新工藝在貫流式機組導葉間隙調整的應用

潘大文

（陜西石泉水力發電廠，陜西 石泉725200）

1 概述

蜀河水電廠位于陜西省旬陽縣境內的漢江干流上，壩址在旬陽縣蜀河鎮上游約1 km 處，距旬陽縣城51 km，距上游在建的旬陽水電廠約55 km，距下游在建的白河夾河水電廠約96 km，是漢江上游梯級開發規劃中的第6 個梯級電站。

蜀河樞紐工程的主要任務是發電，兼顧航運等，壩址處多年平均流量732 m3/s。正常蓄水位217.30 m，壩頂高程230 m，水庫庫容1.76 億m3，廠房布置為廠頂溢流式，總裝機容量276 MW（6×46 MW）貫流機組，年平均發電量9.53 億kW·h，年利用小時3 530 h。

2 蜀河水電廠導水機構檢修情況

3 號機組導水機構包括導葉內環、外環、導葉、控制環、導葉套筒、間距塊、軸承壓板、調整墊片等。在導葉上軸頸設有可自動調節軸心的自潤滑球軸承。

3 號機組自2009 投運以來由于大部分導葉軸套漏水，需結合A 修進行處理，在2019 年A 修期間更換導葉上軸套密封時發現導葉套筒外徑密封圈未安裝，抽查4 個均出現這種情況，需要全部進行拆除檢查處理。因此需將所有導葉的拐臂全部拆除，雖然導葉在外配水環用角鐵定位焊接，和在偏心銷處打有記號，但在不吊出導水機構的情況下，回裝后難以恢復修前的狀態，導葉立面間隙必定發生變化，因此必須進行重新的調整。此次調整工作量較大，為確保能按照工期節點順利進行，經過查閱哈電圖紙，分析導水機構的結構特點，研究制定了詳細而具有科學性的調整方案。在3 號機A 修期間實施后表明，這種調整方法省時省力且效果良好。

3 貫流式機組導葉立面間隙調整的重要性

貫流式機組導水機構導葉為錐形，其安裝和檢修的難度較大，檢修質量的好壞直接影響到機組的安全運行和電站的經濟效益。若是導葉立面間隙較大會造成導葉漏水量較大，不但增加水力損失，還會造成機組停機困難，增大了在高轉速提前投入風閘的風險，同時機組在低轉速長時間運轉，破壞各軸承運行中的油膜，嚴重威脅機組安全運行，同時也加大了導葉的空腔汽蝕。調整過小或不均會造成導水機構蹩勁和個別導葉受力不均等現象。因此導葉間隙調整的合理性對機組檢修質量至關重要。

4 貫流式機組錐形導葉的特點

蜀河電廠導水機構的特點：

（1）16 個錐形導葉為結構件，雙支點結構布置在內、外配水環之間，為空間扭曲結構，導葉的水力矩特性在全行程內具有自關閉趨勢，其立面密封為剛性密封，在導葉頭部和尾部密和面處均設有不銹鋼材料，其尾部密和在葉片葉型的外緣。

（2）導葉立面間隙調整采用偏心銷調整，有別于大部分立式機組常用的旋套連桿雙聯臂結構。

（3）導葉傳動機構采用彈簧連接的保護方式，當導葉受異物卡阻時，彈簧彎曲連桿發生彎曲形變，避免異物處的導葉發生擺動。

（4）以導葉樞軸為中心，兩翼錐形面不等距，其導葉樞軸中心到小頭密封面的長度大于葉片樞軸中心到大頭密封面的長度。

圖1 導葉布置圖

圖2 扇形導葉圖

5 貫流式機組導葉立面間隙調整的新工藝的特點

5.1 傳統的立面間隙調整方法

（1）捆綁法。在機組檢修過程中發現多個導葉立面間隙不合格時，常采用捆綁法，將導葉拐臂拔出，導葉不受外力控制，處于自由狀態，用鋼絲繩在導葉中部捆一圈半，將導葉關閉，同時用導鏈拉鋼絲繩，在拉緊過程中，用大錘錘擊導葉，使其受力均勻，關閉緊密。此種方法適用于立式機組導葉立面間隙的調整，不適于貫流式導葉間隙調整，因為貫流式機組導葉為錐形，有鋼絲繩捆綁無法定位捆綁錐形面受力中心點，同時由于貫流式機組導葉為空間立面布置，鋼絲繩松開后易造成各方位的導葉所受約束力不均勻，導葉動作幾次后，約束力釋放，易出現個別導葉立面間隙產生變化的現象。

（2）補焊導葉立面的方法。當個別導葉立面間隙較大，且其長度已超過總長度的25%，可用補焊的方法，用小電流在導葉密封面處補焊一層不銹鋼，并用砂輪按導葉截面葉型進行修磨。此種方法操作簡單，省時省力，但容易造成導葉開度不均勻，造成水流軸對稱流動被破壞，引起水輪機振動增大。

