抽水蓄能电站机组导叶间隙影响因素分析及调整分配

摘要：活动导叶的作用是形成水流环量，调节流量和停机时截断水流。导叶间隙大小是保证导叶灵活转动和水轮机停机时漏水量大小的重要依据，它包括端面间隙和立面间隙。本文主要介绍抽水蓄能电站的水轮机活动导叶端面间隙与立面间隙的调整工艺，分析影响端面间隙与立面间隙的因素，并阐述其控制方法。

关键字：活动导叶 端面间隙 立面间隙 影响因素

中图分类号：TV547文献标识码： A

0 前言

通过近几年抽水蓄能电站机组调试、运行情况来看，机组在调试和运行中导叶上端面和顶盖抗磨板平面刮擦现象时有发生，如响水涧抽水蓄能电站，蒲石河抽水蓄能电站等。为了更好避免此情况发生，本文就导叶端面间隙影响因素，以及安装时根据影响因素如何去合理调整导叶端面间隙做一个简单的分析。

1 概念

活动导叶的作用是形成水流环量，调节流量和停机时截断水流。导叶间隙大小是保证导叶灵活转动和水轮机停机时漏水量大小的重要依据，导叶间隙不能过大也不能过小；导叶间隙过大则漏水量过大，导致机组处于不完全停机状态，过小间隙会造成导叶运动不灵活。

导叶间隙包括端面间隙和立面间隙。导叶瓣体端面与顶盖、底环过流面间的间隙简称导叶端面间隙。在导水机构中既要使导叶转动灵活，又要减少导水机构关闭时的水流损失，所以应使导叶端面间隙尽量小，必须满足设计允许的间隙值。导叶关闭时，相邻导叶之间的间隙称为立面间隙。立面间隙调整是水泵水轮机安装、检修的重要工作项目。其目的是将活动导叶立面密封面调整到同导叶分布圆同心的一个垂直圆柱面上，且密封间隙符合国标要求，以减小机组停机状态下的漏水量并保证进入水轮机的水流量360°分布均匀，入射角一致。

2影响端面间隙的主要因素

2.1设计因素。影响导叶端面间隙设计因素主要有这几方面的因素：

一是导叶臂止推压板设计间隙C（如图1）：导叶臂止推压板大小直接关系到机组运行时导叶上端面和顶盖抗磨板之间间隙。C设计过大，运行时导叶受向上水推力，导叶将被抬起，此时C=0，导叶上端面实际间隙为=导叶上端面设计间隙-C,这样造成导叶和顶盖抗磨板相刮擦可能性就大。因此，根据运行机组的状况来看，止推压板 图1 止推压板间隙示意图

设计间隙应不大于导叶上端面设计间隙的三分之一。例如，导叶上端面间隙为0.30mm，则C=0.05~0.10mm即可。

二是导叶端盖、止推压板及把合螺栓的强度。导叶向上运动主要是端盖和止推压板来限位，其设计强度影响导叶在实际运行中上端面间隙。根据蒲石河抽水蓄能和响水涧抽水蓄能机组的情况分析，主要是止推压板强度影响较大，根据测量，止推压板强度变形将近使导叶上抬0.10mm。因此，设计是要考虑足够的强度，防止变形过大。

2.2加工因素

座环高度一般在加工厂出厂留加工余量，工地进行再次加工。通过分析导水机构装配尺寸链（见图2）C1+C2=A1-A2-A3-A4可以看出，影响导叶端面间隙（C1+C2）的主要原因有四个方面，即与座环配合的顶盖、底环定位面间的距离A1，顶盖定位平面至上抗磨板的高度尺寸A2，底环定位面至下抗磨环的高度尺寸A3，导叶瓣体高度尺寸A4。所以，在计算确定座环工地加工尺寸时，要根据顶盖、底环和导叶相关尺寸，并考虑它们实际加工公差综合考虑。一般原则用A2、A3、A4上偏差来计算。图2 导水机构装配尺寸链示意图

