基于水轮机导叶漏水量简易测定方法的探讨

赵 辉，储百生，陈 林

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051）

基于水轮机导叶漏水量简易测定方法的探讨

赵 辉，储百生，陈 林

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051）

导叶漏水量是评定中高水头大型水轮发电机制造、安装和检修质量的重要指标。以某大型电站为案例，通过进水口闸门前、后水位变化对导叶漏水量进行测定与验证，本测定方法简单实用，具有较高的实用价值。

导叶漏水量；水位；测定；实用

0 引言

导叶漏水量是评定中高水头大型水轮发电机制造、安装和检修质量的重要指标。导水机构封水不严密，不但会增加漏水量，而且会加剧间隙空蚀破坏，导叶关闭后漏水严重时，甚至可能造成机组无法停机。通过导叶漏水量测试了解机组状态，提供基础数据资料，为机组稳定经济运行和提供检修质量提供技术依据。

导叶漏水量指标应用在水轮发电机组检修前测量导叶在关闭状态下的漏水量，以便评定其检修工作量。检修后通过测量导叶漏水量以检查水轮机检修质量。同时，也便于确定机组在停机工况下的耗水量。

下面通过对进水口闸门前、后水位变化来测定导叶漏水量方法的介绍，总结探讨测量方法的技术要点。

1 原理介绍

导叶漏水量测定是在压力钢管充满水、被测机组进水闸门和导叶处于关闭状态下，采用标准压力表（变送器）测量进水口闸门的水位变化，继而可得钢管内水位垂直变化。将工作闸门和导叶间水体看作一个整体，其变化来自于导叶漏水量QD和闸门进水量QM。一般地，大型水电站的进水口闸门均设置有充水阀，通过充水阀在闸门提门前对压力钢管进行充水，实现对闸门静水平压提门。当机组的压力钢管通过充水阀充水完毕后，出现导叶漏水量QD和闸门进水量QM相等情形，此时闸门后水位不再发生变化，与闸门前水位有一偏差值，通过测定水位偏差值。可计算出水轮机的导叶漏水量QD。

2 闸门进水量QM计算

进水口闸门在关闭状态下，对机组压力钢管充水时，闸门进水量QM为闸门关闭严密的漏水量QL与充水阀的充水量QC之和。闸门关闭严密的漏水量QL的流量较小，在机组检修期进入压力钢管后，通过观察测量可得到数据。一般地，在机组压力钢管充水后，漏水量QL不大，可忽略不计。

充水阀的充水量QC通过流量计算公式QC=μ·为流量；μ为流量系数，μ取0.62；A为孔口断面面积；△Z为孔口以上水头）可以算出。△Z通过读取闸门前后水位的差值可得出。

3 案例应用

3.1 案例电站

某水电站装机4台600 MW混流式机组，水轮机参数如表1所示。

表1 案例电站水轮机基本技术参数

3.2 导叶漏水量计算

在2号机组导叶关闭状态下，通过快速事故闸门上的充水阀对机组压力钢管充水，充水到快速事故闸门的门后水位持续0.5 h以上不再发生变化时，检查快速事故闸门的门前、门后水位差值为0.8 m。已知充水阀的直径D为600 mm，在0.8 m的水位差下，通过流量计算公式，可得：

4 采用通气孔法验证

4.1 通气孔法测试导叶漏水量原理

通气孔测量导叶漏水量QD基于两个因素，一是利用通气孔作为水位下降的测量段，二是测试时确定进口闸门的关闭时间，漏水量计算以这一时刻作为时间基准。在进口闸门关闭的时刻，闸门上下游压力相同，通过闸门的漏水量近于零。利用测试曲线进行计算，将H对t微分，可得出闸门关闭时刻通气管水位下降的速率，进而得到水体变化速率，由于闸门漏水量近于零，此水体变化速率即为导叶漏水量QD。

导叶漏水量可以通过快速事故工作闸门后的通气孔水位变化测量求得，通气孔的形状为下喇叭口结构，在上游水位为1 322.7 m时，水面顶部端面为1.176 m×6.600 m矩形断面，底部断面为1.500 m× 6.600 m矩形断面，平均段面面积为F=1.338m×6.600m =8.8308 m2，测量原理示意图如图1所示。

图1 通气孔测量漏水量原理示意图

4.2 导叶漏水量QD计算［1］

对试验数据进行拟合，可得导叶前后压力水头H与时间t的变化关系式为：

H=0.00003 t2-0.0764t+113.46

则a=0.00003，b=-0.0764，c=113.46

拟合关系相关系数为R2=0.9999，回归精度较高（实验数据趋势见图2）。

由Q1=F×（b2+4aH-4ac）0.5可得：

图2 通气孔法测量实验数据趋势图

Q1=8.8308×（0.00583696+0.00012H-0.0136152）0.5因试验时，闸门全关，充水阀关闭，漏水量非常小，可以忽略不计，即Q2=0。所以，可以求得导叶漏水量：Q=Q1=8.8308×（0.00583696+0.00012H-0.0136152）0.5

机组额定水头为115 m，带入上式可得导叶漏水量为：Q=0.6853 m3/s。

4.3 导叶漏水量测量方法的比较

采用通气孔法测算的水轮机导叶漏水率为0.6853 m3/s，与通过进水口闸门的前、后水位变化来进行测定导叶漏水量的数据具有一致性。在实际应用中，为保证测量的重要性，可以同时采用以上两种方法，进行验证。但通过进水口闸门前、后水位的测量方法，方便实用，不失准确性，而且快捷。

5 总结

采用通过进水口闸门的前、后水位变化来进行测定水轮机组导叶漏水量的电站需要具备以下条件：1）水电站机组采用单元布置方式，一根引水管道供应1台水轮发电机组；2）水电站基础设施中，进水口闸门具备充水阀结构；3）能准确测量进水口闸门的前后水位值，可以通过传感器进行，也可以现场通过临时性的水位测量元件，如超声波距离测量仪。

6 结语

一般地，导叶漏水量是大型水轮发电机的现场考核性试验。尤其是在机组运行一段时间后，对机组进行导叶漏水量测试，可以了解水轮机的运行状态，为机组的运行与检修进行指导［2］。本文中提供的测定方法简单实用，且不失准确性，具有较高的实用价值，为同类水力发电厂进行水轮机导叶漏水量的测定提供参考。

［1］四川省电力工业调整试验所.2号机组导叶漏水量测试报告［R］，2013.

［2］GB/T15468-2006水轮机基本技术条件［S］.

TV738

B

1672-5387（2016）10-0009-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.10.003

2016-07-19

赵 辉（1983-），男，工程师，从事水电厂自动化方面的技术应用及检修工作。