水泵水輪機導葉間隙的影響因素及調整方法

葛軍強

（國網新源控股有限公司，北京市 100761）

水泵水輪機導葉間隙的影響因素及調整方法

葛軍強

（國網新源控股有限公司，北京市 100761）

水泵水輪機的導葉間隙對整個水輪發電機組的效率指標及安全穩定運行有著重要影響，通過分析和實際應用，本文總結了在水泵水輪機設計制造、安裝過程中對導葉間隙影響的因素及調整方法。

水泵水輪機；導葉；間隙；調整

0 引言

水泵水輪機導葉間隙包括端面間隙和立面間隙。根據《水輪機、蓄能泵和水泵水輪機通流部件技術條件》（GB/T 10969—2008）規定，導葉端面總間隙不應超過導葉高度的0.1%；立面間隙不超過0.05mm且長度小于導葉高度的1/4。導葉間隙增加不但會產生容積損失，更會使機組效率下降，如導水機構漏水嚴重，甚至會出現導葉全關后機組轉速降不下來，從而無法停機。但導葉間隙過小，會使導葉開閉過程中產生卡澀，情況嚴重將會使導葉無法開閉。因此，機組安裝過程中保證合理的導葉間隙對今后機組的安全穩定運行至關重要。根據導葉的操作方式，抽水蓄能機組導水機構一般可分為控制環和單導葉接力器兩類，兩類導水機構導葉端面間隙調整的方式基本相同，但立面間隙的調整則有所不同，本文主要從有控制環的導水機構探討影響導葉端面間隙和立面間隙的因素及調整方法。

1 抽水蓄能機組導水機構結構

導水機構（見圖1）主要由底環、頂蓋、活動導葉、控制環、導葉操作機構及附件等組成，其中，頂蓋與底環分別固定在座環上、下環上，活動導葉布置在頂蓋與底環之間，控制環布置在頂蓋上，導葉接力器與控制環連接，分別為機械鎖定接力器、液壓鎖定接力器。一般情況下，頂蓋、控制環分兩瓣到貨，底環整體到貨。

頂蓋作用是與底環等設備形成轉輪室，支承水導軸承、主軸密封、上迷宮環、檢修密封、導葉、頂蓋抗磨板等，為分瓣組合結構。底環作用是與頂蓋等設備形成轉輪室，支承下迷宮環、泄流環、導葉、底環抗磨板等，為整體結構，澆筑在混凝土里。為防止頂蓋/底環環面生銹，在其上安裝有整體結構的不銹鋼抗磨環。為減少水力損失在頂蓋/底環與轉輪上迷宮環相應的位置裝設有上下迷宮環。下迷宮環中心就是整個機組安裝時的中心。

圖1 某抽水蓄能電站導水機構裝配圖

導水葉及操作機構主要包括：導葉、接力器、控制環、導葉臂、限位裝置、止推裝置、剪斷銷等。導葉作用是切斷控制水流，調節機組流量從而調整機組出力；導葉接力器由油壓操作，受調速器系統控制，連接控制環；控制環把接力器的操作力通過導葉臂傳遞給各導葉，并使各導葉同時作開關動作；限位裝置是防止導葉開啟超過最大角度、關閉超過最小角度，止推裝置為防止導葉上下竄動而發生角度磨損，從而起到保護導葉的作用。連接板與導葉臂之間采用摩擦與減斷銷雙重連接方式，摩擦力來自拐臂上鑲嵌的摩擦材料及螺栓緊固力，動作時兩者之間的摩擦滑開連接失效和減斷銷失效， 起到保護導葉的作用。

2 導水機構安裝程序

在導水機構正式安裝前，應首先檢查座環上下法蘭、上下環平面度，滿足廠家技術要求后，開始導水機構各部件安裝。首先吊裝底環，底環吊入機坑調整好方位后，吊裝下止漏環，測量下止漏環和座環上環板同心度來調整底環中心。之后將轉輪吊入機坑，并依次預裝導葉、頂蓋，導葉預裝一半，頂蓋與座環把合螺栓60%預緊力，初步測量導葉端面間隙。將頂蓋吊出，導葉正式安裝后，正式安裝頂蓋、控制環、導葉臂、接力器，導水機構全部安裝后，測量導葉端面間隙、立面間隙。某抽水蓄能電站導水機構安裝流程見圖2。

