广东鸿源众力发电设备有限公司广东韶关
1引言
某地近年来开始对一批投运了近30年的中小型水电站进行增效扩容改造。某些电站因机型、流道限制及资金等原因而改造不够彻底，导致这些电站在改造后的初期投运期间总是有故障发生。
水轮机导叶开度的大小控制着水轮机的过流量多少，即控制着发电机负荷的大小，所以导叶是否能正常工作，具有重要的作用。立式机组的导叶一般由上轴套、中轴套、下轴套和导叶本体构成，导叶的叶型也会直接影响水流的变化，进而引起流态不稳、负荷波动等现象，导叶轴套之间的间隙也会对机组负荷的控制造成影响。
一、导叶轴套以及导叶抱死现象
1.1 故障发生情况分析
水轮机导叶轴套是最容易引发导叶抱死故障的部件，产生故障有很多原因，譬如选材、结构、制造工艺、安装质量等等；另外还包括不同型线的导叶由于代换后一起工作时，都有可能发生导叶抱死的情况。为此，具体对某座水电站的水轮机导叶所发生的故障进行分析，并提出具体的改善措施。
某水电站增效扩容改造后装机为4×1500kW，改造过程中导叶轴套更换新品，但是导叶仅做修复处理，致使试运行期间水轮机导叶多次发生卡滞现在，该导叶的结构是上、中、下轴套构成，轴套材料为MC尼龙浇注，导叶轴直径Φ135mm，与轴套之间的安装间隙为0.15mm左右。在试运行24小时后，在负荷1000kW至1200kW区间运行时，导叶剪断销报警装置发出信号，发生导叶剪断销被剪断事故。停机后进行检查，初步判定发生导叶抱死故障。
拆解故障导叶后测量，发现下轴套内径缩小了0.4毫米，导叶轴与轴套原本的间隙配合变为过盈配合，进而发生导叶抱死故障。对正常导叶轴套测量对比后可排除吸水膨胀的原因，最后确定是由于轴套外径有一定的过盈量，制造安装时未充分考虑轴套压入轴套座过盈所引起的内径收缩，而内径的收缩量与外径的过盈量成正比。通过查阅MC尼龙轴套的设计资料，收缩量与测量数据基本吻合。
1.2 改善措施
通过两个方法可以解决导叶抱死故障。
方法一：机加工。扩大轴套内径或适当缩小导叶轴径，调整导叶轴与轴套间的缝隙大小，经试验计算推算出最佳轴套壁厚和间隙，避免因间隙过小或者过大而产生导叶抱死或漏水的问题。另外还需要分析工作温度、湿度、压力等的变化，可能对导叶间隙的影响。
方法二：谨慎选取导叶轴套的材料。材料需要在设计制造前进行模拟现场试验，确定其收缩和膨胀的取值是否在控制范围内。准确的把握材料在所处环境中的物理性能和化学性能的变化情况，还需要充分考虑因人力物力、加工工艺等外界因素可能造成的误差，以及确保各种设施能够适合现场环境。若是材料比较特殊，可以通过材料手册等说明检验真实性。
任何改善方法都存在误差，这两种方式也不例外。发电机组在运行过程中，因各种不稳定运行工况都可能会加大轴套间隙，严重时会影响漏水量或润滑水量。而现有的检测手段也不能涵盖所有的可能性，因此必须要确保导叶间隙值以及原材料符合计算要求，只有这样整个水轮发电机组才能在可控范围内正常运转。
二、导叶漏水
由于导叶轴与轴套间存在间隙，叶片搭水边存在缝隙，发电机组处于停机状态时水轮机会产生漏水现象，情节严重会危及厂房设备，造成安全隐患。另外机组检修的时间由于过长，导致计划之外机组停运的情况也屡见不鲜。
2.1 事故发生原因
若水轮发电机组长期处于河水含沙量较大的环境中运行，泥沙的硬度过大，导叶容易受损，轴套间隙过大就会导致大量漏水。机组未按规范要求安装调试，导叶端面密封不严、轴套间隙太大也会出现漏水状况。机组使用年限过长，设备磨损、腐蚀现象严重，这种情况下漏水现象更为严重，解决也较为麻烦。
