混流式水輪機(jī)導(dǎo)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(jī)導(dǎo)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(jī)導(dǎo)葉漏水不僅造成水資源的浪費(fèi)，同時(shí)對機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行均造成影響。寶珠寺在機(jī)組解體大修過程中，檢修人員對活動(dòng)導(dǎo)葉進(jìn)行了補(bǔ)焊、打磨處理以及線型修復(fù)，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(dǎo)葉套筒密封以及壓墊環(huán)進(jìn)行了處理和更換。機(jī)組檢修后，用容積法對該機(jī)組導(dǎo)葉漏水量進(jìn)行了測量，導(dǎo)葉漏水量由0.75 m3/s降低到0.408 m3/s，按照機(jī)組年均停機(jī)時(shí)間計(jì)算，全年可增發(fā)電量140萬千瓦時(shí)，基本達(dá)到了項(xiàng)目預(yù)期。

水輪機(jī)；導(dǎo)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(jī)容量為175 MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量700 MW，1996年12月首臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，電站具有不完全年調(diào)節(jié)能力，擔(dān)負(fù)著四川電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻和事故備用的任務(wù)。

水輪機(jī)主要性能特性及技術(shù)參數(shù)如下：

型號：HLD89-LJ-500

設(shè)計(jì)水頭：84.4 m

最低水頭：68.5 m

最高水頭：103 m

設(shè)計(jì)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(jī)軸向水推力：8044 kN

吸出高度：-3 m

水輪發(fā)電機(jī)由東方電機(jī)股份有限公司設(shè)計(jì)、制造，過去由于導(dǎo)水機(jī)構(gòu)制造受設(shè)計(jì)、工藝、材料和生產(chǎn)能力的局限以及機(jī)組長時(shí)間不良工況下運(yùn)行等因素影響，設(shè)備老化問題日趨嚴(yán)重，尤其是機(jī)組導(dǎo)葉漏水量逐年增大，機(jī)組經(jīng)常出現(xiàn)蠕動(dòng)問題，嚴(yán)重影響機(jī)組安全，因此有必要對機(jī)組的導(dǎo)葉漏水問題進(jìn)行處理。

2 導(dǎo)葉漏水量測量

導(dǎo)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(guān)閉進(jìn)口閥門的情況下，通過測量鋼管壓力在一定時(shí)間內(nèi)的變化情況，然后根據(jù)已知管道的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，從而求得導(dǎo)葉的漏水量。國家規(guī)范：GB/T 15468-2006 水輪機(jī)基本技術(shù)條件5.7.1條規(guī)定，在額定水頭下，圓柱式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)漏水量不應(yīng)大于水輪機(jī)額定流量的3‰。我廠標(biāo)準(zhǔn)限值：0.717 m3/s。

測點(diǎn)主要為導(dǎo)葉進(jìn)口處的壓力測量點(diǎn)，以及試驗(yàn)開始和結(jié)束的時(shí)間。根據(jù)上述的測量原理和測點(diǎn)布置情況，通過計(jì)算可以求得導(dǎo)葉漏水量，計(jì)算公式如下：(m3/s)

式中Q為導(dǎo)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(shí)刻測量處壓力；P2為結(jié)束時(shí)刻測量處壓力；t1為初始時(shí)刻的時(shí)間；t2為結(jié)束時(shí)刻的時(shí)間。

按照容積法對14F機(jī)組導(dǎo)葉漏水量進(jìn)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(jì)算，該機(jī)組導(dǎo)葉漏水量達(dá)到0.75 m3/s，已超過標(biāo)準(zhǔn)限值。

3 導(dǎo)葉漏水產(chǎn)生的危害

導(dǎo)葉漏水量是評判高、中水頭水輪機(jī)安裝和檢修質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一。機(jī)組停機(jī)備用期間，水輪機(jī)導(dǎo)葉漏水不僅浪費(fèi)水能資源，過大的漏水量還將影響機(jī)組的正常操作，造成設(shè)備損壞，具體表現(xiàn)如下：

3.1 水資源的浪費(fèi)