3 導葉端面間隙影響因素及調整方法

3.1 影響端面間隙的因素

（1）工廠機加工精度。主要是各加工面水平度和平面度，包括座環下端面與底環的結合面，座環下環板與底環結合面，座環上端面與頂蓋結合面，導葉上下端面，頂蓋與底環導葉軸孔同心度等。因此，應盡可能在工廠內，通過制定合理的加工工藝，選擇適當的加工設備，使導葉滿足加工精度要求。

圖2 某抽水蓄能電站導水機構安裝流程圖

（2）座環變形。根據水輪機的安裝進度要求，座環一般需要提前分瓣運輸到工地，導水機構在工廠內預裝時無法與座環配合。座環運輸到工地后，需在工地現場焊接組合縫、蝸殼湊合節、蝶形邊、進水直管段等，特別是組合縫的焊接，由于應力變化將對座環上環、下環面的平面度有一定影響。同時，蝸殼在保壓澆筑混凝土時，盡管有緩沖墊的保護，但還是會對座環與頂蓋、底環配合的結合面產生不同程度的影響。因此，導水機構在工廠內預裝時，端面間隙即使滿足圖紙要求，在電站現場安裝后也可能存在誤差。

（3）頂蓋與底環的變形。導水機構安裝后，頂蓋與座環的把合螺栓、底環與座環的把合螺栓全部按設計值把合后，可能會使座環與頂蓋、底環的結合面間隙變小，從而影響到導葉上下端面間隙。因此，需要在導葉、頂蓋預裝時，把合螺栓按照100%預緊力緊固螺栓，并測量上下端面間隙。例如，某抽水蓄能電站導水機構預裝時，座環與頂蓋、底環均緊固一半把合螺栓，螺栓拉伸為設計值的60%，測量導葉端面間隙基本符合廠家設計要求（0.4～0.6mm)，正式安裝后（把合全部螺栓，拉伸100%），導葉端面間隙普遍減少0.2mm。

3.2 調整端面間隙的方法

（1）端面間隙偏小時的調整方法。

1)打磨法。打磨座環：可根據導葉間隙測量數據確定座環打磨量，對座環的上環面、下環面、上法蘭、下法蘭等部位的平面進行打磨。打磨導葉上下端面：將端面間隙超差的導葉拔出，按照設計分配量，打磨上下端面。打磨底環、頂蓋抗磨板：理論上，導葉端面間隙偏小的話，可以通過打磨底環和頂蓋上的抗磨板，從而可使導葉上下端面間隙增加。但是，頂蓋和底環抗磨板的結構設計上，一般裝配有0.2mm的封水帶，將封水帶打磨后將影響導葉的止水效果，因此，不建議打磨頂蓋和底環抗磨板。

2)加墊法。一般情況下，如果端面間隙偏小，可考慮在座環上環面與頂蓋的結合面加裝墊片，通過提升頂蓋高度來加大上端面間隙。但還要看頂蓋具體的結構設計，有的機組頂蓋與座環的結合面設計有凹槽，并裝配有密封圈，便不具備裝配墊片的條件。

（2）端面間隙偏大時的調整方法。

1)補焊法。當有個別導葉端面間隙偏大時，可考慮用小電流補焊一層不銹鋼，并用砂輪按照廠家技術要求磨平。

2)加墊法。如果端面間隙普遍偏大，可考慮在座環下環面與底環的結合面加裝墊片，通過提升底環高度來減低導葉下端面間隙。但也要看底環具體的結構設計，有的機組底環與座環的結合面設計有凹槽，并裝配有密封圈，便不具備裝配墊片的條件。

導葉端面總間隙根據現場實際調整后，按照設計要求，通過調整導葉端蓋與導葉的固定螺栓，對上下端面間隙進行分配。端面間隙（見圖3）分配完畢后，采用壓鉛法測量調整導葉端蓋與套筒間墊片的厚度。首先用外徑千分尺對稱測量預裝墊片4個厚度并標記測量位置，然后打開導葉端蓋，將預裝墊片放在安裝位置，剪4根長度L=10mm的直徑為φ4的鉛絲，放置在預裝墊片的4個測量位置，蓋上導葉端蓋。在導葉上部和下部安裝兩塊百分表，用導葉提升裝置提升導葉，接近設計間隙時用塞尺檢查，然后慢慢提升到設計間隙，最終間隙以塞尺讀數為準。到達設計間隙后把導葉放下，打開端蓋后按照編號取出鉛絲，用外徑千分尺測量鉛絲厚度（H鉛）并記錄。按照此步驟測量余下的導葉。按照公式H墊=H0+H鉛計算出每個調整墊片的厚度，然后根據所測厚度加工墊片。

