王 俊，解植瑩

（1. 水力發(fā)電設(shè)備國家重點實驗室，哈爾濱 150040；2. 哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

介紹一種應(yīng)用于水輪機(jī)導(dǎo)葉壓緊試驗的新方法

王 俊1,2，解植瑩1,2

（1. 水力發(fā)電設(shè)備國家重點實驗室，哈爾濱 150040；2. 哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

本文在詳細(xì)介紹水輪機(jī)導(dǎo)葉壓緊試驗原理和意義的基礎(chǔ)上，分析了行業(yè)常用試驗方法的使用局限性，提出一種適用于抽水蓄能機(jī)組的新試驗方法，并對該試驗方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

抽水蓄能機(jī)組；導(dǎo)葉壓緊；接力器

0 前言

常規(guī)水電站水輪發(fā)電機(jī)組在停機(jī)狀態(tài)，導(dǎo)葉漏水量過大會引起大軸蠕動，進(jìn)而對軸承產(chǎn)生損害。抽水蓄能電站機(jī)組在停機(jī)狀態(tài)，因進(jìn)出水主閥處于關(guān)閉狀態(tài)，不會產(chǎn)生導(dǎo)葉漏水。但是在啟動過程中，導(dǎo)葉漏水量過大會對進(jìn)出水主閥開啟產(chǎn)生不利影響，甚至導(dǎo)致機(jī)組啟動失敗。

導(dǎo)葉漏水量主要是由導(dǎo)葉制造精度和安裝等因素導(dǎo)致立面間隙過大造成的。解決措施是使導(dǎo)葉接力器通過預(yù)留適當(dāng)?shù)膲壕o行程使導(dǎo)葉承受一定的壓緊力，從而使導(dǎo)葉立面間隙盡量減小達(dá)到減小導(dǎo)葉漏水量的目的。

抽水蓄能機(jī)組不僅對啟機(jī)過程中導(dǎo)葉漏水量提出要求，還要求在水泵工況啟動以及調(diào)相工況運行期間導(dǎo)葉間隙盡可能的小。抽水蓄能機(jī)組在水泵工況啟動和調(diào)相工況運行期間，轉(zhuǎn)輪在空氣中轉(zhuǎn)動。此時如果導(dǎo)葉立面間隙較大不僅會導(dǎo)致過多的空氣進(jìn)入蝸殼，加重壓縮空氣系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，還會因大量的導(dǎo)葉漏水在轉(zhuǎn)輪邊緣產(chǎn)生較厚的水環(huán)致使機(jī)組吸收更多的有功功率給調(diào)相工況帶來不利的影響。

本文以蒲石河抽水蓄能電站為例介紹阿爾斯通公司應(yīng)用于導(dǎo)葉壓緊試驗的方法。通過與國內(nèi)傳統(tǒng)方法的對比證明該方法更具科學(xué)合理性。該方法不僅適用于抽水蓄能機(jī)組，還可以推廣到常規(guī)混流式、軸流式等機(jī)組。

1 導(dǎo)葉壓緊試驗原理

導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)由導(dǎo)葉、控制環(huán)、接力器及其相互連接部件構(gòu)成。導(dǎo)葉的開關(guān)動作是由接力器操作控制環(huán)將接力器活塞桿的直線位移轉(zhuǎn)換成角度位移實現(xiàn)的。

詳細(xì)分析導(dǎo)葉從全開到全關(guān)過程，首先是接力器在操作油壓作用下“吃掉”的操作機(jī)構(gòu)自由間隙，然后是導(dǎo)葉從全開到全關(guān)過程，最后是使導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)在一定壓力下產(chǎn)生彈性形變的壓緊過程。壓緊過程中的彈性形變減小了因安裝或者制造精度等誤差形成的立面間隙，這就是導(dǎo)葉壓緊的實際意義。

