趙 輝，儲百生，陳 林

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051）

基于水輪機(jī)導(dǎo)葉漏水量簡易測定方法的探討

趙 輝，儲百生，陳 林

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051）

導(dǎo)葉漏水量是評定中高水頭大型水輪發(fā)電機(jī)制造、安裝和檢修質(zhì)量的重要指標(biāo)。以某大型電站為案例，通過進(jìn)水口閘門前、后水位變化對導(dǎo)葉漏水量進(jìn)行測定與驗(yàn)證，本測定方法簡單實(shí)用，具有較高的實(shí)用價值。

導(dǎo)葉漏水量；水位；測定；實(shí)用

0 引言

導(dǎo)葉漏水量是評定中高水頭大型水輪發(fā)電機(jī)制造、安裝和檢修質(zhì)量的重要指標(biāo)。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)封水不嚴(yán)密，不但會增加漏水量，而且會加劇間隙空蝕破壞，導(dǎo)葉關(guān)閉后漏水嚴(yán)重時，甚至可能造成機(jī)組無法停機(jī)。通過導(dǎo)葉漏水量測試了解機(jī)組狀態(tài)，提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料，為機(jī)組穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和提供檢修質(zhì)量提供技術(shù)依據(jù)。

導(dǎo)葉漏水量指標(biāo)應(yīng)用在水輪發(fā)電機(jī)組檢修前測量導(dǎo)葉在關(guān)閉狀態(tài)下的漏水量，以便評定其檢修工作量。檢修后通過測量導(dǎo)葉漏水量以檢查水輪機(jī)檢修質(zhì)量。同時，也便于確定機(jī)組在停機(jī)工況下的耗水量。

下面通過對進(jìn)水口閘門前、后水位變化來測定導(dǎo)葉漏水量方法的介紹，總結(jié)探討測量方法的技術(shù)要點(diǎn)。

1 原理介紹

導(dǎo)葉漏水量測定是在壓力鋼管充滿水、被測機(jī)組進(jìn)水閘門和導(dǎo)葉處于關(guān)閉狀態(tài)下，采用標(biāo)準(zhǔn)壓力表（變送器）測量進(jìn)水口閘門的水位變化，繼而可得鋼管內(nèi)水位垂直變化。將工作閘門和導(dǎo)葉間水體看作一個整體，其變化來自于導(dǎo)葉漏水量QD和閘門進(jìn)水量QM。一般地，大型水電站的進(jìn)水口閘門均設(shè)置有充水閥，通過充水閥在閘門提門前對壓力鋼管進(jìn)行充水，實(shí)現(xiàn)對閘門靜水平壓提門。當(dāng)機(jī)組的壓力鋼管通過充水閥充水完畢后，出現(xiàn)導(dǎo)葉漏水量QD和閘門進(jìn)水量QM相等情形，此時閘門后水位不再發(fā)生變化，與閘門前水位有一偏差值，通過測定水位偏差值?？捎?jì)算出水輪機(jī)的導(dǎo)葉漏水量QD。

2 閘門進(jìn)水量QM計(jì)算

進(jìn)水口閘門在關(guān)閉狀態(tài)下，對機(jī)組壓力鋼管充水時，閘門進(jìn)水量QM為閘門關(guān)閉嚴(yán)密的漏水量QL與充水閥的充水量QC之和。閘門關(guān)閉嚴(yán)密的漏水量QL的流量較小，在機(jī)組檢修期進(jìn)入壓力鋼管后，通過觀察測量可得到數(shù)據(jù)。一般地，在機(jī)組壓力鋼管充水后，漏水量QL不大，可忽略不計(jì)。

充水閥的充水量QC通過流量計(jì)算公式QC=μ·為流量；μ為流量系數(shù)，μ取0.62；A為孔口斷面面積；△Z為孔口以上水頭）可以算出?！鱖通過讀取閘門前后水位的差值可得出。

3 案例應(yīng)用

3.1 案例電站

某水電站裝機(jī)4臺600 MW混流式機(jī)組，水輪機(jī)參數(shù)如表1所示。

表1 案例電站水輪機(jī)基本技術(shù)參數(shù)

3.2 導(dǎo)葉漏水量計(jì)算

在2號機(jī)組導(dǎo)葉關(guān)閉狀態(tài)下，通過快速事故閘門上的充水閥對機(jī)組壓力鋼管充水，充水到快速事故閘門的門后水位持續(xù)0.5 h以上不再發(fā)生變化時，檢查快速事故閘門的門前、門后水位差值為0.8 m。已知充水閥的直徑D為600 mm，在0.8 m的水位差下，通過流量計(jì)算公式，可得：

