介绍一种应用于水轮机导叶压紧试验的新方法

王 俊，解植莹

（1. 水力发电设备国家重点实验室，哈尔滨 150040；2. 哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040）

介绍一种应用于水轮机导叶压紧试验的新方法

王 俊1,2，解植莹1,2

（1. 水力发电设备国家重点实验室，哈尔滨 150040；2. 哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040）

本文在详细介绍水轮机导叶压紧试验原理和意义的基础上，分析了行业常用试验方法的使用局限性，提出一种适用于抽水蓄能机组的新试验方法，并对该试验方法进行详细说明。

抽水蓄能机组；导叶压紧；接力器

0 前言

常规水电站水轮发电机组在停机状态，导叶漏水量过大会引起大轴蠕动，进而对轴承产生损害。抽水蓄能电站机组在停机状态，因进出水主阀处于关闭状态，不会产生导叶漏水。但是在启动过程中，导叶漏水量过大会对进出水主阀开启产生不利影响，甚至导致机组启动失败。

导叶漏水量主要是由导叶制造精度和安装等因素导致立面间隙过大造成的。解决措施是使导叶接力器通过预留适当的压紧行程使导叶承受一定的压紧力，从而使导叶立面间隙尽量减小达到减小导叶漏水量的目的。

抽水蓄能机组不仅对启机过程中导叶漏水量提出要求，还要求在水泵工况启动以及调相工况运行期间导叶间隙尽可能的小。抽水蓄能机组在水泵工况启动和调相工况运行期间，转轮在空气中转动。此时如果导叶立面间隙较大不仅会导致过多的空气进入蜗壳，加重压缩空气系统的负担，还会因大量的导叶漏水在转轮边缘产生较厚的水环致使机组吸收更多的有功功率给调相工况带来不利的影响。

本文以蒲石河抽水蓄能电站为例介绍阿尔斯通公司应用于导叶压紧试验的方法。通过与国内传统方法的对比证明该方法更具科学合理性。该方法不仅适用于抽水蓄能机组，还可以推广到常规混流式、轴流式等机组。

1 导叶压紧试验原理

导叶操作机构由导叶、控制环、接力器及其相互连接部件构成。导叶的开关动作是由接力器操作控制环将接力器活塞杆的直线位移转换成角度位移实现的。

详细分析导叶从全开到全关过程，首先是接力器在操作油压作用下“吃掉”的操作机构自由间隙，然后是导叶从全开到全关过程，最后是使导叶操作机构在一定压力下产生弹性形变的压紧过程。压紧过程中的弹性形变减小了因安装或者制造精度等误差形成的立面间隙，这就是导叶压紧的实际意义。

产生压紧行程的前提条件是在导叶关闭后，接力器活塞还没有接触到接力器缸盖，还有一定的距离。在操作油压继续作用下，活塞经历压紧行程直到接触到接力器缸盖为止。

导叶压紧试验就是通过调整接力器活塞杆连接长度使压紧行程满足要求的过程。试验过程中，首先通过试验测量实际压紧行程值，然后判断压紧行程值是否满足设计要求。如果不满足就需要通过调整接力器活塞杆的实际作用长度来改变压紧行程值。压紧行程一般参照标准GBT 8564-2003水轮发电机组安装技术规范（见表1）要求。

表1 接力器压紧行程值

接力器活塞杆与控制环连接板连接一般采用螺纹式连接方式，这样就可以通过旋转活塞杆的办法来改变活塞杆作用长度。

综上所述，导叶压紧试验就是通过某种方法测量出实际压紧行程后判断是否满足标准要求，如不满足要求通过旋转活塞杆的方法调整接力器活塞杆作用长度改变压紧行程直至满足标准要求为止。

2 行业常规采用的试验方法

导叶压紧试验通常在水轮机导水机构安装完成进行。国内行业通常采用的方法如图1所示，导叶在设计给定压力下达到关闭位置，测量导叶活塞杆作用长度 L0，然后将接力器操作油压泄压后，再次测量活塞杆作用长度L1。导叶接力器的压紧行程即为L1-L0，然后根据压紧行程是否符合要求调整活塞杆作用长度。

图1

这种试验方法操作简单方便，但设计给定的压力往往较高对导叶操作机构可能会产生不利影响。另外导水机构的安装一般不能保证双接力器预留压紧行程一致，再加上活塞杆回弹还需要一定的时间，这样就会导致测量结果产生偏差。该方法对常规水轮机机组尚可以满足要求。