產(chǎn)生壓緊行程的前提條件是在導(dǎo)葉關(guān)閉后，接力器活塞還沒有接觸到接力器缸蓋，還有一定的距離。在操作油壓繼續(xù)作用下，活塞經(jīng)歷壓緊行程直到接觸到接力器缸蓋為止。

導(dǎo)葉壓緊試驗就是通過調(diào)整接力器活塞桿連接長度使壓緊行程滿足要求的過程。試驗過程中，首先通過試驗測量實際壓緊行程值，然后判斷壓緊行程值是否滿足設(shè)計要求。如果不滿足就需要通過調(diào)整接力器活塞桿的實際作用長度來改變壓緊行程值。壓緊行程一般參照標(biāo)準(zhǔn)GBT 8564-2003水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范（見表1）要求。

表1 接力器壓緊行程值

接力器活塞桿與控制環(huán)連接板連接一般采用螺紋式連接方式，這樣就可以通過旋轉(zhuǎn)活塞桿的辦法來改變活塞桿作用長度。

綜上所述，導(dǎo)葉壓緊試驗就是通過某種方法測量出實際壓緊行程后判斷是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，如不滿足要求通過旋轉(zhuǎn)活塞桿的方法調(diào)整接力器活塞桿作用長度改變壓緊行程直至滿足標(biāo)準(zhǔn)要求為止。

2 行業(yè)常規(guī)采用的試驗方法

導(dǎo)葉壓緊試驗通常在水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝完成進(jìn)行。國內(nèi)行業(yè)通常采用的方法如圖1所示，導(dǎo)葉在設(shè)計給定壓力下達(dá)到關(guān)閉位置，測量導(dǎo)葉活塞桿作用長度 L0，然后將接力器操作油壓泄壓后，再次測量活塞桿作用長度L1。導(dǎo)葉接力器的壓緊行程即為L1-L0，然后根據(jù)壓緊行程是否符合要求調(diào)整活塞桿作用長度。

圖1

這種試驗方法操作簡單方便，但設(shè)計給定的壓力往往較高對導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)可能會產(chǎn)生不利影響。另外導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的安裝一般不能保證雙接力器預(yù)留壓緊行程一致，再加上活塞桿回彈還需要一定的時間，這樣就會導(dǎo)致測量結(jié)果產(chǎn)生偏差。該方法對常規(guī)水輪機(jī)機(jī)組尚可以滿足要求。

3 適用于抽水蓄能機(jī)組試驗方法

試驗的前提條件是導(dǎo)葉在關(guān)閉位置，接力器在無操作油壓下所有導(dǎo)葉立面間隙均小于 0.1mm（以蒲石河電站為例），并且導(dǎo)葉偏心銷均可靠焊接牢固。

新試驗方法對比傳統(tǒng)方法主要區(qū)別是接力器實際壓緊行程測量方法的不同。新方法一般是在接力器適當(dāng)位置架設(shè)百分表或者采用內(nèi)徑千分尺逐點測量。接力器從零壓按照大致相同幅度升高壓力直到導(dǎo)葉承受最大壓力（阿爾斯通給定的壓力值低于國內(nèi)通常給定值）。在壓力升高過程中，每升高一次壓力，記錄一次接力器活塞桿的作用長度。

具體升壓措施是通過調(diào)節(jié)油泵組合閥組安全閥泄壓值來實現(xiàn)。試驗前將安全閥泄壓值調(diào)到零，然后啟動油泵，組合閥處于完全卸荷狀態(tài)。試驗過程中通過手動升高安全閥泄壓值逐步升高接力器油壓。

理論上，在兩個接力器預(yù)留壓緊行程足夠大的情況下，兩個接力器壓緊行程與壓力對應(yīng)特性曲線應(yīng)是一致的。該曲線正好反映導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的剛度。在對合適壓緊行程值未知情況下，可以采用適當(dāng)加大壓緊行程值的方法測量。從試驗得到的特性曲線上找到導(dǎo)葉承受最大壓力值對應(yīng)的壓緊行程值。此壓緊行程值即為試驗?zāi)繕?biāo)值。

