水泵水轮机导叶间隙的影响因素及调整方法

葛军强

（国网新源控股有限公司，北京市 100761）

水泵水轮机导叶间隙的影响因素及调整方法

葛军强

（国网新源控股有限公司，北京市 100761）

水泵水轮机的导叶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，通过分析和实际应用，本文总结了在水泵水轮机设计制造、安装过程中对导叶间隙影响的因素及调整方法。

水泵水轮机；导叶；间隙；调整

0 引言

水泵水轮机导叶间隙包括端面间隙和立面间隙。根据《水轮机、蓄能泵和水泵水轮机通流部件技术条件》（GB/T 10969—2008）规定，导叶端面总间隙不应超过导叶高度的0.1%；立面间隙不超过0.05mm且长度小于导叶高度的1/4。导叶间隙增加不但会产生容积损失，更会使机组效率下降，如导水机构漏水严重，甚至会出现导叶全关后机组转速降不下来，从而无法停机。但导叶间隙过小，会使导叶开闭过程中产生卡涩，情况严重将会使导叶无法开闭。因此，机组安装过程中保证合理的导叶间隙对今后机组的安全稳定运行至关重要。根据导叶的操作方式，抽水蓄能机组导水机构一般可分为控制环和单导叶接力器两类，两类导水机构导叶端面间隙调整的方式基本相同，但立面间隙的调整则有所不同，本文主要从有控制环的导水机构探讨影响导叶端面间隙和立面间隙的因素及调整方法。

1 抽水蓄能机组导水机构结构

导水机构（见图1）主要由底环、顶盖、活动导叶、控制环、导叶操作机构及附件等组成，其中，顶盖与底环分别固定在座环上、下环上，活动导叶布置在顶盖与底环之间，控制环布置在顶盖上，导叶接力器与控制环连接，分别为机械锁定接力器、液压锁定接力器。一般情况下，顶盖、控制环分两瓣到货，底环整体到货。

顶盖作用是与底环等设备形成转轮室，支承水导轴承、主轴密封、上迷宫环、检修密封、导叶、顶盖抗磨板等，为分瓣组合结构。底环作用是与顶盖等设备形成转轮室，支承下迷宫环、泄流环、导叶、底环抗磨板等，为整体结构，浇筑在混凝土里。为防止顶盖/底环环面生锈，在其上安装有整体结构的不锈钢抗磨环。为减少水力损失在顶盖/底环与转轮上迷宫环相应的位置装设有上下迷宫环。下迷宫环中心就是整个机组安装时的中心。

图1 某抽水蓄能电站导水机构装配图

导水叶及操作机构主要包括：导叶、接力器、控制环、导叶臂、限位装置、止推装置、剪断销等。导叶作用是切断控制水流，调节机组流量从而调整机组出力；导叶接力器由油压操作，受调速器系统控制，连接控制环；控制环把接力器的操作力通过导叶臂传递给各导叶，并使各导叶同时作开关动作；限位装置是防止导叶开启超过最大角度、关闭超过最小角度，止推装置为防止导叶上下窜动而发生角度磨损，从而起到保护导叶的作用。连接板与导叶臂之间采用摩擦与减断销双重连接方式，摩擦力来自拐臂上镶嵌的摩擦材料及螺栓紧固力，动作时两者之间的摩擦滑开连接失效和减断销失效， 起到保护导叶的作用。

2 导水机构安装程序

在导水机构正式安装前，应首先检查座环上下法兰、上下环平面度，满足厂家技术要求后，开始导水机构各部件安装。首先吊装底环，底环吊入机坑调整好方位后，吊装下止漏环，测量下止漏环和座环上环板同心度来调整底环中心。之后将转轮吊入机坑，并依次预装导叶、顶盖，导叶预装一半，顶盖与座环把合螺栓60%预紧力，初步测量导叶端面间隙。将顶盖吊出，导叶正式安装后，正式安装顶盖、控制环、导叶臂、接力器，导水机构全部安装后，测量导叶端面间隙、立面间隙。某抽水蓄能电站导水机构安装流程见图2。

