基于水輪機導葉漏水量簡易測定方法的探討

趙 輝，儲百生，陳 林

（雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610051）

基于水輪機導葉漏水量簡易測定方法的探討

趙 輝，儲百生，陳 林

（雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610051）

導葉漏水量是評定中高水頭大型水輪發電機制造、安裝和檢修質量的重要指標。以某大型電站為案例，通過進水口閘門前、后水位變化對導葉漏水量進行測定與驗證，本測定方法簡單實用，具有較高的實用價值。

導葉漏水量；水位；測定；實用

0 引言

導葉漏水量是評定中高水頭大型水輪發電機制造、安裝和檢修質量的重要指標。導水機構封水不嚴密，不但會增加漏水量，而且會加劇間隙空蝕破壞，導葉關閉后漏水嚴重時，甚至可能造成機組無法停機。通過導葉漏水量測試了解機組狀態，提供基礎數據資料，為機組穩定經濟運行和提供檢修質量提供技術依據。

導葉漏水量指標應用在水輪發電機組檢修前測量導葉在關閉狀態下的漏水量，以便評定其檢修工作量。檢修后通過測量導葉漏水量以檢查水輪機檢修質量。同時，也便于確定機組在停機工況下的耗水量。

下面通過對進水口閘門前、后水位變化來測定導葉漏水量方法的介紹，總結探討測量方法的技術要點。

1 原理介紹

導葉漏水量測定是在壓力鋼管充滿水、被測機組進水閘門和導葉處于關閉狀態下，采用標準壓力表（變送器）測量進水口閘門的水位變化，繼而可得鋼管內水位垂直變化。將工作閘門和導葉間水體看作一個整體，其變化來自于導葉漏水量QD和閘門進水量QM。一般地，大型水電站的進水口閘門均設置有充水閥，通過充水閥在閘門提門前對壓力鋼管進行充水，實現對閘門靜水平壓提門。當機組的壓力鋼管通過充水閥充水完畢后，出現導葉漏水量QD和閘門進水量QM相等情形，此時閘門后水位不再發生變化，與閘門前水位有一偏差值，通過測定水位偏差值。可計算出水輪機的導葉漏水量QD。

2 閘門進水量QM計算

進水口閘門在關閉狀態下，對機組壓力鋼管充水時，閘門進水量QM為閘門關閉嚴密的漏水量QL與充水閥的充水量QC之和。閘門關閉嚴密的漏水量QL的流量較小，在機組檢修期進入壓力鋼管后，通過觀察測量可得到數據。一般地，在機組壓力鋼管充水后，漏水量QL不大，可忽略不計。

充水閥的充水量QC通過流量計算公式QC=μ·為流量；μ為流量系數，μ取0.62；A為孔口斷面面積；△Z為孔口以上水頭）可以算出。△Z通過讀取閘門前后水位的差值可得出。

3 案例應用

3.1 案例電站

某水電站裝機4臺600 MW混流式機組，水輪機參數如表1所示。

表1 案例電站水輪機基本技術參數

3.2 導葉漏水量計算

在2號機組導葉關閉狀態下，通過快速事故閘門上的充水閥對機組壓力鋼管充水，充水到快速事故閘門的門后水位持續0.5 h以上不再發生變化時，檢查快速事故閘門的門前、門后水位差值為0.8 m。已知充水閥的直徑D為600 mm，在0.8 m的水位差下，通過流量計算公式，可得：

4 采用通氣孔法驗證

4.1 通氣孔法測試導葉漏水量原理

通氣孔測量導葉漏水量QD基于兩個因素，一是利用通氣孔作為水位下降的測量段，二是測試時確定進口閘門的關閉時間，漏水量計算以這一時刻作為時間基準。在進口閘門關閉的時刻，閘門上下游壓力相同，通過閘門的漏水量近于零。利用測試曲線進行計算，將H對t微分，可得出閘門關閉時刻通氣管水位下降的速率，進而得到水體變化速率，由于閘門漏水量近于零，此水體變化速率即為導葉漏水量QD。

導葉漏水量可以通過快速事故工作閘門后的通氣孔水位變化測量求得，通氣孔的形狀為下喇叭口結構，在上游水位為1 322.7 m時，水面頂部端面為1.176 m×6.600 m矩形斷面，底部斷面為1.500 m× 6.600 m矩形斷面，平均段面面積為F=1.338m×6.600m =8.8308 m2，測量原理示意圖如圖1所示。

圖1 通氣孔測量漏水量原理示意圖

4.2 導葉漏水量QD計算［1］

對試驗數據進行擬合，可得導葉前后壓力水頭H與時間t的變化關系式為：

H=0.00003 t2-0.0764t+113.46

則a=0.00003，b=-0.0764，c=113.46

擬合關系相關系數為R2=0.9999，回歸精度較高（實驗數據趨勢見圖2）。

由Q1=F×（b2+4aH-4ac）0.5可得：

圖2 通氣孔法測量實驗數據趨勢圖

Q1=8.8308×（0.00583696+0.00012H-0.0136152）0.5因試驗時，閘門全關，充水閥關閉，漏水量非常小，可以忽略不計，即Q2=0。所以，可以求得導葉漏水量：Q=Q1=8.8308×（0.00583696+0.00012H-0.0136152）0.5

機組額定水頭為115 m，帶入上式可得導葉漏水量為：Q=0.6853 m3/s。

4.3 導葉漏水量測量方法的比較

采用通氣孔法測算的水輪機導葉漏水率為0.6853 m3/s，與通過進水口閘門的前、后水位變化來進行測定導葉漏水量的數據具有一致性。在實際應用中，為保證測量的重要性，可以同時采用以上兩種方法，進行驗證。但通過進水口閘門前、后水位的測量方法，方便實用，不失準確性，而且快捷。

5 總結

采用通過進水口閘門的前、后水位變化來進行測定水輪機組導葉漏水量的電站需要具備以下條件：1）水電站機組采用單元布置方式，一根引水管道供應1臺水輪發電機組；2）水電站基礎設施中，進水口閘門具備充水閥結構；3）能準確測量進水口閘門的前后水位值，可以通過傳感器進行，也可以現場通過臨時性的水位測量元件，如超聲波距離測量儀。

6 結語

一般地，導葉漏水量是大型水輪發電機的現場考核性試驗。尤其是在機組運行一段時間后，對機組進行導葉漏水量測試，可以了解水輪機的運行狀態，為機組的運行與檢修進行指導［2］。本文中提供的測定方法簡單實用，且不失準確性，具有較高的實用價值，為同類水力發電廠進行水輪機導葉漏水量的測定提供參考。

［1］四川省電力工業調整試驗所.2號機組導葉漏水量測試報告［R］，2013.

［2］GB/T15468-2006水輪機基本技術條件［S］.

TV738

B

1672-5387（2016）10-0009-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.10.003

2016-07-19

趙 輝（1983-），男，工程師，從事水電廠自動化方面的技術應用及檢修工作。