如圖2所示，在升壓過程中，接力器A活塞桿回縮向?qū)~關(guān)閉方向施加作用力，接力器B活塞桿伸出也向?qū)~關(guān)閉方向施加作用力。隨著接力器壓力的升高，接力器A活塞桿作用長度L0逐漸減小，、接力器B活塞桿作用長度L1逐漸增加?！鱝、△b分別是接力器A、B的回縮量和伸長量。α、β分別為接力器A、B壓緊行程量

圖2 接力器

以蒲石河抽水蓄能電站某臺機(jī)組導(dǎo)葉壓緊試驗過程詳細(xì)介紹該方法。根據(jù)設(shè)計要求導(dǎo)葉承受最大壓力約為2.0MPa，首次使接力器逐步升壓至2.0MPa左右，將接力器A、B活塞桿回縮量△a、伸出量△b按照壓力升高趨勢繪制如圖3曲線。

圖3 曲線圖

圖3表明，接力器A預(yù)留壓緊行程α小于2mm，接力器B預(yù)留壓緊行程β小于0.5mm。兩個接力器預(yù)留壓緊行程不一致，并均小于標(biāo)準(zhǔn)要求值。

此時就可以采用適當(dāng)增加壓緊行程的方法測量該導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)剛度固有特性。

針對上述試驗結(jié)果，將接力器 A活塞桿旋出約8mm，接力器B活塞桿旋入8mm，這樣使接力器壓緊行程適當(dāng)放大但都不會超過 10mm。再次將接力器從零壓升高到約2.0MPa左右，繪制出曲線如圖4所示。

圖4 曲線圖

圖4曲線就是導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)剛度固有特性曲線，當(dāng)導(dǎo)葉承受最大壓力約為2.0MPa時，接力器壓緊行程約為3.8mm左右。為使壓緊行程值接近3.8mm，將接力器A、B壓緊行程值都減小4mm。因此將接力器B活塞桿旋出4mm，接力器A活塞桿旋入4mm。再次將接力器從零壓升高到約2.0MPa左右，繪制出曲線如圖5所示。

圖5 曲線圖

圖5表明接力器B壓緊行程已經(jīng)滿足設(shè)計要求，而接力器A壓緊行程α=2+8-4=6＞3.8還需要調(diào)整。按照曲線趨勢將接力器A活塞桿再旋入3mm。重新進(jìn)行試驗，繪制出曲線如圖6所示。

圖6 曲線圖

圖6表明接力器A、B壓緊行程基本相等，并且滿足設(shè)計要求。

以上即為采用新方法進(jìn)行導(dǎo)葉壓緊試驗的整個過程，要想使兩個接力器壓緊行程保持一致，使控制環(huán)受力均勻，需要反復(fù)多次進(jìn)行升壓、測量、調(diào)整等步驟。最重要的是接力器在整個試驗過程中，始終保持導(dǎo)葉承受壓力在可承受范圍之內(nèi)，有效避免了導(dǎo)葉因承受過壓損壞的可能。

4 結(jié)論

經(jīng)過在蒲石河電站各機(jī)組的調(diào)試過程反復(fù)驗證，新試驗方法完全可以科學(xué)準(zhǔn)確的實現(xiàn)雙接力器的預(yù)留壓緊行程值一致和正確。該試驗方法過程科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、理論性強(qiáng)、易于操作，不僅能在抽水蓄能電站機(jī)組調(diào)試過程中被廣泛應(yīng)用，還可以推廣到常規(guī)混流式、軸流式機(jī)組的調(diào)試過程中。

[1] GB/T 8564-2003. 水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范[S].北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2004.

審稿人：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年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)（原包頭鋼鐵學(xué)院），信息工程學(xué)院自動化專業(yè)，現(xiàn)從事水電站系統(tǒng)集成技術(shù)工作，工程師。