李志鸿

摘 要：混流式水轮机导叶机构是水利枢纽的重要设备，其运行质量对水利机组的安全运作有着较大的影响。结合工程实例，阐述水轮机导叶机构漏水的危害和测量工作，重点探讨导叶机构漏水现象的原因，并提出可行的技术改造方案，以供实践参考。

关键词：水利机组；混流式；水轮机；导叶机构

中图分类号：TK733.1 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）06-0050-02

目前，部分水利机组由于运行年限较长，导叶机构中的部分设备出现严重磨损，使各传动部件的配合间隙增大，导致导叶机构的漏水量增大。导叶漏水量过大则意味着机组运行效率和水能利用率偏低，漏水严重时还可能会影响到水轮机组的整体运行。因此，设备管理人员必须重视水轮机导叶机构的漏水现象，针对漏水现象采取必要的技术改造方案和措施，尽可能避免导叶机构漏水量过大。

1 工程概况

以混流式水轮发电机为例，后期对发电机组进行增容改造，有两台单机容量增至115 MW，目前总装机容量为430 MW，实际多年平均流量为228 m3/s，年平均发电量达到1.523×108 kW·h。混流式水轮发电机组的型号为HL662-LJ-410，设计水头89 m，设计流量135 m3/s，额定转速150 r/min。该型号机组自1965年第一台机组投入发电至今，运行40余年。

2 漏水的危害和测量

2.1 漏水危害的定义

漏水危害指的是发电机组在停止运作的情况下，工作轮前端的导叶处于关闭状态，操作工作轮压力钢管内的水源处于完全密封状态，保证工作轮开始转动时提供最大水流量，使水能转换成最有效的机械能，当导水叶密封不严时，部分水流通过导水叶流失，造成资源浪费，严重时将导致机组误开机。

2.2 漏水对导水机构的危害

机组停机时导水机构封水必须严密，否则不但会增加漏水量，也会加剧间隙空蚀破坏。导叶关闭后，如果漏水严重，可能造成机组无法停机。

2.3 漏水对机组调节的危害

对于中、高水头，并在电网中担任尖峰负荷的机组来说，减少停机时的漏水损失尤为重要，因为这些机组有相当长时间处于停机状态。

机组在较长时间内低速运行对推力轴承稳定运行带来严重影响，同时还会造成漏气量大、压水不到位，从而导致较大的有功功率损失。

2.4 漏水量的计算公式

计算漏水量时，可利用单位时间内压力管道的漏水量qG进行估算。由于进水闸门存在不同程度的漏水量，因此，qG并不是导叶实际漏水量，而导叶实际漏水量qD为：

qD=qZ±qG. （1）

式（1）中：qD——导叶实际漏水量，m3/s；

qZ——进水闸门漏水量，m3/s；

qG——压力管道漏水量，m3/s。

qZ可在机组检修过程中，通过对压力管道内的漏水水流断面面积和漏水水流流速的测定求得。

在关闭工作闸门测量压力管道的漏水量时，如果工作闸门的侧路阀漏水较大时，在（1）式中应加上。如果蜗壳排水阀或钢管排水阀漏水较大时，在（1）式中应减去。

2.5 导水叶立面间隙的测量

测量导水叶立面间隙通常在导水叶全关闭且有油压下进行，为了确保数据准确，也可在无油压下进行复测。测量点主要在两个导水叶搭接面的上、中、下三个部位。

3 导水叶漏水的原因

3.1 接力器压紧行程对漏水量的影响

3.1.1 压紧行程作用

导水叶漏水量不仅与导水叶的端面、立面间隙有直接的关系，与接力器的压紧行程也密切相关。导叶关闭时，由于蜗壳水压的作用，操作臂变形，各轴销与轴套之间存在间隙，导叶有向开侧方向移动的趋势。为了避免由此引起漏水现象，导叶关闭后还要向关侧移动几毫米，以保证过紧量。

3.1.2 压紧行程的调节

压紧行程是通过调节两接力器与控制环之间连杆上的调整螺母来完成的。大、中型水轮机接力器的压紧行程为6～8 mm。

3.1.3 人为误差造成的漏水

在调节过程中，由于工作人员看刻度尺有误差，可能使两接力器的压紧行程不同步，两连杆长短出现轻微偏差，操作机构动作无法完全协调，也会导致漏水。

3.2 机组调节频繁导致的磨损

机组调节频繁，导致操作机构各连接部件磨损严重，且间隙过大。机组在运行期间要调节峰荷，如果调节频繁，会造成操作机构的连接轴销与轴套之间出现研磨现象。当磨损程度超过规定指标时，会使导水叶各部件间隙均发生变化，间隙值增大。操作机构无法控制导水叶完全关闭，而导水叶关闭不严是漏水的主要原因之一。