受水庫來水減少及電網(wǎng)裝機(jī)容量逐年增加等因素影響，機(jī)組停機(jī)備用時(shí)間已達(dá)到5 000小時(shí)以上，按照處理前的漏水情況進(jìn)行計(jì)算，全年4臺機(jī)組損失的電量達(dá)到1 000萬千瓦時(shí)。

3.2 加快導(dǎo)葉及過流部件氣蝕

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

3.3 影響停機(jī)甚至燒瓦

機(jī)組停機(jī)時(shí)，過大的間隙造成的漏水會有很大的射流速度，特別是制動(dòng)氣壓壓力較低或制動(dòng)閘塊磨損較嚴(yán)重的情況下，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件將長時(shí)間低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，影響機(jī)組正常停機(jī)，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(dǎo)葉立面間隙過大

修前數(shù)據(jù)中，大部分導(dǎo)葉立面間隙較大，且部分間隙長度已超過導(dǎo)葉總長度的25%。利用機(jī)組解體檢修機(jī)會，對導(dǎo)葉大小頭立面止水面進(jìn)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(shù)要求的前提下，對接力器壓緊行程(5-7 mm)按上限進(jìn)行調(diào)整。

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

4.2 導(dǎo)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(bǔ)焊打磨處理，現(xiàn)底環(huán)抗磨板表面存在不平整現(xiàn)象，嚴(yán)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(bǔ)償加工量，同時(shí)對導(dǎo)葉下端面間隙進(jìn)行補(bǔ)償；端面間隙調(diào)整時(shí)按廠家設(shè)計(jì)下限選定，端面間隙按設(shè)計(jì)圖紙要求(0.25-0.60 mm)的下限值調(diào)整，同時(shí)對影響端面間隙的導(dǎo)葉進(jìn)行打磨，預(yù)裝，對套筒下部壓墊環(huán)進(jìn)行了整體更換。

底環(huán)組裝好后進(jìn)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(shù)規(guī)范要求，端面間隙偏差較小。

圖1 底環(huán)導(dǎo)葉端面密封裝配圖

4.3 導(dǎo)葉軸頸密封損壞

導(dǎo)葉軸頸密封主要是防止蝸殼中的水進(jìn)入頂蓋和防止水中的泥沙進(jìn)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(yùn)行過程中極易損壞，從而引起導(dǎo)葉套筒漏水。在檢修過程中主要從兩方面進(jìn)行控制，一是O型密封材料的選擇，二是密封件及導(dǎo)水部件安裝質(zhì)量的控制。

4.4 機(jī)組運(yùn)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(jī)開停次數(shù)為60次左右，負(fù)荷調(diào)整次數(shù)上百次，機(jī)組穿越振動(dòng)區(qū)頻繁，水輪機(jī)過流部件氣蝕嚴(yán)重。通過優(yōu)化發(fā)電計(jì)劃、當(dāng)值人員與調(diào)度人員溝通等方式，使機(jī)組盡量在高效、穩(wěn)定區(qū)域運(yùn)行，最大限度地降低不良工況對機(jī)組的損傷。

5 結(jié) 語

混流式水輪機(jī)導(dǎo)葉漏水受導(dǎo)水部件設(shè)計(jì)、材料、制造以及導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝、機(jī)組運(yùn)行工況等諸多方面因素影響，是水電站常見的問題。水輪機(jī)導(dǎo)葉漏水不僅造成水資源的浪費(fèi)，同時(shí)對機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行均造成影響。寶珠寺在機(jī)組解體大修過程中，檢修人員對活動(dòng)導(dǎo)葉進(jìn)行了補(bǔ)焊、打磨處理以及線型修復(fù)，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(dǎo)葉套筒密封以及壓墊環(huán)進(jìn)行了處理和更換。機(jī)組檢修后，用容積法對該機(jī)組導(dǎo)葉漏水量進(jìn)行了測量，導(dǎo)葉漏水量由0.75 m3/s降低到0.408 m3/s，按照機(jī)組年均停機(jī)時(shí)間計(jì)算，全年可增發(fā)電量140萬千瓦時(shí)，基本達(dá)到了項(xiàng)目預(yù)期。

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

[2] 張誠、陳國慶.水輪發(fā)電機(jī)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(xué)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)(水動(dòng)方向)，助理工程師，寶珠寺水力發(fā)電廠從事運(yùn)行技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯卓政昌)