轴流转桨式水轮机产生抬机的原因及防止方法

周洪斌

摘要：轴流转桨式水轮机在日常的工作中会容易产生抬机的问题，产生这种问题背后的原因比较复杂，有外界水流环境的影响。同时，也有水轮机内部结构设计上的原因，同时制造水轮机所采用的材料不达标就会就会在剧烈撞击下，而受到损坏。因此当发生抬机问题时，就会影响水轮机的正常工作，水轮机维护人员要从抬机具体问题的根本原因出发，寻找可以解决根本原因的措施，从而解决这种抬机问题，文章从实证研究方面，对抬机的具体问题进行分析和研究。

关键词：轴流转桨式水轮机;抬机;原因

在轴流转桨式水轮机的设计工作，由于其内部结构比较特殊，设计原理比较复杂，水泵所产生的真空压会导致抬机问题的产生。当抬机问题发生时，整个水轮机内部的震动就会使水轮机的密封出现撕裂，也会导致水轮机内部的轮叶破损。水轮机产生抬机问题时，机体内部的反水锤会碰撞水轮机的轮叶，会损伤轮叶，进而给发电站带来一定的问题，破损严重的话，可能会导致整个水利发电站停运，严重影响发电站的正常运行和安全。

一、水轮机机组的概况

文章研究了长江某水力发电站的水轮机运行情况，作为本次实证研究的对象。水利发电站的发电机组每台机组的容量是100MW，各个机组的总装机容量是600 MW。机组都选用lh-700的轴流转桨式水轮机来作为水电站发电机的核心。发电站可以调节长江河流中的洪峰，同时也可以通过调节发电机组的生产效率来平衡电网。在机组的运行的十年内，一共发生了20次抬机问题，在每次发生抬机时都会导致机组停运。多数抬机都会导致水轮机的叶片产生损伤，进而导致机组产生嚴重的故障，工作人员发现抬机问题时就会及时的关停水轮机，进而保护整个设备的安全^[1]。

二、机组的运行情况

（一）正常发电情况

当水轮机的发电机与整个电网连接时，就会启动水轮机，开始正常的发电，水力发电的基本原理是通过水的重力差，来实现发电的功能，水从高处流往地处流动，这时会产生一定的动能。水流会打击水轮机的叶片，进而促使轮叶开始运动，从而带动水轮机的转轴来产生电。

（二）停机的情况

当关闭发电机组时，发电机组会由正常的发电状态转换成导叶状态，在逐步关闭全部发电机组。经过一段时间，整个水轮机就完全实现停摆，以此来实现发电机组的停机。根据发电机组的设计图纸，当发电机导叶整体的开度会从100%降至30%，这样就会将水轮机的轮叶与导叶相分离，最后轮叶停止运动，就会将其开度降至为0。当发电机组实现完全停机后，水轮机的轮叶就会开启一定的角度，进而可以为下一次开机做好准备工作^[2]。

（三）发电机的空载运作情况

当发电机组从正常的发电状态转变为导叶时，导叶的开度会达到10%～12%，工作人员要维持发电机组的开度水平，保持水轮机的转速处于一个恒定的状态，逐步维持导叶稳定运行，最后实现机组的空载运作。

三、开机的原因

水轮机的轮叶有部分会与河流中的水保持紧密的联系，水轮机的轮叶也有部分会与下游的水流保持联系，整个轮机在正常工作时都会处于水体中。水轮机的周围都充满水体后，发电机就会正常工作，不会产生抬机的问题。由于水不能够实现压缩，当导叶被关闭以后，水轮机上方的水体就会停留于顶盖和轮叶之间，进而导致部分轮叶上方失去水体。当轮叶上方的水体不能够被及时补充时，轮叶部分空间会处于真空状态，由于内外部气压差的作用，就会将轮叶压上来，进而产生抬机的问题。处于正常工作的发电机组转换成导叶状态时，工作人员需要关闭机组。在发电机组导叶的运行过程中，迅速的关闭导叶，会导致水轮机内部水流与上游的水体隔断，而形成压力差，就会致使轮叶被抬出。当发电机组的整个导叶被关闭时，发电机就会与电网断开，这时就会让水轮机会丧失动力。在惯性的作用下，水轮机还会继续运转，同时将整个水轮机内部的水流排除。整个水轮机完全停止转动之后，由于是轮机室会形成一个真空，外部的水流就会迅速回流，进而形成一个反水锤，这个反水锤会打击水轮机的轮叶，可能会造成轮叶的损伤。

四、防止抬机的措施

轴流转桨式水泵中会形成一定的压力差和流量，当水泵的转速处于一定的状态下，水泵的流量越大，整个泵体会产生较低的压力。反过来可以看出，当水泵内部的流量很小时，整个泵体提供的压力就会很小。这样保持整个水泵水体流量恒定的情况下，提高水泵的轮叶转速，就会增加内部水流的压力。当降低水泵内轮叶的转速时，就会降低水泵内部水压。

将水轮机的水泵流量减小，可以降低水轮机的压力，进而将轮机内部的水排出到外部，致使轮机室内部形成一定的真空状态，最后需要解除发电机与水轮机之间的联系，来关闭导叶。同时，在将水轮机的轮叶向反方向开启一段时间。

水利发电站的技术人员过去只要将导叶快速的关掉，就可以实现水轮机中轮叶与导叶相脱离，以此会在水轮机轮室内部形成一个真空，这个真空就是导致抬机的根本原因。在实际中，只需要将发电机组的导叶关闭，就可以实现降低水轮机抬机问题的发生。在关闭导叶时，要解决轮机室内部的排水问题，进而才能实现导叶的顺利脱离，这样就会有效的避免机室内部的真空，减少反水锤对轮叶的冲撞和打击。

五、结束语

水利发电站要组织工作人员定期对水轮机的正常运行情况进行检查，通过调整个水轮机运行的状态，来减少抬机的问题，并根据实际抬机的具体原因来制定合理的对策，以有效地避免抬机问题的产生，保证发电站的正常发电工作。

参考文献：

[1]任尚洁，刘思靓.大型轴流转桨式水轮机桨叶操作机构有限元联合分析[J].华电技术，2019，41（01）：22-25+31.

[2]林家洋.轴流转桨式水轮机桨叶开度测量技术研究及应用[J].水力发电，2019，45（02）：99-101.