锦屏一级水电站水轮机导叶端面间隙调整及影响因素分析

王　轩　白　刚

(中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安　710032)

水电站技术

锦屏一级水电站水轮机导叶端面间隙调整及影响因素分析

王轩白刚

(中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安710032)

【摘要】大型水轮机导叶的端面间隙对整个水轮发电机组的效率指标及安全稳定运行有着重要影响。本文对锦屏一级水电站2号机导叶上、下端面间隙的调整及影响因素作了分析，希望对大型混流式水轮发电机组导叶端面间隙的调整及间隙分配有一定的借鉴作用。

【关键词】导叶； 端面间隙；锦屏一级电站；调整

1工程概况

锦屏一级水电站位于四川省凉山州盐源县和木里县境内，距西昌市约187km，是雅砻江干流(卡拉—江口河段)5个梯级中的龙头电站，发电厂房为地下厂房，布置在右岸，安装有6台单机功率600MW的混流式水轮发电机组，每台机组有24个活动导叶，导叶采用无套筒结构，每个导叶设有上、中、下3个导轴承，均为自润滑青铜轴承，导叶中、下轴承分别安装一套Y型、O型密封，用于止水，单个导叶高1134mm、宽1050mm，端面总间隙设计为0.40～1.00mm。

2导叶端面间隙调整工艺

a.利用M72×6圆柱头螺钉、螺母调整导叶端面间隙，利用塞尺测量导叶上、下端面间隙。导叶端面间隙分布为：原方案要求导叶上端面间隙为导叶总间隙的40%；导叶下端面间隙为导叶总间隙的60%。图1为导叶端面间隙调整示意图。

图1　导叶端面间隙调整示意图

b.拆除导叶端盖，中心位置加入铅条(导叶端面间隙调整板处)，安装端盖，利用M72×6调节螺栓提升导叶，调整导叶间隙至合适位置后，将导叶下落，取出相应的铅条测量厚度，并做出相应标记。

c.根据铅条厚度对间隙调整板进行配刨加工，与铅条、导叶编号一一对应。

d.加工完成后，根据编号将导叶间隙调整板安装于导叶轴中心位置。安装导叶端盖，把紧端盖固定螺栓后，复测导叶上、下端面间隙，导叶上、下端面间隙应满足相应的要求，否则应取出间隙调整板对其进行再次配刨或在导叶顶部与垫片之间加垫处理。

e.导叶端面间隙调整合格后，安装防抬压板，将防抬轴承把合在防抬压板上。该机组水轮机导叶的抗浮装置采用防抬压板型式，每个导叶周围均安装有两个半圆形的导叶防抬压板，防抬压板与顶盖采用螺栓相连接，通过控制防抬轴承与导叶止推环间隙来限制导叶在运行中的上浮量。防抬压板安装见图2。

图2　防抬压板安装示意图

f.把紧防抬压板螺栓。测量相应的止推间隙，应在0.05～0.10mm之间。如不满足应再松开防抬压板进行加垫处理。

3锦屏一级水电站2号机导叶端面间隙调整相关数据

3.1　安装、调整后的原始数据

锦屏一级水电站2号机导水机构导叶端面间隙于2014年2月20日调整完成，24个导叶端面间隙调整量见图3，调整数据见表1，数据反映导叶端面间隙调整质量达到雅砻江流域水电开发有限公司企业优良标准。

图3　导叶端面间隙调整量示意图

(单位：mm)

续表

3.2　经过长期满负荷运行后端面间隙的变化情况

2号机于2014年5月30日移交电厂投入商业运行，经过汛期满负荷发电考验，于2014年12月初停机C修，检查发现24个活动导叶中有20个导叶端面间隙超标，除4号、5号、13号、14号导叶端面间隙与设计标准偏差不大外，普遍呈现“下大上小”的规律，具体数据见表2。

表2　2号导叶端面间隙记录表(停机检修)　(单位：mm)

续表

24个导叶中有21个导叶防抬轴承间隙为0(设计值为0.05~0.10mm)；22个止推轴承有间隙(设计值为0)，最大0.55mm，最小0.10mm，具体数据见表3。同时发现7号、8号、9号、18号、19号、20号、21号导叶对应顶盖止推轴承(抗磨板)表面有刮痕。

表3　2号机组止推装置与拐臂摩擦环间隙测量记录表　(单位：mm)

4导叶上浮原因分析

在中高水头混流式水轮机运行过程中，中高压水通常会通过导叶下轴颈的密封渗入到轴孔内及底环与基础环形成的空腔内，所形成的高压静水压力作用在下轴颈端面，使导叶上抬。诸多电站的实地测量显示：高水头混流式水轮机当运行一段时间后，导叶的端面间隙普遍会增大，使机组的效率降低。

锦屏一级水电站水轮机为达到导叶减压抗浮的目的，分别在底环每个导叶下轴套内沿轴向钻直径20mm的排水孔，24个导叶下轴套排水孔通过两个半圆形的排水管汇集后排入集水井(见图4)，但在实际使用过程中，不排除异物堵塞排水孔导致排水不畅，或因下轴套密封的磨损致使来自蜗壳的水压通过导叶下轴密封进入导叶下轴颈使导叶上浮。

