高 陽(yáng)，高 山，張恩博

（1.白山發(fā)電廠，吉林 吉林 132000；2.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110179；3.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

白山發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組導(dǎo)葉漏水量測(cè)試計(jì)算與研究

高 陽(yáng)1，高 山2，張恩博3

（1.白山發(fā)電廠，吉林 吉林 132000；2.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110179；3.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

對(duì)于多年運(yùn)行的老式水輪機(jī)，其導(dǎo)水機(jī)構(gòu)漏水量會(huì)越來(lái)越大。由于漏水，使導(dǎo)葉密封面產(chǎn)生很大氣蝕磨損，漏水嚴(yán)重時(shí)，導(dǎo)致機(jī)組潛動(dòng)，嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行。鑒于此，通過(guò)白山2號(hào)機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)改造，采用精確方法測(cè)量改造前后導(dǎo)葉漏水量，解決機(jī)組漏水量偏大、機(jī)組潛動(dòng)問(wèn)題，將改造后漏水量減少到機(jī)組額定流量的3‰以下。

導(dǎo)葉；漏水量；水頭

1 概述

白山發(fā)電廠一期電站2號(hào)機(jī)組為300 MW懸式混流水輪發(fā)電機(jī)組，于1983年12月投產(chǎn)，至今已運(yùn)行30余年。由于該機(jī)組是國(guó)產(chǎn)第一批300 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，受當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)、材料、工藝等多方面因素影響，設(shè)備老化問(wèn)題日趨嚴(yán)重，目前機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中暴露出很多問(wèn)題，存在多方面隱患，給設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)威脅。尤其是導(dǎo)葉漏水量逐年增大，機(jī)組經(jīng)常出現(xiàn)潛動(dòng)問(wèn)題，嚴(yán)重影響機(jī)組安全，因此有必要通過(guò)精確方法測(cè)量水輪機(jī)導(dǎo)葉漏水量，檢驗(yàn)改造前后機(jī)組導(dǎo)葉漏水量（包括閘門(mén)漏水量）是否滿(mǎn)足規(guī)程要求，評(píng)定導(dǎo)葉止封效果，為改造機(jī)組提供數(shù)據(jù)支持。

2 測(cè)試原理及遵循條件

測(cè)量導(dǎo)葉漏水量采用容積法，導(dǎo)葉漏水量測(cè)試相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1，導(dǎo)葉漏水測(cè)量原理示意圖見(jiàn)圖1。

式中：D為壓力管道內(nèi)徑，7.5 m；h為管道內(nèi)水位的變化（h＝h1-h2），m；α為管道傾斜角度，60°；t為時(shí)間，s。試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)以斜直規(guī)矩管段為準(zhǔn)，測(cè)量時(shí)管道內(nèi)充滿(mǎn)水，被測(cè)機(jī)組導(dǎo)葉處于關(guān)閉狀態(tài)，采用壓力傳感器測(cè)量壓力鋼管壓力變化，即在斜直段上，采集壓力管道壓力值，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后可得管道內(nèi)水位垂直變化，在已知壓力管道內(nèi)徑及管道傾斜角時(shí)，求得導(dǎo)葉漏水量：

表1 導(dǎo)葉漏水量測(cè)試相關(guān)參數(shù)

圖1 導(dǎo)葉漏水測(cè)量原理示意圖

在進(jìn)行導(dǎo)葉漏水量測(cè)量時(shí)，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)；機(jī)組技術(shù)供水和生活用水等閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)；進(jìn)水閥門(mén)（檢修閘門(mén)）處于關(guān)閉狀態(tài)。

3 實(shí)際導(dǎo)葉漏水量分析

采用容積法測(cè)量導(dǎo)水機(jī)構(gòu)漏水量時(shí)，其實(shí)際導(dǎo)葉漏水量還與進(jìn)水閥門(mén)漏水量有關(guān)，因此實(shí)際導(dǎo)葉漏水量q′應(yīng)計(jì)入導(dǎo)葉前進(jìn)水閘門(mén)的漏水流量Δq。

為了求得真實(shí)的導(dǎo)葉漏水流量，還需進(jìn)行進(jìn)水閘門(mén)漏水量的估測(cè)。

4 導(dǎo)葉前閘門(mén)漏水量估測(cè)與計(jì)算

閘門(mén)漏水量的測(cè)量采用估測(cè)法，即放空鋼管內(nèi)積水打開(kāi)鋼管進(jìn)孔檢查，若存在漏水則可用估測(cè)的方法算出漏水流量。具體步驟如下。

取平直管段L1＝10 m，量取水流流經(jīng)鋼管水面的平均弦長(zhǎng)（L2）10次，取其平均值，見(jiàn)表2；水流的流速采用浮球漂流L1＝10 m距離，同時(shí)用秒表測(cè)取漂離時(shí)間。為了保證測(cè)試的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)共測(cè)取10次，見(jiàn)表3。

