混流式水輪機導葉機構漏水分析與對策

李志鴻

摘 要：混流式水輪機導葉機構是水利樞紐的重要設備，其運行質量對水利機組的安全運作有著較大的影響。結合工程實例，闡述水輪機導葉機構漏水的危害和測量工作，重點探討導葉機構漏水現象的原因，并提出可行的技術改造方案，以供實踐參考。

關鍵詞：水利機組；混流式；水輪機；導葉機構

中圖分類號：TK733.1 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）06-0050-02

目前，部分水利機組由于運行年限較長，導葉機構中的部分設備出現嚴重磨損，使各傳動部件的配合間隙增大，導致導葉機構的漏水量增大。導葉漏水量過大則意味著機組運行效率和水能利用率偏低，漏水嚴重時還可能會影響到水輪機組的整體運行。因此，設備管理人員必須重視水輪機導葉機構的漏水現象，針對漏水現象采取必要的技術改造方案和措施，盡可能避免導葉機構漏水量過大。

1 工程概況

以混流式水輪發電機為例，后期對發電機組進行增容改造，有兩臺單機容量增至115 MW，目前總裝機容量為430 MW，實際多年平均流量為228 m3/s，年平均發電量達到1.523×108 kW·h。混流式水輪發電機組的型號為HL662-LJ-410，設計水頭89 m，設計流量135 m3/s，額定轉速150 r/min。該型號機組自1965年第一臺機組投入發電至今，運行40余年。

2 漏水的危害和測量

2.1 漏水危害的定義

漏水危害指的是發電機組在停止運作的情況下，工作輪前端的導葉處于關閉狀態，操作工作輪壓力鋼管內的水源處于完全密封狀態，保證工作輪開始轉動時提供最大水流量，使水能轉換成最有效的機械能，當導水葉密封不嚴時，部分水流通過導水葉流失，造成資源浪費，嚴重時將導致機組誤開機。

2.2 漏水對導水機構的危害

機組停機時導水機構封水必須嚴密，否則不但會增加漏水量，也會加劇間隙空蝕破壞。導葉關閉后，如果漏水嚴重，可能造成機組無法停機。

2.3 漏水對機組調節的危害

對于中、高水頭，并在電網中擔任尖峰負荷的機組來說，減少停機時的漏水損失尤為重要，因為這些機組有相當長時間處于停機狀態。

機組在較長時間內低速運行對推力軸承穩定運行帶來嚴重影響，同時還會造成漏氣量大、壓水不到位，從而導致較大的有功功率損失。

2.4 漏水量的計算公式

計算漏水量時，可利用單位時間內壓力管道的漏水量qG進行估算。由于進水閘門存在不同程度的漏水量，因此，qG并不是導葉實際漏水量，而導葉實際漏水量qD為：

qD=qZ±qG. （1）

式（1）中：qD——導葉實際漏水量，m3/s；

qZ——進水閘門漏水量，m3/s；

qG——壓力管道漏水量，m3/s。

qZ可在機組檢修過程中，通過對壓力管道內的漏水水流斷面面積和漏水水流流速的測定求得。

在關閉工作閘門測量壓力管道的漏水量時，如果工作閘門的側路閥漏水較大時，在（1）式中應加上。如果蝸殼排水閥或鋼管排水閥漏水較大時，在（1）式中應減去。

2.5 導水葉立面間隙的測量

測量導水葉立面間隙通常在導水葉全關閉且有油壓下進行，為了確保數據準確，也可在無油壓下進行復測。測量點主要在兩個導水葉搭接面的上、中、下三個部位。

3 導水葉漏水的原因

3.1 接力器壓緊行程對漏水量的影響

3.1.1 壓緊行程作用

導水葉漏水量不僅與導水葉的端面、立面間隙有直接的關系，與接力器的壓緊行程也密切相關。導葉關閉時，由于蝸殼水壓的作用，操作臂變形，各軸銷與軸套之間存在間隙，導葉有向開側方向移動的趨勢。為了避免由此引起漏水現象，導葉關閉后還要向關側移動幾毫米，以保證過緊量。

3.1.2 壓緊行程的調節

壓緊行程是通過調節兩接力器與控制環之間連桿上的調整螺母來完成的。大、中型水輪機接力器的壓緊行程為6～8 mm。

3.1.3 人為誤差造成的漏水

在調節過程中，由于工作人員看刻度尺有誤差，可能使兩接力器的壓緊行程不同步，兩連桿長短出現輕微偏差，操作機構動作無法完全協調，也會導致漏水。

3.2 機組調節頻繁導致的磨損

機組調節頻繁，導致操作機構各連接部件磨損嚴重，且間隙過大。機組在運行期間要調節峰荷，如果調節頻繁，會造成操作機構的連接軸銷與軸套之間出現研磨現象。當磨損程度超過規定指標時，會使導水葉各部件間隙均發生變化，間隙值增大。操作機構無法控制導水葉完全關閉，而導水葉關閉不嚴是漏水的主要原因之一。