3 适用于抽水蓄能机组试验方法

试验的前提条件是导叶在关闭位置，接力器在无操作油压下所有导叶立面间隙均小于 0.1mm（以蒲石河电站为例），并且导叶偏心销均可靠焊接牢固。

新试验方法对比传统方法主要区别是接力器实际压紧行程测量方法的不同。新方法一般是在接力器适当位置架设百分表或者采用内径千分尺逐点测量。接力器从零压按照大致相同幅度升高压力直到导叶承受最大压力（阿尔斯通给定的压力值低于国内通常给定值）。在压力升高过程中，每升高一次压力，记录一次接力器活塞杆的作用长度。

具体升压措施是通过调节油泵组合阀组安全阀泄压值来实现。试验前将安全阀泄压值调到零，然后启动油泵，组合阀处于完全卸荷状态。试验过程中通过手动升高安全阀泄压值逐步升高接力器油压。

理论上，在两个接力器预留压紧行程足够大的情况下，两个接力器压紧行程与压力对应特性曲线应是一致的。该曲线正好反映导水机构的刚度。在对合适压紧行程值未知情况下，可以采用适当加大压紧行程值的方法测量。从试验得到的特性曲线上找到导叶承受最大压力值对应的压紧行程值。此压紧行程值即为试验目标值。

如图2所示，在升压过程中，接力器A活塞杆回缩向导叶关闭方向施加作用力，接力器B活塞杆伸出也向导叶关闭方向施加作用力。随着接力器压力的升高，接力器A活塞杆作用长度L0逐渐减小，、接力器B活塞杆作用长度L1逐渐增加。△a、△b分别是接力器A、B的回缩量和伸长量。α、β分别为接力器A、B压紧行程量

图2 接力器

以蒲石河抽水蓄能电站某台机组导叶压紧试验过程详细介绍该方法。根据设计要求导叶承受最大压力约为2.0MPa，首次使接力器逐步升压至2.0MPa左右，将接力器A、B活塞杆回缩量△a、伸出量△b按照压力升高趋势绘制如图3曲线。

图3 曲线图

图3表明，接力器A预留压紧行程α小于2mm，接力器B预留压紧行程β小于0.5mm。两个接力器预留压紧行程不一致，并均小于标准要求值。

此时就可以采用适当增加压紧行程的方法测量该导叶操作机构刚度固有特性。

针对上述试验结果，将接力器 A活塞杆旋出约8mm，接力器B活塞杆旋入8mm，这样使接力器压紧行程适当放大但都不会超过 10mm。再次将接力器从零压升高到约2.0MPa左右，绘制出曲线如图4所示。

图4 曲线图

图4曲线就是导叶操作机构刚度固有特性曲线，当导叶承受最大压力约为2.0MPa时，接力器压紧行程约为3.8mm左右。为使压紧行程值接近3.8mm，将接力器A、B压紧行程值都减小4mm。因此将接力器B活塞杆旋出4mm，接力器A活塞杆旋入4mm。再次将接力器从零压升高到约2.0MPa左右，绘制出曲线如图5所示。

图5 曲线图

图5表明接力器B压紧行程已经满足设计要求，而接力器A压紧行程α=2+8-4=6＞3.8还需要调整。按照曲线趋势将接力器A活塞杆再旋入3mm。重新进行试验，绘制出曲线如图6所示。

图6 曲线图

图6表明接力器A、B压紧行程基本相等，并且满足设计要求。

以上即为采用新方法进行导叶压紧试验的整个过程，要想使两个接力器压紧行程保持一致，使控制环受力均匀，需要反复多次进行升压、测量、调整等步骤。最重要的是接力器在整个试验过程中，始终保持导叶承受压力在可承受范围之内，有效避免了导叶因承受过压损坏的可能。

4 结论

经过在蒲石河电站各机组的调试过程反复验证，新试验方法完全可以科学准确的实现双接力器的预留压紧行程值一致和正确。该试验方法过程科学严谨、理论性强、易于操作，不仅能在抽水蓄能电站机组调试过程中被广泛应用，还可以推广到常规混流式、轴流式机组的调试过程中。

[1] GB/T 8564-2003. 水轮发电机组安装技术规范[S].北京: 中国标准出版社, 2004.

审稿人：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年毕业于内蒙古科技大学（原包头钢铁学院），信息工程学院自动化专业，现从事水电站系统集成技术工作，工程师。