表2 水面寬度（弦長(zhǎng)） m

表3 浮漂移動(dòng)時(shí)間 s

由表2計(jì)算平均弦長(zhǎng)為L(zhǎng)2＝2.20 m，由表3計(jì)算平均時(shí)間為t＝106 s。

平管段水流截面見(jiàn)圖2，水流的平均速度為V＝L1/t＝0.094（m/s），根據(jù)幾何原理，計(jì)算扇形圓心角為因此，θ＝34.12°。過(guò)水面積為閘門(mén)漏水量為Δq＝F×V＝0.023 m3/s。

圖2 鋼管平直管段斷面示意圖

5 導(dǎo)葉漏水量的換算

由于電站水庫(kù)水位頻繁變化，電站水頭也隨之變化，導(dǎo)致作用在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)上水頭不同，導(dǎo)葉漏水量也不同。故在測(cè)量導(dǎo)葉漏水量的同時(shí)，還必須記錄相應(yīng)的上庫(kù)水位和下庫(kù)水位，測(cè)量時(shí)水位按照導(dǎo)葉漏水時(shí)壓力傳感器中心高程及測(cè)量前后壓力傳感器中位值來(lái)確定管道內(nèi)水位平均高程，得出上、下游水位差值H′。流量計(jì)算時(shí)還必須按試驗(yàn)時(shí)的水頭H，將q′換算為對(duì)應(yīng)于水頭H下的導(dǎo)葉漏水流量q，計(jì)算和換算過(guò)程見(jiàn)表4，換算公式為

表4 換算到機(jī)組特征水頭下的導(dǎo)葉漏水量計(jì)算表

6 結(jié)論

a.機(jī)組大修前：在試驗(yàn)水頭 112.64 m下，導(dǎo)葉漏水量為1.089 m3/s，換算到設(shè)計(jì)水頭112 m和最大水頭126 m的導(dǎo)葉漏水量分別為1.086 m3/s和1.152 m3/s。GB/T15468—2006《水輪機(jī)基本技術(shù)條件》中5.7.1條規(guī)定：額定水頭下導(dǎo)葉漏水量不大于水輪機(jī)額定流量的3‰，白山2號(hào)機(jī)額定流量為307 m3/s，導(dǎo)葉最大漏水量不應(yīng)大于0.921 m3/s，實(shí)測(cè)導(dǎo)葉最大漏水量1.152 m3/s，超出規(guī)程要求，說(shuō)明導(dǎo)葉間隙密封不良，導(dǎo)葉剛性較差導(dǎo)致其變形。

b. 機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)更新改造后：在試驗(yàn)水頭113.55 m下，導(dǎo)葉漏水量為0.126 m3/s，換算到設(shè)計(jì)水頭112 m和最大水頭126 m的導(dǎo)葉漏水量分別為0.125 m3/s、0.133 m3/s。改造后的水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量為310 m3/s，按照規(guī)定導(dǎo)葉最大漏水量不應(yīng)大于0.93 m3/s，實(shí)測(cè)導(dǎo)葉最大漏水量為0.133 m3/s，滿(mǎn)足規(guī)程要求。

c. 說(shuō)明水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)更新改造后，端部及立面密封得到較好改善，消除了改造前導(dǎo)葉漏水量嚴(yán)重超標(biāo)缺陷，達(dá)到了規(guī)程規(guī)定最大漏水量不大于機(jī)組額定流量3‰的要求，無(wú)論從節(jié)能方面還是從機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行方面都達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，保證了機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

［1］劉小亭，李維藩.水力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試手冊(cè) ［M］.北京：水利電力出版社，1993.

［2］曹衛(wèi)華，趙 越，陳金霞，等.測(cè)量水輪機(jī)導(dǎo)葉漏水的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流孔板法 ［J］.大電機(jī)技術(shù)，2008，38（3）：34-37.

［3］宋明軒.消除水輪機(jī)停機(jī)狀態(tài)導(dǎo)葉漏水的探討 ［J］.東北電力技術(shù)，2000，21（10）：22-23.

［4］水輪機(jī)基本技術(shù)條件：GB/T 15468—2006［S］.

Test Calculation and Research on Baishan No.2 Hydraulic Turbine Guide Vane Water Leakage

GAO Yang1，GAO Shan2，ZHANG Enbo3
（1.Baishan Power Plant，Jilin，Jilin 132000，China；2.Liaoning Dongke Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110179，China；3.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

Water leakage of hydraulic turbine wicket gates is a common problem.In this paper，through the transformation of Baishan No.2 hydraulic turbine wicket gates，guide vanes water leakage transformation are measured by using accurate method.The problems of big leakage and unit creep are solved and reducing water leakage to below the rated flow rate of 3/1000 after the transformation.

guide vane，water leakage，water head

TM621

A

1004-7913（2017）03-0042-03

高 陽(yáng)（1978），男，學(xué)士，從事水輪發(fā)電機(jī)組性能測(cè)試工作。

2017-01-03）