另外如现场座环打磨精度的影响，顶盖、底环与座环的配合面存在一定锥度、波浪度和不平行度误差。

2.3其他因素的影响。

除上述装配及加工原因造成导叶端面间隙超差或不均匀外，顶盖与底环的导叶轴孔不同心，导叶轴颈与轴套间隙值偏大，装配后使导叶轴线偏斜；还有运输途中变形的影响、温度的影响、顶盖与座环把合螺栓拉伸的影响和提导叶后顶盖下挠的影响等。

3 端面间隙调整工艺

诸多电站的实地测量结果都显示，对于高水头混流式水轮机，当运行一定时间后，导叶的端面间隙增大，运行中不但会产生容积损失，更会使机组效率大大下降。如导水机构漏水严重，甚至会出现导叶全关时机组转速降不下来、从而无法停机的严重问题。更有甚者，则可能会出现阀门上、下游因无法建立平衡压力而直接影响到阀门的正常开启。因此，导叶端面间隙的调整尤为重要。

以蒲石河抽水蓄能电站机组为例，导叶总端面间隙要求为0.60±0.10mm，上端面间隙C1与下端面间隙C2平均分配，均为0.30±0.05 mm，如图1 所示。调整导叶端面间隙采用的是实测配垫法与整体定位相结合的方法，与以往通过配磨上中下抗磨环或导叶端面反复试装调整间隙的方法有所不同，蒲石河电站将端盖、导叶、导叶臂及止推块连接成为一个整体，在端盖与导叶把合面加置调整垫 图3 导叶端面间隙示意图

片来实现导叶端面间隙的调整。这种工艺将减少了尺寸链，调整简单，并确保了调整精度，省时省力，功效高，经济性好。以4#机组1#导叶端面间隙调整为例，首先依靠导叶自重，使下端面与下抗磨板充分接触，致使下端面间隙为零（确保大小头都为零），此时测量上端面间隙为3.66mm，根据上端面间隙测量值来计算出需要在端盖中安装垫片的理论厚度为3.66-0.30×2=3.06mm，考虑到端盖压紧后垫片间的弹性收缩，根据经验，在理论厚度基础上可预加0.10-0.15mm（以此种方法可完成剩余19个导叶的配垫）。将导叶臂与止推块连接，活动导叶和端盖间加垫3.16mm，通过调节螺栓将活动导叶提起，来实现上下端面间隙的调整，调整之后将锥销就位，紧固导叶端面间隙调节螺栓扭矩（ 2800+10%ｍN）要满足规范要求，并打紧定位销钉。最后测得C1的值为0.33mm、C2的值为0.33mm，满足设计要求。

从蒲石河抽水蓄能机组设计方由法国ALSTOM设计，其设计间隙导叶上、下端面间隙平均分配是不合理，根据导叶运行时实际情况，导叶受水推力向上，加上上述因素影响，发生有的导叶上端面就和顶盖抗磨板平面相刮擦的情况，后来将导叶上、下端面间隙按2:1比例来调整，问题得以解决。因此，抽水蓄能机组导叶上、下端面间隙原则按2:1比例来调整，也可根据实际情况，适当将上端面间隙比例加大。

4 结语

造成导叶端面间隙偏差的因素较多，有些因素是可以避免的，有些因素则难以避免。为了尽量减小导叶端面间隙偏差，减少导水机构关闭时的漏水损失，结构设计应考虑零件加工、测量及装配等方面的误差，合理地确定端面间隙。

导水机构装配时应尽量减少各种装配偏差。装配前，需测量顶盖上抗磨环至顶盖与座环把合面高度、底环下抗磨环至底环至座环把合面高度尺寸以及导叶叶片高度等主要部件的相关尺寸，严格控制座环现场加工尺寸，装配时可根据具体情况进行修配和调整。

通过响水涧抽水蓄能和辽宁蒲石河抽水蓄能电站活动导叶端面间隙的问题的处理调我们可以清楚的知道影响导水机构装配时导叶端面间隙的原因，以及在装配过程中应该注意的事项，就能很大程度地减少安装过程中的返修、配磨等工作，能够较好地满足安装精度，缩短安装时间。

作者简介：陈春华（1976-），男，哈尔滨电机厂有限责任公司工程师，从事机组工地安装技术指导及工地项目管理工作