新工艺在贯流式机组导叶间隙调整的应用

潘大文

（陕西石泉水力发电厂，陕西 石泉725200）

1 概述

蜀河水电厂位于陕西省旬阳县境内的汉江干流上，坝址在旬阳县蜀河镇上游约1 km 处，距旬阳县城51 km，距上游在建的旬阳水电厂约55 km，距下游在建的白河夹河水电厂约96 km，是汉江上游梯级开发规划中的第6 个梯级电站。

蜀河枢纽工程的主要任务是发电，兼顾航运等，坝址处多年平均流量732 m3/s。正常蓄水位217.30 m，坝顶高程230 m，水库库容1.76 亿m3，厂房布置为厂顶溢流式，总装机容量276 MW（6×46 MW）贯流机组，年平均发电量9.53 亿kW·h，年利用小时3 530 h。

2 蜀河水电厂导水机构检修情况

3 号机组导水机构包括导叶内环、外环、导叶、控制环、导叶套筒、间距块、轴承压板、调整垫片等。在导叶上轴颈设有可自动调节轴心的自润滑球轴承。

3 号机组自2009 投运以来由于大部分导叶轴套漏水，需结合A 修进行处理，在2019 年A 修期间更换导叶上轴套密封时发现导叶套筒外径密封圈未安装，抽查4 个均出现这种情况，需要全部进行拆除检查处理。因此需将所有导叶的拐臂全部拆除，虽然导叶在外配水环用角铁定位焊接，和在偏心销处打有记号，但在不吊出导水机构的情况下，回装后难以恢复修前的状态，导叶立面间隙必定发生变化，因此必须进行重新的调整。此次调整工作量较大，为确保能按照工期节点顺利进行，经过查阅哈电图纸，分析导水机构的结构特点，研究制定了详细而具有科学性的调整方案。在3 号机A 修期间实施后表明，这种调整方法省时省力且效果良好。

3 贯流式机组导叶立面间隙调整的重要性

贯流式机组导水机构导叶为锥形，其安装和检修的难度较大，检修质量的好坏直接影响到机组的安全运行和电站的经济效益。若是导叶立面间隙较大会造成导叶漏水量较大，不但增加水力损失，还会造成机组停机困难，增大了在高转速提前投入风闸的风险，同时机组在低转速长时间运转，破坏各轴承运行中的油膜，严重威胁机组安全运行，同时也加大了导叶的空腔汽蚀。调整过小或不均会造成导水机构蹩劲和个别导叶受力不均等现象。因此导叶间隙调整的合理性对机组检修质量至关重要。

4 贯流式机组锥形导叶的特点

蜀河电厂导水机构的特点：

（1）16 个锥形导叶为结构件，双支点结构布置在内、外配水环之间，为空间扭曲结构，导叶的水力矩特性在全行程内具有自关闭趋势，其立面密封为刚性密封，在导叶头部和尾部密和面处均设有不锈钢材料，其尾部密和在叶片叶型的外缘。

（2）导叶立面间隙调整采用偏心销调整，有别于大部分立式机组常用的旋套连杆双联臂结构。

（3）导叶传动机构采用弹簧连接的保护方式，当导叶受异物卡阻时，弹簧弯曲连杆发生弯曲形变，避免异物处的导叶发生摆动。

（4）以导叶枢轴为中心，两翼锥形面不等距，其导叶枢轴中心到小头密封面的长度大于叶片枢轴中心到大头密封面的长度。

图1 导叶布置图

图2 扇形导叶图

5 贯流式机组导叶立面间隙调整的新工艺的特点

5.1 传统的立面间隙调整方法

（1）捆绑法。在机组检修过程中发现多个导叶立面间隙不合格时，常采用捆绑法，将导叶拐臂拔出，导叶不受外力控制，处于自由状态，用钢丝绳在导叶中部捆一圈半，将导叶关闭，同时用导链拉钢丝绳，在拉紧过程中，用大锤锤击导叶，使其受力均匀，关闭紧密。此种方法适用于立式机组导叶立面间隙的调整，不适于贯流式导叶间隙调整，因为贯流式机组导叶为锥形，有钢丝绳捆绑无法定位捆绑锥形面受力中心点，同时由于贯流式机组导叶为空间立面布置，钢丝绳松开后易造成各方位的导叶所受约束力不均匀，导叶动作几次后，约束力释放，易出现个别导叶立面间隙产生变化的现象。

（2）补焊导叶立面的方法。当个别导叶立面间隙较大，且其长度已超过总长度的25%，可用补焊的方法，用小电流在导叶密封面处补焊一层不锈钢，并用砂轮按导叶截面叶型进行修磨。此种方法操作简单，省时省力，但容易造成导叶开度不均匀，造成水流轴对称流动被破坏，引起水轮机振动增大。