3.3 密封件易損導致漏水量增大

3.3.1 止漏裝置的組成

導水機構的止漏裝置包括導葉軸承止漏裝置，導水機構在全關閉狀態下為防止蝸殼中壓力水流入下游裝置的導葉與導葉之間的止漏裝置，導葉與上、下環之間的止漏裝置。

3.3.2 止漏裝置的密封膠條

對于中、低水頭的大、中型水輪機，導水葉的端面與立面的止水裝置主要是依靠密封膠條有效防止漏水。當導葉完全關閉后，導葉尾部依靠接力器的作用力壓緊在相鄰導葉頭部的密封膠條上，這種結構的密封易在運行中出現膠條被刮落的現象。

3.3.3 軸承止漏的主要部件

導水葉軸徑與套筒配合密封，是通過U型膠圈和O型膠圈阻止漏水的。由于機組在長時間運行中不斷往復運動，導水葉端面、立面和軸徑與密封裝置發生摩擦，密封膠條與U型膠圈和O型膠圈容易出現損壞，這也是導致導水葉漏水的原因之一。

4 改造技術方案

4.1 導水葉端面密封處理

根據機組原設計要求，導水葉上、下端面密封膠條的高度必須保證在2 mm左右。機組原設計密封材料的使用以中性橡膠為主。雖然橡膠制品的柔軟性好，但硬度差，抗磨性較低，加工粗糙。同時，由于機組在運行中設備長時間浸在水里，出現銹蝕嚴重、結合面不光滑、凸凹不平等情況，致使漏水量仍較大。在對機組進行A級檢修過程中，重新更換頂蓋下端面和底環上端面所有的密封膠條，并在膠皮條安裝槽內加裝1 mm的膠皮板，有效提高膠皮條的高度，在滿足規程要求的同時，縮短了膠條與頂蓋和導葉之間的距離，從而減少了導葉與頂蓋之間端面漏水量。

4.2 導水葉立面密封處理和間隙調整

4.2.1 導水葉立面膠條更換

在機組進行A級檢修時，對所有導水葉立面密封膠條進行更換。通過對各種新型材料性能進行對比和現場試驗，最后確定使用聚氨酯代替原中性橡膠材質。這種新型橡膠制品不僅提高了材料的抗磨性，也增加了抗空蝕強度。

4.2.2 立面間隙調整

機組安裝完畢后，采取手動方式操作調速器，將導水葉完全關閉。在有油壓的情況下，使用鋼絲繩捆綁導水葉，將所有導水葉捆緊，然后用塞尺對兩個相鄰導水葉的立面進行測量。

4.3 導水機構雙聯臂更換

雙聯臂是調整導水葉立面間隙的主要部件，連接在控制環和拐臂之間，其長短直接影響導水葉立面間隙。導水機構雙聯臂材質為35號鋼，長年在水車室內運行，受環境影響易產生嚴重銹蝕。因此，在每次檢修結束后，必須對雙聯臂整體涂上防腐漆，保證不產生銹蝕。然而，在進行導水葉立面間隙調節過程中，雙聯臂力臂調整螺栓頻繁出現亂扣問題，調整后導水葉立面間隙一直達不到理想狀態。

4.4 加大接力器壓緊行程調整力度

在滿足接力器壓緊行程技術指標的前提下，加大接力器壓緊行程的壓縮量，將接力器壓緊行程調整到接近上限值。接力器壓緊行程的調整主要通過伸長或縮短控制環推拉桿與接力器活塞推拉桿來完成。由于兩推拉桿之間依靠調整螺母銜接，因此，旋轉調整螺母正反方向，就能達到調整的目的。兩臺接力器的推拉桿與控制環推拉桿之間的螺母必須同時進行調整，調整長度保持一致才會使接力器操作倒水機構在完全關閉導水葉后的封閉效果最佳。

4.5 解決密封裝置漏水問題

導水葉上、中、下軸徑與各部軸套之間均屬間隙配合，根據水輪機設計要求，各部間隙由下至上逐漸增大。各軸徑與軸套之間的止水主要通過密封裝置完成。當水流經過導水葉時，大量的雜質混在其中，水流強烈沖擊導水葉的密封裝置時，大量的雜質起了關鍵性破壞作用，造成密封裝置出現漏水現象。在現場進行實際仿真試驗，確定改變密封裝置出廠原設計。在不改變各部軸徑的基礎上，通過縮小部分密封件的內徑，減小與軸徑之間的配合間隙達到止水的目的。同時，通過采用聚氨酯代替原中性橡膠更換U型密封圈的材質，在提高密封材料耐磨性的同時增強其硬度，最終達到止漏的目的。