3.3 密封件易损导致漏水量增大

3.3.1 止漏装置的组成

导水机构的止漏装置包括导叶轴承止漏装置，导水机构在全关闭状态下为防止蜗壳中压力水流入下游装置的导叶与导叶之间的止漏装置，导叶与上、下环之间的止漏装置。

3.3.2 止漏装置的密封胶条

对于中、低水头的大、中型水轮机，导水叶的端面与立面的止水装置主要是依靠密封胶条有效防止漏水。当导叶完全关闭后，导叶尾部依靠接力器的作用力压紧在相邻导叶头部的密封胶条上，这种结构的密封易在运行中出现胶条被刮落的现象。

3.3.3 轴承止漏的主要部件

导水叶轴径与套筒配合密封，是通过U型胶圈和O型胶圈阻止漏水的。由于机组在长时间运行中不断往复运动，导水叶端面、立面和轴径与密封装置发生摩擦，密封胶条与U型胶圈和O型胶圈容易出现损坏，这也是导致导水叶漏水的原因之一。

4 改造技术方案

4.1 导水叶端面密封处理

根据机组原设计要求，导水叶上、下端面密封胶条的高度必须保证在2 mm左右。机组原设计密封材料的使用以中性橡胶为主。虽然橡胶制品的柔软性好，但硬度差，抗磨性较低，加工粗糙。同时，由于机组在运行中设备长时间浸在水里，出现锈蚀严重、结合面不光滑、凸凹不平等情况，致使漏水量仍较大。在对机组进行A级检修过程中，重新更换顶盖下端面和底环上端面所有的密封胶条，并在胶皮条安装槽内加装1 mm的胶皮板，有效提高胶皮条的高度，在满足规程要求的同时，缩短了胶条与顶盖和导叶之间的距离，从而减少了导叶与顶盖之间端面漏水量。

4.2 导水叶立面密封处理和间隙调整

4.2.1 导水叶立面胶条更换

在机组进行A级检修时，对所有导水叶立面密封胶条进行更换。通过对各种新型材料性能进行对比和现场试验，最后确定使用聚氨酯代替原中性橡胶材质。这种新型橡胶制品不仅提高了材料的抗磨性，也增加了抗空蚀强度。

4.2.2 立面间隙调整

机组安装完毕后，采取手动方式操作调速器，将导水叶完全关闭。在有油压的情况下，使用钢丝绳捆绑导水叶，将所有导水叶捆紧，然后用塞尺对两个相邻导水叶的立面进行测量。

4.3 导水机构双联臂更换

双联臂是调整导水叶立面间隙的主要部件，连接在控制环和拐臂之间，其长短直接影响导水叶立面间隙。导水机构双联臂材质为35号钢，长年在水车室内运行，受环境影响易产生严重锈蚀。因此，在每次检修结束后，必须对双联臂整体涂上防腐漆，保证不产生锈蚀。然而，在进行导水叶立面间隙调节过程中，双联臂力臂调整螺栓频繁出现乱扣问题，调整后导水叶立面间隙一直达不到理想状态。

4.4 加大接力器压紧行程调整力度

在满足接力器压紧行程技术指标的前提下，加大接力器压紧行程的压缩量，将接力器压紧行程调整到接近上限值。接力器压紧行程的调整主要通过伸长或缩短控制环推拉杆与接力器活塞推拉杆来完成。由于两推拉杆之间依靠调整螺母衔接，因此，旋转调整螺母正反方向，就能达到调整的目的。两台接力器的推拉杆与控制环推拉杆之间的螺母必须同时进行调整，调整长度保持一致才会使接力器操作倒水机构在完全关闭导水叶后的封闭效果最佳。

4.5 解决密封装置漏水问题

导水叶上、中、下轴径与各部轴套之间均属间隙配合，根据水轮机设计要求，各部间隙由下至上逐渐增大。各轴径与轴套之间的止水主要通过密封装置完成。当水流经过导水叶时，大量的杂质混在其中，水流强烈冲击导水叶的密封装置时，大量的杂质起了关键性破坏作用，造成密封装置出现漏水现象。在现场进行实际仿真试验，确定改变密封装置出厂原设计。在不改变各部轴径的基础上，通过缩小部分密封件的内径，减小与轴径之间的配合间隙达到止水的目的。同时，通过采用聚氨酯代替原中性橡胶更换U型密封圈的材质，在提高密封材料耐磨性的同时增强其硬度，最终达到止漏的目的。

