介紹一種應用于水輪機導葉壓緊試驗的新方法

王 俊，解植瑩

（1. 水力發電設備國家重點實驗室，哈爾濱 150040；2. 哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040）

介紹一種應用于水輪機導葉壓緊試驗的新方法

王 俊1,2，解植瑩1,2

（1. 水力發電設備國家重點實驗室，哈爾濱 150040；2. 哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040）

本文在詳細介紹水輪機導葉壓緊試驗原理和意義的基礎上，分析了行業常用試驗方法的使用局限性，提出一種適用于抽水蓄能機組的新試驗方法，并對該試驗方法進行詳細說明。

抽水蓄能機組；導葉壓緊；接力器

0 前言

常規水電站水輪發電機組在停機狀態，導葉漏水量過大會引起大軸蠕動，進而對軸承產生損害。抽水蓄能電站機組在停機狀態，因進出水主閥處于關閉狀態，不會產生導葉漏水。但是在啟動過程中，導葉漏水量過大會對進出水主閥開啟產生不利影響，甚至導致機組啟動失敗。

導葉漏水量主要是由導葉制造精度和安裝等因素導致立面間隙過大造成的。解決措施是使導葉接力器通過預留適當的壓緊行程使導葉承受一定的壓緊力，從而使導葉立面間隙盡量減小達到減小導葉漏水量的目的。

抽水蓄能機組不僅對啟機過程中導葉漏水量提出要求，還要求在水泵工況啟動以及調相工況運行期間導葉間隙盡可能的小。抽水蓄能機組在水泵工況啟動和調相工況運行期間，轉輪在空氣中轉動。此時如果導葉立面間隙較大不僅會導致過多的空氣進入蝸殼，加重壓縮空氣系統的負擔，還會因大量的導葉漏水在轉輪邊緣產生較厚的水環致使機組吸收更多的有功功率給調相工況帶來不利的影響。

本文以蒲石河抽水蓄能電站為例介紹阿爾斯通公司應用于導葉壓緊試驗的方法。通過與國內傳統方法的對比證明該方法更具科學合理性。該方法不僅適用于抽水蓄能機組，還可以推廣到常規混流式、軸流式等機組。

1 導葉壓緊試驗原理

導葉操作機構由導葉、控制環、接力器及其相互連接部件構成。導葉的開關動作是由接力器操作控制環將接力器活塞桿的直線位移轉換成角度位移實現的。

詳細分析導葉從全開到全關過程，首先是接力器在操作油壓作用下“吃掉”的操作機構自由間隙，然后是導葉從全開到全關過程，最后是使導葉操作機構在一定壓力下產生彈性形變的壓緊過程。壓緊過程中的彈性形變減小了因安裝或者制造精度等誤差形成的立面間隙，這就是導葉壓緊的實際意義。

產生壓緊行程的前提條件是在導葉關閉后，接力器活塞還沒有接觸到接力器缸蓋，還有一定的距離。在操作油壓繼續作用下，活塞經歷壓緊行程直到接觸到接力器缸蓋為止。

導葉壓緊試驗就是通過調整接力器活塞桿連接長度使壓緊行程滿足要求的過程。試驗過程中，首先通過試驗測量實際壓緊行程值，然后判斷壓緊行程值是否滿足設計要求。如果不滿足就需要通過調整接力器活塞桿的實際作用長度來改變壓緊行程值。壓緊行程一般參照標準GBT 8564-2003水輪發電機組安裝技術規范（見表1）要求。

表1 接力器壓緊行程值

接力器活塞桿與控制環連接板連接一般采用螺紋式連接方式，這樣就可以通過旋轉活塞桿的辦法來改變活塞桿作用長度。

綜上所述，導葉壓緊試驗就是通過某種方法測量出實際壓緊行程后判斷是否滿足標準要求，如不滿足要求通過旋轉活塞桿的方法調整接力器活塞桿作用長度改變壓緊行程直至滿足標準要求為止。

2 行業常規采用的試驗方法

導葉壓緊試驗通常在水輪機導水機構安裝完成進行。國內行業通常采用的方法如圖1所示，導葉在設計給定壓力下達到關閉位置，測量導葉活塞桿作用長度 L0，然后將接力器操作油壓泄壓后，再次測量活塞桿作用長度L1。導葉接力器的壓緊行程即為L1-L0，然后根據壓緊行程是否符合要求調整活塞桿作用長度。

圖1

這種試驗方法操作簡單方便，但設計給定的壓力往往較高對導葉操作機構可能會產生不利影響。另外導水機構的安裝一般不能保證雙接力器預留壓緊行程一致，再加上活塞桿回彈還需要一定的時間，這樣就會導致測量結果產生偏差。該方法對常規水輪機機組尚可以滿足要求。