3 导叶端面间隙影响因素及调整方法

3.1 影响端面间隙的因素

（1）工厂机加工精度。主要是各加工面水平度和平面度，包括座环下端面与底环的结合面，座环下环板与底环结合面，座环上端面与顶盖结合面，导叶上下端面，顶盖与底环导叶轴孔同心度等。因此，应尽可能在工厂内，通过制定合理的加工工艺，选择适当的加工设备，使导叶满足加工精度要求。

图2 某抽水蓄能电站导水机构安装流程图

（2）座环变形。根据水轮机的安装进度要求，座环一般需要提前分瓣运输到工地，导水机构在工厂内预装时无法与座环配合。座环运输到工地后，需在工地现场焊接组合缝、蜗壳凑合节、蝶形边、进水直管段等，特别是组合缝的焊接，由于应力变化将对座环上环、下环面的平面度有一定影响。同时，蜗壳在保压浇筑混凝土时，尽管有缓冲垫的保护，但还是会对座环与顶盖、底环配合的结合面产生不同程度的影响。因此，导水机构在工厂内预装时，端面间隙即使满足图纸要求，在电站现场安装后也可能存在误差。

（3）顶盖与底环的变形。导水机构安装后，顶盖与座环的把合螺栓、底环与座环的把合螺栓全部按设计值把合后，可能会使座环与顶盖、底环的结合面间隙变小，从而影响到导叶上下端面间隙。因此，需要在导叶、顶盖预装时，把合螺栓按照100%预紧力紧固螺栓，并测量上下端面间隙。例如，某抽水蓄能电站导水机构预装时，座环与顶盖、底环均紧固一半把合螺栓，螺栓拉伸为设计值的60%，测量导叶端面间隙基本符合厂家设计要求（0.4～0.6mm)，正式安装后（把合全部螺栓，拉伸100%），导叶端面间隙普遍减少0.2mm。

3.2 调整端面间隙的方法

（1）端面间隙偏小时的调整方法。

1)打磨法。打磨座环：可根据导叶间隙测量数据确定座环打磨量，对座环的上环面、下环面、上法兰、下法兰等部位的平面进行打磨。打磨导叶上下端面：将端面间隙超差的导叶拔出，按照设计分配量，打磨上下端面。打磨底环、顶盖抗磨板：理论上，导叶端面间隙偏小的话，可以通过打磨底环和顶盖上的抗磨板，从而可使导叶上下端面间隙增加。但是，顶盖和底环抗磨板的结构设计上，一般装配有0.2mm的封水带，将封水带打磨后将影响导叶的止水效果，因此，不建议打磨顶盖和底环抗磨板。

2)加垫法。一般情况下，如果端面间隙偏小，可考虑在座环上环面与顶盖的结合面加装垫片，通过提升顶盖高度来加大上端面间隙。但还要看顶盖具体的结构设计，有的机组顶盖与座环的结合面设计有凹槽，并装配有密封圈，便不具备装配垫片的条件。

（2）端面间隙偏大时的调整方法。

1)补焊法。当有个别导叶端面间隙偏大时，可考虑用小电流补焊一层不锈钢，并用砂轮按照厂家技术要求磨平。

2)加垫法。如果端面间隙普遍偏大，可考虑在座环下环面与底环的结合面加装垫片，通过提升底环高度来减低导叶下端面间隙。但也要看底环具体的结构设计，有的机组底环与座环的结合面设计有凹槽，并装配有密封圈，便不具备装配垫片的条件。

导叶端面总间隙根据现场实际调整后，按照设计要求，通过调整导叶端盖与导叶的固定螺栓，对上下端面间隙进行分配。端面间隙（见图3）分配完毕后，采用压铅法测量调整导叶端盖与套筒间垫片的厚度。首先用外径千分尺对称测量预装垫片4个厚度并标记测量位置，然后打开导叶端盖，将预装垫片放在安装位置，剪4根长度L=10mm的直径为φ4的铅丝，放置在预装垫片的4个测量位置，盖上导叶端盖。在导叶上部和下部安装两块百分表，用导叶提升装置提升导叶，接近设计间隙时用塞尺检查，然后慢慢提升到设计间隙，最终间隙以塞尺读数为准。到达设计间隙后把导叶放下，打开端盖后按照编号取出铅丝，用外径千分尺测量铅丝厚度（H铅）并记录。按照此步骤测量余下的导叶。按照公式H垫=H0+H铅计算出每个调整垫片的厚度，然后根据所测厚度加工垫片。