（3）调整个别导叶的方法。当只有个别导叶的立面间隙在1 mm 左右时，可将其间隙均分在其前后的几个导叶上，关闭时，将间隙压至合格。缺点：个别导叶会出现受力不均，产生蹩劲现象，运转一定周期后，新的间隙会产生。

5.2 贯流式机组导叶立面间隙调整的新工艺方法

贯流式机组导叶立面间隙调整的新工艺的特点及理论依据：数字化、表格化、精准化，根据贯流式机组导叶叶片的结构特点，可以得出其导叶在开启和关闭过程中的规律特点：

（1）导叶在开启和关闭过程中，其导叶大头密封线上的任意一点其运动的距离小于其小头密封线上任意一点运动的距离。而且叶片大头和小头运动距离成一定比例关系β=L大/L小=300/500=0.6。

（2）当导叶开启或关闭过程中，相邻2 片导叶当一个导叶大头向一个方向转动时，相邻另一个导叶小头向相反的方向转动，在任何一个开度下，这两个导叶的大头、小头所转动的空间运动轨迹呈一定比例关系，其叶片密封面为小头的导叶转动轨迹的距离为其大头导叶的β倍。根据其导叶运动特点可知β＞1。因此在贯流式机组导叶立面间隙调整时，导叶立面间隙依次分配下去将形成导叶立面运动轨迹等比例收敛的特点。因此根据等比例原理证明导叶立面间隙调整只要按照合理的顺序进行调整，最终可以将导叶立面间隙消除并使其间隙达到标准要求。

（3）因为导叶总个数为16 个，站在上游侧按逆时针方向编号，假设1 号、2 号导叶存在间隙，其余导叶间隙均合格，因此想要继续关闭导叶1 号、2 号是不可能的了，此时打开导叶3 号，关闭导叶2 号，使其1 号、2 号导叶立面间隙符合要求，然后打开4 号导叶，关闭3 号导叶，使其与2 号导叶的立面间隙符合要求，然后打开5 号导叶，关闭4 号导叶，依次调整下去，测量最后两个导叶间的立面间隙，用类似的方法依次进行调整，直到所有的导叶立面间隙符合设计要求。

图3 导叶翼型图

6 新工艺的具体实施方法和步骤

（1）将所有导叶调整到全关位置，确认控制环上的全关标记必须与外配水环上的全关标记重合，同时内外配水环法兰的水平及相互间的距离必须满足设计要求，另外内外配水环的同心度偏差也必须满足设计要求。

（2）接力器锁锭投入，在导叶处和导水机构处搭设脚手架，测量所有导叶立面间隙的分布情况，将其数据依次记录。数值如表1。

（3）数据分析制定精确调整导叶方案：调整方案原则是在上游侧按逆时针（间隙逐级递减的原则）的方向逐个依次调整，通过关闭叶片将多个叶片立面间隙集中到某2 个导叶之间。根据实测数据可以看出有6 处导叶立面间隙存在超标，可通过调节偏心销来调整立面间隙。先将5 号导叶关闭0.15 mm，8 号导叶关闭0.3 mm，16 号导叶关闭0.45 mm，这样导叶立面间隙也就集中在4 →5 间隙为0.85 mm，8 →9 间隙为0.2 mm，16 →1 间隙为0.25 mm。

表1 导叶立面间隙 单位：0.01 mm

（4）8 →9 间隙调整：先打开7 号导叶（顺时针转1 个值），然后打开5 号导叶（顺时针转1 个值），逆时针转动6 号导叶，顺时针转动3 号导叶，逆时针转动4 号导叶，依此类推。具体旋转数值通过下式算出，An=（-k）n-1A1，k-为传动系数，+为关闭，-为开启。然后将计算的数值填入表2 中。

表2 间隙调整表 单位：0.01 mm

（5）调整顺序遵循先负后正，即先打开开启方向的导叶，再调节关闭方向导叶的原则。导叶间隙很快被消除，所有导叶间隙完全关闭。导叶间隙调整完毕后将导叶臂上偏心销锁紧，并复测导叶立面间隙值。最后进行导叶压紧行程的测量和调整。

7 结论

通过蜀河水电厂3 号机组A 修中导叶立面间隙调整新工艺的应用，验证了新工艺采取的表格化、数字化、精准化的调整方案省时省力，操作可靠，且科学可行，同时调整思路清晰，程序简单，有利于机组检修期间的工期、质量控制，提高了检修效率和质量。其调整新工艺的应用可供兄弟单位根据各自电厂导水机构参数特点，确定收敛比和具体的调整方向，用此新工艺进行调整。