5 结束语

通过探讨混流式水轮机导叶结构漏水处理工作可知，在机组导叶机构完全关闭的同时关闭工作闸门，工作闸门与导叶前压力钢管段存水保持时间由原来的1.5 min提升到现在的7 min，导叶结构漏水量由原来的0.94 m3/s下降到现在的0.42 m3/s，符合相关技术规范的要求。机组运行一个周期的各项数据都符合相关要求，表明导叶机构漏水处理工作取得了令人满意的效果。

参考文献

[1]赵当.水轮机导水机构漏水影响原因分析及处理[J].科技风，2013（23）.

[2]胡佳奇.浅谈混流式水轮机蜗壳的结构设计[J].黑龙江科技信息，2012（11）.

〔编辑：刘晓芳〕

根据机组原设计要求，导水叶上、下端面密封胶条的高度必须保证在2 mm左右。机组原设计密封材料的使用以中性橡胶为主。虽然橡胶制品的柔软性好，但硬度差，抗磨性较低，加工粗糙。同时，由于机组在运行中设备长时间浸在水里，出现锈蚀严重、结合面不光滑、凸凹不平等情况，致使漏水量仍较大。在对机组进行A级检修过程中，重新更换顶盖下端面和底环上端面所有的密封胶条，并在胶皮条安装槽内加装1 mm的胶皮板，有效提高胶皮条的高度，在满足规程要求的同时，缩短了胶条与顶盖和导叶之间的距离，从而减少了导叶与顶盖之间端面漏水量。

4.2 导水叶立面密封处理和间隙调整

4.2.1 导水叶立面胶条更换

在机组进行A级检修时，对所有导水叶立面密封胶条进行更换。通过对各种新型材料性能进行对比和现场试验，最后确定使用聚氨酯代替原中性橡胶材质。这种新型橡胶制品不仅提高了材料的抗磨性，也增加了抗空蚀强度。

4.2.2 立面间隙调整

机组安装完毕后，采取手动方式操作调速器，将导水叶完全关闭。在有油压的情况下，使用钢丝绳捆绑导水叶，将所有导水叶捆紧，然后用塞尺对两个相邻导水叶的立面进行测量。

4.3 导水机构双联臂更换

双联臂是调整导水叶立面间隙的主要部件，连接在控制环和拐臂之间，其长短直接影响导水叶立面间隙。导水机构双联臂材质为35号钢，长年在水车室内运行，受环境影响易产生严重锈蚀。因此，在每次检修结束后，必须对双联臂整体涂上防腐漆，保证不产生锈蚀。然而，在进行导水叶立面间隙调节过程中，双联臂力臂调整螺栓频繁出现乱扣问题，调整后导水叶立面间隙一直达不到理想状态。

4.4 加大接力器压紧行程调整力度

在满足接力器压紧行程技术指标的前提下，加大接力器压紧行程的压缩量，将接力器压紧行程调整到接近上限值。接力器压紧行程的调整主要通过伸长或缩短控制环推拉杆与接力器活塞推拉杆来完成。由于两推拉杆之间依靠调整螺母衔接，因此，旋转调整螺母正反方向，就能达到调整的目的。两台接力器的推拉杆与控制环推拉杆之间的螺母必须同时进行调整，调整长度保持一致才会使接力器操作倒水机构在完全关闭导水叶后的封闭效果最佳。

4.5 解决密封装置漏水问题

导水叶上、中、下轴径与各部轴套之间均属间隙配合，根据水轮机设计要求，各部间隙由下至上逐渐增大。各轴径与轴套之间的止水主要通过密封装置完成。当水流经过导水叶时，大量的杂质混在其中，水流强烈冲击导水叶的密封装置时，大量的杂质起了关键性破坏作用，造成密封装置出现漏水现象。在现场进行实际仿真试验，确定改变密封装置出厂原设计。在不改变各部轴径的基础上，通过缩小部分密封件的内径，减小与轴径之间的配合间隙达到止水的目的。同时，通过采用聚氨酯代替原中性橡胶更换U型密封圈的材质，在提高密封材料耐磨性的同时增强其硬度，最终达到止漏的目的。

5 结束语

通过探讨混流式水轮机导叶结构漏水处理工作可知，在机组导叶机构完全关闭的同时关闭工作闸门，工作闸门与导叶前压力钢管段存水保持时间由原来的1.5 min提升到现在的7 min，导叶结构漏水量由原来的0.94 m3/s下降到现在的0.42 m3/s，符合相关技术规范的要求。机组运行一个周期的各项数据都符合相关要求，表明导叶机构漏水处理工作取得了令人满意的效果。

参考文献

[1]赵当.水轮机导水机构漏水影响原因分析及处理[J].科技风，2013（23）.