5 結束語

通過探討混流式水輪機導葉結構漏水處理工作可知，在機組導葉機構完全關閉的同時關閉工作閘門，工作閘門與導葉前壓力鋼管段存水保持時間由原來的1.5 min提升到現在的7 min，導葉結構漏水量由原來的0.94 m3/s下降到現在的0.42 m3/s，符合相關技術規范的要求。機組運行一個周期的各項數據都符合相關要求，表明導葉機構漏水處理工作取得了令人滿意的效果。

參考文獻

[1]趙當.水輪機導水機構漏水影響原因分析及處理[J].科技風，2013（23）.

[2]胡佳奇.淺談混流式水輪機蝸殼的結構設計[J].黑龍江科技信息，2012（11）.

〔編輯：劉曉芳〕

根據機組原設計要求，導水葉上、下端面密封膠條的高度必須保證在2 mm左右。機組原設計密封材料的使用以中性橡膠為主。雖然橡膠制品的柔軟性好，但硬度差，抗磨性較低，加工粗糙。同時，由于機組在運行中設備長時間浸在水里，出現銹蝕嚴重、結合面不光滑、凸凹不平等情況，致使漏水量仍較大。在對機組進行A級檢修過程中，重新更換頂蓋下端面和底環上端面所有的密封膠條，并在膠皮條安裝槽內加裝1 mm的膠皮板，有效提高膠皮條的高度，在滿足規程要求的同時，縮短了膠條與頂蓋和導葉之間的距離，從而減少了導葉與頂蓋之間端面漏水量。

4.2 導水葉立面密封處理和間隙調整

4.2.1 導水葉立面膠條更換

在機組進行A級檢修時，對所有導水葉立面密封膠條進行更換。通過對各種新型材料性能進行對比和現場試驗，最后確定使用聚氨酯代替原中性橡膠材質。這種新型橡膠制品不僅提高了材料的抗磨性，也增加了抗空蝕強度。

4.2.2 立面間隙調整

機組安裝完畢后，采取手動方式操作調速器，將導水葉完全關閉。在有油壓的情況下，使用鋼絲繩捆綁導水葉，將所有導水葉捆緊，然后用塞尺對兩個相鄰導水葉的立面進行測量。

4.3 導水機構雙聯臂更換

雙聯臂是調整導水葉立面間隙的主要部件，連接在控制環和拐臂之間，其長短直接影響導水葉立面間隙。導水機構雙聯臂材質為35號鋼，長年在水車室內運行，受環境影響易產生嚴重銹蝕。因此，在每次檢修結束后，必須對雙聯臂整體涂上防腐漆，保證不產生銹蝕。然而，在進行導水葉立面間隙調節過程中，雙聯臂力臂調整螺栓頻繁出現亂扣問題，調整后導水葉立面間隙一直達不到理想狀態。

4.4 加大接力器壓緊行程調整力度

在滿足接力器壓緊行程技術指標的前提下，加大接力器壓緊行程的壓縮量，將接力器壓緊行程調整到接近上限值。接力器壓緊行程的調整主要通過伸長或縮短控制環推拉桿與接力器活塞推拉桿來完成。由于兩推拉桿之間依靠調整螺母銜接，因此，旋轉調整螺母正反方向，就能達到調整的目的。兩臺接力器的推拉桿與控制環推拉桿之間的螺母必須同時進行調整，調整長度保持一致才會使接力器操作倒水機構在完全關閉導水葉后的封閉效果最佳。

4.5 解決密封裝置漏水問題

導水葉上、中、下軸徑與各部軸套之間均屬間隙配合，根據水輪機設計要求，各部間隙由下至上逐漸增大。各軸徑與軸套之間的止水主要通過密封裝置完成。當水流經過導水葉時，大量的雜質混在其中，水流強烈沖擊導水葉的密封裝置時，大量的雜質起了關鍵性破壞作用，造成密封裝置出現漏水現象。在現場進行實際仿真試驗，確定改變密封裝置出廠原設計。在不改變各部軸徑的基礎上，通過縮小部分密封件的內徑，減小與軸徑之間的配合間隙達到止水的目的。同時，通過采用聚氨酯代替原中性橡膠更換U型密封圈的材質，在提高密封材料耐磨性的同時增強其硬度，最終達到止漏的目的。

5 結束語

通過探討混流式水輪機導葉結構漏水處理工作可知，在機組導葉機構完全關閉的同時關閉工作閘門，工作閘門與導葉前壓力鋼管段存水保持時間由原來的1.5 min提升到現在的7 min，導葉結構漏水量由原來的0.94 m3/s下降到現在的0.42 m3/s，符合相關技術規范的要求。機組運行一個周期的各項數據都符合相關要求，表明導葉機構漏水處理工作取得了令人滿意的效果。

參考文獻

[1]趙當.水輪機導水機構漏水影響原因分析及處理[J].科技風，2013（23）.