图3 导叶端面间隙测量示意图

4 导叶立面间隙的影响因素及调整方法

4.1 影响立面间隙的因素

（1）导叶立面的加工尺寸及精度。导叶立面加工尺寸偏差大，直线度不满足要求，以及导叶立面密封面上有毛刺、压痕等缺陷，相互配合不能完全压紧。厂内预装时，如果活动导叶立面间隙超标，须通过活动导叶修型来保证活动导叶立面间隙满足厂家技术要求。

（2）导水机构相关部件的安装精度。例如导叶安装过程中，顶盖与底环安装不同心，造成整个导叶倾斜产生立面间隙；控制环与顶盖不同心，造成导叶开度不均匀。

（3）导叶压紧行程。接力器在安装调试过程中，当接力器移动到全关位置，再向关闭方向多走一些，多移动距离产生的行程势能，必然会使传动机构发生弹性变形，就会在导叶之间形成一定的压紧力，使其正好抵抗水压作用，维持导叶的严密关闭，接力器在全关以后多走的这一点行程就叫压紧行程。导叶在全关位置时，接力器油压从60%额定油压降到0油压，活塞移动的距离为实际压紧行程。因此，如果压紧行程不合理，势必会造成导叶立面间隙增加。

（4）主副接力器动作一致性。理论上，接力器行程与导叶开口行程呈线性变化，如果一个接力器动作，另一个接力器动作滞后，肯定会影响到导叶开度的变化，使导叶间隙变化，造成导叶立面间隙增加。例如，某抽水蓄能电站导叶接力器行程411mm(不含压紧行程)，导叶最大开口334mm，如果主副接力器推拉杆动作相差1mm，那么导叶在理论上会产生0.81mm开口距离，势必会造成导叶立面间隙增加（见图4）。

图4 某抽水蓄能电站导叶接力器行程与导叶开度关系图

4.2 调整立面间隙的方法

（1）捆绑法。在导叶安装过程中，如果立面间隙普遍超标，可采用此法。拆除全部拐臂，使导叶不受外力控制，处于自由状态，用钢丝绳在导叶中部捆绑一圈半，一头固定在固定导叶上，另一头通过拉紧器挂在吊钩上，关闭导叶并拉近钢丝绳。在拉紧过程中，可用铜棒敲击，使其关闭紧密。捆绑后，导叶轴发生了角位移，使得可调式连臂的两销孔之间的距离要随之改变才能装上；而对于不可调式连臂，则要根据导叶传动机构的结构，采用其他办法解决。

（2）补焊法。当有个别导叶立面间隙超标，且长度已超过导叶长度的1/4，可考虑用小电流补焊一层不锈钢，并用砂轮按照厂家技术要求磨平，并保证截面型线没有变化。

导叶立面间隙测量示意图见图5。

图5 导叶立面间隙测量示意图

5 结语

（1）设计制造过程中，在结构设计及制造工艺方面应尽可能采取可靠措施，在工厂内预装导水机构时，充分吸取已有机组的制造安装经验和教训（比如，导叶止推压板与止推环间的间隙），严格工厂内部检验制度，切实提高制造质量和工艺水平，确保满足工地实际安装要求。

（2）导叶端面和立面间隙的调整方法中，不管打磨、加垫还是补焊，一般都要吊出底环、导叶、顶盖、控制环等导水部件，工作量大、工期长，因此，安装过程中，可充分借鉴已安装机组的测量数据，统筹考虑座环、底环、顶盖、导叶等部件的同心度、平面度（比如，座环打磨量可根据已安装机组导叶端面间隙统筹考虑），应尽可能提高导水机构的安装质量。

[1]李浩良，孙华平.抽水蓄能电站运行与管理[M].杭州：浙江大学出版社，2013.

[2]赵海刚，姜秀丽.水轮机导叶端面间隙的控制[J].机电工程，2006，23（11）：24-26.

葛军强（1981—），男，硕士，工程师，主要从事抽水蓄能电站水机专业管理。

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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