圖3 導葉端面間隙測量示意圖

4 導葉立面間隙的影響因素及調整方法

4.1 影響立面間隙的因素

（1）導葉立面的加工尺寸及精度。導葉立面加工尺寸偏差大，直線度不滿足要求，以及導葉立面密封面上有毛刺、壓痕等缺陷，相互配合不能完全壓緊。廠內預裝時，如果活動導葉立面間隙超標，須通過活動導葉修型來保證活動導葉立面間隙滿足廠家技術要求。

（2）導水機構相關部件的安裝精度。例如導葉安裝過程中，頂蓋與底環安裝不同心，造成整個導葉傾斜產生立面間隙；控制環與頂蓋不同心，造成導葉開度不均勻。

（3）導葉壓緊行程。接力器在安裝調試過程中，當接力器移動到全關位置，再向關閉方向多走一些，多移動距離產生的行程勢能，必然會使傳動機構發生彈性變形，就會在導葉之間形成一定的壓緊力，使其正好抵抗水壓作用，維持導葉的嚴密關閉，接力器在全關以后多走的這一點行程就叫壓緊行程。導葉在全關位置時，接力器油壓從60%額定油壓降到0油壓，活塞移動的距離為實際壓緊行程。因此，如果壓緊行程不合理，勢必會造成導葉立面間隙增加。

（4）主副接力器動作一致性。理論上，接力器行程與導葉開口行程呈線性變化，如果一個接力器動作，另一個接力器動作滯后，肯定會影響到導葉開度的變化，使導葉間隙變化，造成導葉立面間隙增加。例如，某抽水蓄能電站導葉接力器行程411mm(不含壓緊行程)，導葉最大開口334mm，如果主副接力器推拉桿動作相差1mm，那么導葉在理論上會產生0.81mm開口距離，勢必會造成導葉立面間隙增加（見圖4）。

圖4 某抽水蓄能電站導葉接力器行程與導葉開度關系圖

4.2 調整立面間隙的方法

（1）捆綁法。在導葉安裝過程中，如果立面間隙普遍超標，可采用此法。拆除全部拐臂，使導葉不受外力控制，處于自由狀態，用鋼絲繩在導葉中部捆綁一圈半，一頭固定在固定導葉上，另一頭通過拉緊器掛在吊鉤上，關閉導葉并拉近鋼絲繩。在拉緊過程中，可用銅棒敲擊，使其關閉緊密。捆綁后，導葉軸發生了角位移，使得可調式連臂的兩銷孔之間的距離要隨之改變才能裝上；而對于不可調式連臂，則要根據導葉傳動機構的結構，采用其他辦法解決。

（2）補焊法。當有個別導葉立面間隙超標，且長度已超過導葉長度的1/4，可考慮用小電流補焊一層不銹鋼，并用砂輪按照廠家技術要求磨平，并保證截面型線沒有變化。

導葉立面間隙測量示意圖見圖5。

圖5 導葉立面間隙測量示意圖

5 結語

（1）設計制造過程中，在結構設計及制造工藝方面應盡可能采取可靠措施，在工廠內預裝導水機構時，充分吸取已有機組的制造安裝經驗和教訓（比如，導葉止推壓板與止推環間的間隙），嚴格工廠內部檢驗制度，切實提高制造質量和工藝水平，確保滿足工地實際安裝要求。

（2）導葉端面和立面間隙的調整方法中，不管打磨、加墊還是補焊，一般都要吊出底環、導葉、頂蓋、控制環等導水部件，工作量大、工期長，因此，安裝過程中，可充分借鑒已安裝機組的測量數據，統籌考慮座環、底環、頂蓋、導葉等部件的同心度、平面度（比如，座環打磨量可根據已安裝機組導葉端面間隙統籌考慮），應盡可能提高導水機構的安裝質量。

[1]李浩良，孫華平.抽水蓄能電站運行與管理[M].杭州：浙江大學出版社，2013.

[2]趙海剛，姜秀麗.水輪機導葉端面間隙的控制[J].機電工程，2006，23（11）：24-26.

葛軍強（1981—），男，碩士，工程師，主要從事抽水蓄能電站水機專業管理。

The Influence Factors and Regulation Means of Pump-turbine Wicket Gate Clearance

GE Junqiang
(State Grid Xin Yuan Company Limited，Beijing 100761，China)

It is highly important to the efficiency index of the whole hydraulic equipment and its safety and steadily that the wicket gate clearance of the pump-turbine.The factors and regulation means have been summarized about the wicket gate clearance during the design，manufacture and installation of the pump-turbine.

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