必須滿足設(shè)計(jì)要求，另外內(nèi)外配水環(huán)的同心度偏差也必須滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）接力器鎖錠投入，在導(dǎo)葉處和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)處搭設(shè)腳手架，測量所有導(dǎo)葉立面間隙的分布情況，將其數(shù)據(jù)依次記錄。數(shù)值如表1。

（3）數(shù)據(jù)分析制定精確調(diào)整導(dǎo)葉方案：調(diào)整方案原則是在上游側(cè)按逆時(shí)針（間隙逐級(jí)遞減的原則）的方向逐個(gè)依次調(diào)整，通過關(guān)閉葉片將多個(gè)葉片立面間隙集中到某2 個(gè)導(dǎo)葉之間。根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)可以看出有6 處導(dǎo)葉立面間隙存在超標(biāo)，可通過調(diào)節(jié)偏心銷來調(diào)整立面間隙。先將5 號(hào)導(dǎo)葉關(guān)閉0.15 mm，8 號(hào)導(dǎo)葉關(guān)閉0.3 mm，16 號(hào)導(dǎo)葉關(guān)閉0.45 mm，這樣導(dǎo)葉立面間隙也就集中在4 →5 間隙為0.85 mm，8 →9 間隙為0.2 mm，16 →1 間隙為0.25 mm。

表1 導(dǎo)葉立面間隙 單位：0.01 mm

（4）8 →9 間隙調(diào)整：先打開7 號(hào)導(dǎo)葉（順時(shí)針轉(zhuǎn)1 個(gè)值），然后打開5 號(hào)導(dǎo)葉（順時(shí)針轉(zhuǎn)1 個(gè)值），逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)6 號(hào)導(dǎo)葉，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)3 號(hào)導(dǎo)葉，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)4 號(hào)導(dǎo)葉，依此類推。具體旋轉(zhuǎn)數(shù)值通過下式算出，An=（-k）n-1A1，k-為傳動(dòng)系數(shù)，+為關(guān)閉，-為開啟。然后將計(jì)算的數(shù)值填入表2 中。

表2 間隙調(diào)整表 單位：0.01 mm

（5）調(diào)整順序遵循先負(fù)后正，即先打開開啟方向的導(dǎo)葉，再調(diào)節(jié)關(guān)閉方向?qū)~的原則。導(dǎo)葉間隙很快被消除，所有導(dǎo)葉間隙完全關(guān)閉。導(dǎo)葉間隙調(diào)整完畢后將導(dǎo)葉臂上偏心銷鎖緊，并復(fù)測導(dǎo)葉立面間隙值。最后進(jìn)行導(dǎo)葉壓緊行程的測量和調(diào)整。

7 結(jié)論

通過蜀河水電廠3 號(hào)機(jī)組A 修中導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整新工藝的應(yīng)用，驗(yàn)證了新工藝采取的表格化、數(shù)字化、精準(zhǔn)化的調(diào)整方案省時(shí)省力，操作可靠，且科學(xué)可行，同時(shí)調(diào)整思路清晰，程序簡單，有利于機(jī)組檢修期間的工期、質(zhì)量控制，提高了檢修效率和質(zhì)量。其調(diào)整新工藝的應(yīng)用可供兄弟單位根據(jù)各自電廠導(dǎo)水機(jī)構(gòu)參數(shù)特點(diǎn)，確定收斂比和具體的調(diào)整方向，用此新工藝進(jìn)行調(diào)整。