4 采用通氣孔法驗(yàn)證

4.1 通氣孔法測試導(dǎo)葉漏水量原理

通氣孔測量導(dǎo)葉漏水量QD基于兩個因素，一是利用通氣孔作為水位下降的測量段，二是測試時確定進(jìn)口閘門的關(guān)閉時間，漏水量計(jì)算以這一時刻作為時間基準(zhǔn)。在進(jìn)口閘門關(guān)閉的時刻，閘門上下游壓力相同，通過閘門的漏水量近于零。利用測試曲線進(jìn)行計(jì)算，將H對t微分，可得出閘門關(guān)閉時刻通氣管水位下降的速率，進(jìn)而得到水體變化速率，由于閘門漏水量近于零，此水體變化速率即為導(dǎo)葉漏水量QD。

導(dǎo)葉漏水量可以通過快速事故工作閘門后的通氣孔水位變化測量求得，通氣孔的形狀為下喇叭口結(jié)構(gòu)，在上游水位為1 322.7 m時，水面頂部端面為1.176 m×6.600 m矩形斷面，底部斷面為1.500 m× 6.600 m矩形斷面，平均段面面積為F=1.338m×6.600m =8.8308 m2，測量原理示意圖如圖1所示。

圖1 通氣孔測量漏水量原理示意圖

4.2 導(dǎo)葉漏水量QD計(jì)算［1］

對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，可得導(dǎo)葉前后壓力水頭H與時間t的變化關(guān)系式為：

H=0.00003 t2-0.0764t+113.46

則a=0.00003，b=-0.0764，c=113.46

擬合關(guān)系相關(guān)系數(shù)為R2=0.9999，回歸精度較高（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)趨勢見圖2）。

由Q1=F×（b2+4aH-4ac）0.5可得：

圖2 通氣孔法測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)趨勢圖

Q1=8.8308×（0.00583696+0.00012H-0.0136152）0.5因試驗(yàn)時，閘門全關(guān)，充水閥關(guān)閉，漏水量非常小，可以忽略不計(jì)，即Q2=0。所以，可以求得導(dǎo)葉漏水量：Q=Q1=8.8308×（0.00583696+0.00012H-0.0136152）0.5

機(jī)組額定水頭為115 m，帶入上式可得導(dǎo)葉漏水量為：Q=0.6853 m3/s。

4.3 導(dǎo)葉漏水量測量方法的比較

采用通氣孔法測算的水輪機(jī)導(dǎo)葉漏水率為0.6853 m3/s，與通過進(jìn)水口閘門的前、后水位變化來進(jìn)行測定導(dǎo)葉漏水量的數(shù)據(jù)具有一致性。在實(shí)際應(yīng)用中，為保證測量的重要性，可以同時采用以上兩種方法，進(jìn)行驗(yàn)證。但通過進(jìn)水口閘門前、后水位的測量方法，方便實(shí)用，不失準(zhǔn)確性，而且快捷。

5 總結(jié)

采用通過進(jìn)水口閘門的前、后水位變化來進(jìn)行測定水輪機(jī)組導(dǎo)葉漏水量的電站需要具備以下條件：1）水電站機(jī)組采用單元布置方式，一根引水管道供應(yīng)1臺水輪發(fā)電機(jī)組；2）水電站基礎(chǔ)設(shè)施中，進(jìn)水口閘門具備充水閥結(jié)構(gòu)；3）能準(zhǔn)確測量進(jìn)水口閘門的前后水位值，可以通過傳感器進(jìn)行，也可以現(xiàn)場通過臨時性的水位測量元件，如超聲波距離測量儀。

6 結(jié)語

一般地，導(dǎo)葉漏水量是大型水輪發(fā)電機(jī)的現(xiàn)場考核性試驗(yàn)。尤其是在機(jī)組運(yùn)行一段時間后，對機(jī)組進(jìn)行導(dǎo)葉漏水量測試，可以了解水輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，為機(jī)組的運(yùn)行與檢修進(jìn)行指導(dǎo)［2］。本文中提供的測定方法簡單實(shí)用，且不失準(zhǔn)確性，具有較高的實(shí)用價值，為同類水力發(fā)電廠進(jìn)行水輪機(jī)導(dǎo)葉漏水量的測定提供參考。

［1］四川省電力工業(yè)調(diào)整試驗(yàn)所.2號機(jī)組導(dǎo)葉漏水量測試報告［R］，2013.

［2］GB/T15468-2006水輪機(jī)基本技術(shù)條件［S］.

TV738

B

1672-5387（2016）10-0009-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.10.003

2016-07-19

趙 輝（1983-），男，工程師，從事水電廠自動化方面的技術(shù)應(yīng)用及檢修工作。