[2]胡佳奇.淺談混流式水輪機蝸殼的結構設計[J].黑龍江科技信息，2012（11）.

〔編輯：劉曉芳〕

根據機組原設計要求，導水葉上、下端面密封膠條的高度必須保證在2 mm左右。機組原設計密封材料的使用以中性橡膠為主。雖然橡膠制品的柔軟性好，但硬度差，抗磨性較低，加工粗糙。同時，由于機組在運行中設備長時間浸在水里，出現銹蝕嚴重、結合面不光滑、凸凹不平等情況，致使漏水量仍較大。在對機組進行A級檢修過程中，重新更換頂蓋下端面和底環上端面所有的密封膠條，并在膠皮條安裝槽內加裝1 mm的膠皮板，有效提高膠皮條的高度，在滿足規程要求的同時，縮短了膠條與頂蓋和導葉之間的距離，從而減少了導葉與頂蓋之間端面漏水量。

4.2 導水葉立面密封處理和間隙調整

4.2.1 導水葉立面膠條更換

在機組進行A級檢修時，對所有導水葉立面密封膠條進行更換。通過對各種新型材料性能進行對比和現場試驗，最后確定使用聚氨酯代替原中性橡膠材質。這種新型橡膠制品不僅提高了材料的抗磨性，也增加了抗空蝕強度。

4.2.2 立面間隙調整

機組安裝完畢后，采取手動方式操作調速器，將導水葉完全關閉。在有油壓的情況下，使用鋼絲繩捆綁導水葉，將所有導水葉捆緊，然后用塞尺對兩個相鄰導水葉的立面進行測量。

4.3 導水機構雙聯臂更換

雙聯臂是調整導水葉立面間隙的主要部件，連接在控制環和拐臂之間，其長短直接影響導水葉立面間隙。導水機構雙聯臂材質為35號鋼，長年在水車室內運行，受環境影響易產生嚴重銹蝕。因此，在每次檢修結束后，必須對雙聯臂整體涂上防腐漆，保證不產生銹蝕。然而，在進行導水葉立面間隙調節過程中，雙聯臂力臂調整螺栓頻繁出現亂扣問題，調整后導水葉立面間隙一直達不到理想狀態。

4.4 加大接力器壓緊行程調整力度

在滿足接力器壓緊行程技術指標的前提下，加大接力器壓緊行程的壓縮量，將接力器壓緊行程調整到接近上限值。接力器壓緊行程的調整主要通過伸長或縮短控制環推拉桿與接力器活塞推拉桿來完成。由于兩推拉桿之間依靠調整螺母銜接，因此，旋轉調整螺母正反方向，就能達到調整的目的。兩臺接力器的推拉桿與控制環推拉桿之間的螺母必須同時進行調整，調整長度保持一致才會使接力器操作倒水機構在完全關閉導水葉后的封閉效果最佳。

4.5 解決密封裝置漏水問題

導水葉上、中、下軸徑與各部軸套之間均屬間隙配合，根據水輪機設計要求，各部間隙由下至上逐漸增大。各軸徑與軸套之間的止水主要通過密封裝置完成。當水流經過導水葉時，大量的雜質混在其中，水流強烈沖擊導水葉的密封裝置時，大量的雜質起了關鍵性破壞作用，造成密封裝置出現漏水現象。在現場進行實際仿真試驗，確定改變密封裝置出廠原設計。在不改變各部軸徑的基礎上，通過縮小部分密封件的內徑，減小與軸徑之間的配合間隙達到止水的目的。同時，通過采用聚氨酯代替原中性橡膠更換U型密封圈的材質，在提高密封材料耐磨性的同時增強其硬度，最終達到止漏的目的。

5 結束語

通過探討混流式水輪機導葉結構漏水處理工作可知，在機組導葉機構完全關閉的同時關閉工作閘門，工作閘門與導葉前壓力鋼管段存水保持時間由原來的1.5 min提升到現在的7 min，導葉結構漏水量由原來的0.94 m3/s下降到現在的0.42 m3/s，符合相關技術規范的要求。機組運行一個周期的各項數據都符合相關要求，表明導葉機構漏水處理工作取得了令人滿意的效果。

參考文獻

[1]趙當.水輪機導水機構漏水影響原因分析及處理[J].科技風，2013（23）.

[2]胡佳奇.淺談混流式水輪機蝸殼的結構設計[J].黑龍江科技信息，2012（11）.

〔編輯：劉曉芳〕