[2]胡佳奇.浅谈混流式水轮机蜗壳的结构设计[J].黑龙江科技信息，2012（11）.

〔编辑：刘晓芳〕

根据机组原设计要求，导水叶上、下端面密封胶条的高度必须保证在2 mm左右。机组原设计密封材料的使用以中性橡胶为主。虽然橡胶制品的柔软性好，但硬度差，抗磨性较低，加工粗糙。同时，由于机组在运行中设备长时间浸在水里，出现锈蚀严重、结合面不光滑、凸凹不平等情况，致使漏水量仍较大。在对机组进行A级检修过程中，重新更换顶盖下端面和底环上端面所有的密封胶条，并在胶皮条安装槽内加装1 mm的胶皮板，有效提高胶皮条的高度，在满足规程要求的同时，缩短了胶条与顶盖和导叶之间的距离，从而减少了导叶与顶盖之间端面漏水量。

4.2 导水叶立面密封处理和间隙调整

4.2.1 导水叶立面胶条更换

在机组进行A级检修时，对所有导水叶立面密封胶条进行更换。通过对各种新型材料性能进行对比和现场试验，最后确定使用聚氨酯代替原中性橡胶材质。这种新型橡胶制品不仅提高了材料的抗磨性，也增加了抗空蚀强度。

4.2.2 立面间隙调整

机组安装完毕后，采取手动方式操作调速器，将导水叶完全关闭。在有油压的情况下，使用钢丝绳捆绑导水叶，将所有导水叶捆紧，然后用塞尺对两个相邻导水叶的立面进行测量。

4.3 导水机构双联臂更换

双联臂是调整导水叶立面间隙的主要部件，连接在控制环和拐臂之间，其长短直接影响导水叶立面间隙。导水机构双联臂材质为35号钢，长年在水车室内运行，受环境影响易产生严重锈蚀。因此，在每次检修结束后，必须对双联臂整体涂上防腐漆，保证不产生锈蚀。然而，在进行导水叶立面间隙调节过程中，双联臂力臂调整螺栓频繁出现乱扣问题，调整后导水叶立面间隙一直达不到理想状态。

4.4 加大接力器压紧行程调整力度

在满足接力器压紧行程技术指标的前提下，加大接力器压紧行程的压缩量，将接力器压紧行程调整到接近上限值。接力器压紧行程的调整主要通过伸长或缩短控制环推拉杆与接力器活塞推拉杆来完成。由于两推拉杆之间依靠调整螺母衔接，因此，旋转调整螺母正反方向，就能达到调整的目的。两台接力器的推拉杆与控制环推拉杆之间的螺母必须同时进行调整，调整长度保持一致才会使接力器操作倒水机构在完全关闭导水叶后的封闭效果最佳。

4.5 解决密封装置漏水问题

导水叶上、中、下轴径与各部轴套之间均属间隙配合，根据水轮机设计要求，各部间隙由下至上逐渐增大。各轴径与轴套之间的止水主要通过密封装置完成。当水流经过导水叶时，大量的杂质混在其中，水流强烈冲击导水叶的密封装置时，大量的杂质起了关键性破坏作用，造成密封装置出现漏水现象。在现场进行实际仿真试验，确定改变密封装置出厂原设计。在不改变各部轴径的基础上，通过缩小部分密封件的内径，减小与轴径之间的配合间隙达到止水的目的。同时，通过采用聚氨酯代替原中性橡胶更换U型密封圈的材质，在提高密封材料耐磨性的同时增强其硬度，最终达到止漏的目的。

5 结束语

通过探讨混流式水轮机导叶结构漏水处理工作可知，在机组导叶机构完全关闭的同时关闭工作闸门，工作闸门与导叶前压力钢管段存水保持时间由原来的1.5 min提升到现在的7 min，导叶结构漏水量由原来的0.94 m3/s下降到现在的0.42 m3/s，符合相关技术规范的要求。机组运行一个周期的各项数据都符合相关要求，表明导叶机构漏水处理工作取得了令人满意的效果。

参考文献

[1]赵当.水轮机导水机构漏水影响原因分析及处理[J].科技风，2013（23）.

[2]胡佳奇.浅谈混流式水轮机蜗壳的结构设计[J].黑龙江科技信息，2012（11）.

〔编辑：刘晓芳〕