3 適用于抽水蓄能機組試驗方法

試驗的前提條件是導葉在關閉位置，接力器在無操作油壓下所有導葉立面間隙均小于 0.1mm（以蒲石河電站為例），并且導葉偏心銷均可靠焊接牢固。

新試驗方法對比傳統方法主要區別是接力器實際壓緊行程測量方法的不同。新方法一般是在接力器適當位置架設百分表或者采用內徑千分尺逐點測量。接力器從零壓按照大致相同幅度升高壓力直到導葉承受最大壓力（阿爾斯通給定的壓力值低于國內通常給定值）。在壓力升高過程中，每升高一次壓力，記錄一次接力器活塞桿的作用長度。

具體升壓措施是通過調節油泵組合閥組安全閥泄壓值來實現。試驗前將安全閥泄壓值調到零，然后啟動油泵，組合閥處于完全卸荷狀態。試驗過程中通過手動升高安全閥泄壓值逐步升高接力器油壓。

理論上，在兩個接力器預留壓緊行程足夠大的情況下，兩個接力器壓緊行程與壓力對應特性曲線應是一致的。該曲線正好反映導水機構的剛度。在對合適壓緊行程值未知情況下，可以采用適當加大壓緊行程值的方法測量。從試驗得到的特性曲線上找到導葉承受最大壓力值對應的壓緊行程值。此壓緊行程值即為試驗目標值。

如圖2所示，在升壓過程中，接力器A活塞桿回縮向導葉關閉方向施加作用力，接力器B活塞桿伸出也向導葉關閉方向施加作用力。隨著接力器壓力的升高，接力器A活塞桿作用長度L0逐漸減小，、接力器B活塞桿作用長度L1逐漸增加。△a、△b分別是接力器A、B的回縮量和伸長量。α、β分別為接力器A、B壓緊行程量

圖2 接力器

以蒲石河抽水蓄能電站某臺機組導葉壓緊試驗過程詳細介紹該方法。根據設計要求導葉承受最大壓力約為2.0MPa，首次使接力器逐步升壓至2.0MPa左右，將接力器A、B活塞桿回縮量△a、伸出量△b按照壓力升高趨勢繪制如圖3曲線。

圖3 曲線圖

圖3表明，接力器A預留壓緊行程α小于2mm，接力器B預留壓緊行程β小于0.5mm。兩個接力器預留壓緊行程不一致，并均小于標準要求值。

此時就可以采用適當增加壓緊行程的方法測量該導葉操作機構剛度固有特性。

針對上述試驗結果，將接力器 A活塞桿旋出約8mm，接力器B活塞桿旋入8mm，這樣使接力器壓緊行程適當放大但都不會超過 10mm。再次將接力器從零壓升高到約2.0MPa左右，繪制出曲線如圖4所示。

圖4 曲線圖

圖4曲線就是導葉操作機構剛度固有特性曲線，當導葉承受最大壓力約為2.0MPa時，接力器壓緊行程約為3.8mm左右。為使壓緊行程值接近3.8mm，將接力器A、B壓緊行程值都減小4mm。因此將接力器B活塞桿旋出4mm，接力器A活塞桿旋入4mm。再次將接力器從零壓升高到約2.0MPa左右，繪制出曲線如圖5所示。

圖5 曲線圖

圖5表明接力器B壓緊行程已經滿足設計要求，而接力器A壓緊行程α=2+8-4=6＞3.8還需要調整。按照曲線趨勢將接力器A活塞桿再旋入3mm。重新進行試驗，繪制出曲線如圖6所示。

圖6 曲線圖

圖6表明接力器A、B壓緊行程基本相等，并且滿足設計要求。

以上即為采用新方法進行導葉壓緊試驗的整個過程，要想使兩個接力器壓緊行程保持一致，使控制環受力均勻，需要反復多次進行升壓、測量、調整等步驟。最重要的是接力器在整個試驗過程中，始終保持導葉承受壓力在可承受范圍之內，有效避免了導葉因承受過壓損壞的可能。

4 結論

經過在蒲石河電站各機組的調試過程反復驗證，新試驗方法完全可以科學準確的實現雙接力器的預留壓緊行程值一致和正確。該試驗方法過程科學嚴謹、理論性強、易于操作，不僅能在抽水蓄能電站機組調試過程中被廣泛應用，還可以推廣到常規混流式、軸流式機組的調試過程中。

[1] GB/T 8564-2003. 水輪發電機組安裝技術規范[S].北京: 中國標準出版社, 2004.

審稿人：高欣

The New Method for Distributer Prestressing Test in Pumped Storage Power Unit

WANG Jun1,2, XIE Zhiying1,2
(1. State Key Laboratory of Hydropower Equipment, Harbin 150040, China;2. Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)

The paper introduces the principle and significance of the hydraulic turbine distributer prestressing test in detail. Based upon that, the paper analyzes the limitations of the normal test methods, puts forward a new test method that applies to the pumped storage units, and describes the new test method.

pumped storage power unit; distributer prestressing; servo motor

TK730.7

A

1000-3983(2014)03-0068-03

2013-06-17

王俊（1981-），2004年畢業于內蒙古科技大學（原包頭鋼鐵學院），信息工程學院自動化專業，現從事水電站系統集成技術工作，工程師。