图4　导叶下轴套排水示意图

锦屏一级水电站导叶下轴颈密封采用O型密封圈与Y型密封组合的密封型式，在机组C修过程中检查发现O型密封圈与Y型尺寸不匹配，O型密封圈未在Y型密封槽内，尺寸略大于Y型密封。致使导叶上浮后，下轴颈密封压缩量过大，导叶复归困难。

部分导叶端面总间隙与原始数据相比增加0.05～0.10mm，分析原因如下：

a.顶盖、座环属于焊接部件，随着时间推移存在应力释放现象。

b.充水后，座环、顶盖承载较大水压，致使出现相对变形。

c.机组在运行过程中，顶盖等部位均存在不同程度振动，致使应力释放不统一，局部受力较大等。

5导叶端面间隙恢复调整所采取的措施

针对2号机组导叶出现的情况，结合国内大盈江四级、蒲石河和小湾电站类似情况的检查及处理经验，于2014年12月19日，锦屏水力发电厂组织召开了锦西电厂2号机组导叶间隙问题专题咨询会，咨询会专家组认为2号机组导水机构设计、安装符合规范要求。

机组运行一段时间后，出现导叶上浮无法复位的原因有导叶下轴颈密封压缩量过大、导叶排水孔堵塞或排水不畅、导叶出现憋劲等。且根据实际情况检查情况分析，导叶下轴颈密封压缩量过大的可能性较大。专家组建议拆除并顶起顶盖对导水机构的相关部位(特别是导叶下轴颈密封情况)进行检查，根据检查情况进行分析和处理，同时，建议导叶端面间隙按照“上大下小”的原则进行调整。在后续工作中通过顶起2号机顶盖对导水机构进行检查，并对24个导叶下轴套及排水孔、排水管道进行了冲洗、清扫，确认24个导叶下轴孔清洁、无异物堵塞排水孔。

2014年12月23日，确认导叶“上部间隙按总间隙的60%设置，下部间隙按总间隙的40%设置，间隙的允许偏差为±0.05mm”。

在更换了下轴颈O型密封圈与Y型密封(使组合密封与盘根槽匹配)，导叶下轴孔检查完毕后，顶盖按原预装位置回装定位销钉，打紧顶盖与座环之间的连接螺栓，导叶防抬压板间隙按照设计规定的范围下限调整，导叶止推轴承通过加垫方式保证与止推环之间无间隙，进行了导叶端面间隙调整。具体数据参见表4。

表4　导叶端面间隙调整记录表(重新调整)　(单位：mm)

由于机组长时间运行，导叶下端的金属密封存在不同程度的磨损，因此导叶端面总间隙比设计值略有偏大。

采取了以上措施后，2号机组从2015年2月12日开机运行至今，所有导叶均未发生任何异常上浮状况，导叶止推环间隙未发生明显变化。

6结语

通过锦屏一级水电站2号机C修对导叶上浮问题的处理，验证了设计采取导叶防抬减压措施的合理性。更换了不配套的导叶下轴套密封件，减少了蜗壳至下轴套的漏水量。重新分配了导叶上、下端面间隙的取值范围，抵消了导叶上浮趋势。将顶盖顶起后重新安装，释放了新机组运行过程中产生的变形应力。2号机完成导叶端面间隙重新调整后，通过运行检验，说明采取的方法措施是正确的，希望对今后类似大型机组水轮机的导叶防抬减压及端面间隙的调整分配有一定的借鉴作用。

参考文献

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[4]奚旭东.浅谈桐柏水轮发电机组轴承油循环系统的改造[J].中国水能及电气化，2015(7).

的径向和切向负荷，因此，对于鲁地拉水电站直径大、重量重、支臂多的巨型下机架，对安装质量和工艺提出了更加苛刻的要求。在装焊过程中，需要特别注意以下环节：下机架组装精度的控制，包括中心体水平度、支臂半径、支臂弦长、支臂水平度等相关尺寸的控制；支臂焊接工艺确定及焊接过程中下机架变形控制，是下机架组装技术的关键；中心及高程控制也是下机架安装的关键技术，尤其是考虑到整个转动部件的重量负荷，根据以往类似机组经验，下机架的安装高程需比设计值高约0.5mm左右。

Analysis on turbine guide vane end clearance adjustment and influence

factors in Jinping First Cascade Hydropower Station

WANG Xuan, BAI Gang

(SinohydroBureau3Co.,Ltd.,Xi’an710032,China)

Abstract:Large turbine guide vane end clearance has important influence on efficiency index and safe stable operation of the whole turbine generator unit. In the paper, adjustment and influence factors of guide vane end clearance in Jinping Hydropower Station No.2 machine are analyzed. It is expected that the paper can provide certain reference for the adjustment and clearance distribution of large-scale mixed flow turbine generator unit guide vane end clearance.

Key words:guide vane; end clearance; Jinping First Cascade Power Station; adjustment

中图分类号：TV734.2

文献标识码：A

文章编号：1673-8241(2015)12-0037-05

DOI:10.16617/j.cnki.11- 5543/TK.2015.12.012