（3）調整個別導葉的方法。當只有個別導葉的立面間隙在1 mm 左右時，可將其間隙均分在其前后的幾個導葉上，關閉時，將間隙壓至合格。缺點：個別導葉會出現受力不均，產生蹩勁現象，運轉一定周期后，新的間隙會產生。

5.2 貫流式機組導葉立面間隙調整的新工藝方法

貫流式機組導葉立面間隙調整的新工藝的特點及理論依據：數字化、表格化、精準化，根據貫流式機組導葉葉片的結構特點，可以得出其導葉在開啟和關閉過程中的規律特點：

（1）導葉在開啟和關閉過程中，其導葉大頭密封線上的任意一點其運動的距離小于其小頭密封線上任意一點運動的距離。而且葉片大頭和小頭運動距離成一定比例關系β=L大/L小=300/500=0.6。

（2）當導葉開啟或關閉過程中，相鄰2 片導葉當一個導葉大頭向一個方向轉動時，相鄰另一個導葉小頭向相反的方向轉動，在任何一個開度下，這兩個導葉的大頭、小頭所轉動的空間運動軌跡呈一定比例關系，其葉片密封面為小頭的導葉轉動軌跡的距離為其大頭導葉的β倍。根據其導葉運動特點可知β＞1。因此在貫流式機組導葉立面間隙調整時，導葉立面間隙依次分配下去將形成導葉立面運動軌跡等比例收斂的特點。因此根據等比例原理證明導葉立面間隙調整只要按照合理的順序進行調整，最終可以將導葉立面間隙消除并使其間隙達到標準要求。

（3）因為導葉總個數為16 個，站在上游側按逆時針方向編號，假設1 號、2 號導葉存在間隙，其余導葉間隙均合格，因此想要繼續關閉導葉1 號、2 號是不可能的了，此時打開導葉3 號，關閉導葉2 號，使其1 號、2 號導葉立面間隙符合要求，然后打開4 號導葉，關閉3 號導葉，使其與2 號導葉的立面間隙符合要求，然后打開5 號導葉，關閉4 號導葉，依次調整下去，測量最后兩個導葉間的立面間隙，用類似的方法依次進行調整，直到所有的導葉立面間隙符合設計要求。

圖3 導葉翼型圖

6 新工藝的具體實施方法和步驟

（1）將所有導葉調整到全關位置，確認控制環上的全關標記必須與外配水環上的全關標記重合，同時內外配水環法蘭的水平及相互間的距離必須滿足設計要求，另外內外配水環的同心度偏差也必須滿足設計要求。

（2）接力器鎖錠投入，在導葉處和導水機構處搭設腳手架，測量所有導葉立面間隙的分布情況，將其數據依次記錄。數值如表1。

（3）數據分析制定精確調整導葉方案：調整方案原則是在上游側按逆時針（間隙逐級遞減的原則）的方向逐個依次調整，通過關閉葉片將多個葉片立面間隙集中到某2 個導葉之間。根據實測數據可以看出有6 處導葉立面間隙存在超標，可通過調節偏心銷來調整立面間隙。先將5 號導葉關閉0.15 mm，8 號導葉關閉0.3 mm，16 號導葉關閉0.45 mm，這樣導葉立面間隙也就集中在4 →5 間隙為0.85 mm，8 →9 間隙為0.2 mm，16 →1 間隙為0.25 mm。

表1 導葉立面間隙 單位：0.01 mm

（4）8 →9 間隙調整：先打開7 號導葉（順時針轉1 個值），然后打開5 號導葉（順時針轉1 個值），逆時針轉動6 號導葉，順時針轉動3 號導葉，逆時針轉動4 號導葉，依此類推。具體旋轉數值通過下式算出，An=（-k）n-1A1，k-為傳動系數，+為關閉，-為開啟。然后將計算的數值填入表2 中。

表2 間隙調整表 單位：0.01 mm

（5）調整順序遵循先負后正，即先打開開啟方向的導葉，再調節關閉方向導葉的原則。導葉間隙很快被消除，所有導葉間隙完全關閉。導葉間隙調整完畢后將導葉臂上偏心銷鎖緊，并復測導葉立面間隙值。最后進行導葉壓緊行程的測量和調整。

7 結論

通過蜀河水電廠3 號機組A 修中導葉立面間隙調整新工藝的應用，驗證了新工藝采取的表格化、數字化、精準化的調整方案省時省力，操作可靠，且科學可行，同時調整思路清晰，程序簡單，有利于機組檢修期間的工期、質量控制，提高了檢修效率和質量。其調整新工藝的應用可供兄弟單位根據各自電廠導水機構參數特點，確定收斂比和具體的調整方向，用此新工藝進行調整。