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2.2 改善措施
最常用的解决措施是用橡胶条固定在导叶立面的搭水边上，从而在停机状态时，利用橡胶弹性达到密封的目的。这种方法虽然简单实用，但是在高水头机组中，橡胶条容易被水冲走，而且橡胶易受到泥沙的冲刷而磨损，所以含沙量过大的地区，也不宜采用此方法。
通过增加导叶立面搭水边的接触面积，可以一定程度上减弱单位时间内的漏水量。对导叶表面进行高分子耐磨材料的喷涂，达到阻止导叶被腐蚀的目的。调整导叶的叶型也能起到降低漏水的效果。随着科技的进步，新工艺新材料的应用，对导叶端面采用弹性金属密封，也可以有效减少漏水量，而且加工工艺简单实用。
使用时间较长的机组，无论是材质选取还是设计、加工工艺上都存在一定的弊端，因此要想改善这些机组导叶漏水过大的现象，首先需要对导水机构进行更换处理，吸取经验，采用有成功运行电站的结构设计，保证机组在正常运转下导叶端面和立面密封间隙值在可控范围内，确保导叶漏水量符合国家标准。。综合各水电站在运行中出现的漏水问题及解决方法，不仅能够有效达到更好止水效果，而且也能减少设备的更换率，进而节约改造费用。
三、外界因素影响
3.1 故障发生情况分析
某电站位于山区地带，由于长时间的降水，导致大量泥沙流入水库中，超过发电机组含沙量的承受范围，进而某台机组出现导叶开度问题。导叶故障发生在600kW到800kW范围内，即40%-50%额定负荷之间，并且发生规律性的问题，通过电站人员多次试验，解决方法是将对应的接力器开到最大开度即可。在10天的汛期内总共发生十几次导叶问题，主要是通过变换调速器的运行方式来控制发电机负荷。
调速器以自动方式运行，当发生故障时调速器发送了错误信号给监控中心，调速器手动运行时，故障信号消失，机组恢复正常。
3、2处理情况
针对于这十几次的故障进行多次检查，发现现象有以下几种：一是通过检查导叶开度，在信号正常情况下，开度正常，但仍存在导叶卡阻问题。二是检测导叶端面的间隙，判断故障是不是由于摩擦力矩过大导致的。三是对控制环、导叶臂、连扳等进行检测，测量各摩擦副之间的缝隙大小，再进行静摩擦力实验，对猜测可能进行逐一排除。四是调整导叶立面之间的间隙，对导叶轴套的可靠度进行测试，进而判断导叶的轴套是否由于性能减弱导致间隙发生变化。
3.3 解决措施
3.3.1导叶轴套的构造
水轮机导叶的轴套有严格的分布要求，每个轴套都有重要的作用。上、中轴套分别位于导叶上端轴的上、下位置，分别起支撑导叶、相互连通的作用。轴套封闭的形式有利于保护内部结构，也能阻止泥沙的进入。
3.3.2原因及分析情况
水轮发电机组发生问题，通过上述排查各部件的摩擦力矩、间隙、异物等，检查出问题是由于上轴套的使用年限较长导致内径收缩1毫米。本质原因是由于轴套由尼龙制造，尼龙的物理特性容易受外界环境的影响，所以导致轴套膨胀系数发生变化，上、中轴套间的缝隙也受到波及。相应的措施是通过机加工，扩大轴套之间的间隙，但是依旧未解决轴套的使用寿命问题，只能更换材料更可靠的新轴套，这样机组就不容易受到环境影响，发电机组也能更长久的安全稳定运行。
四、总结
除了上述状况外，水轮发电机组导叶故障还有众多原因。在实际的问题判断和排除中，需要检修运行人员根据往年经验以及机组设备的使用时间，对故障进行相应的判断，避免由于导叶故障出现安全问题，确保水轮机能够正常稳定运转。另外需要引进先进的技术、管理、设备，在防止漏水的同时又能节省人力物力的消耗，保证水轮发电机组能够高效、安全工作。
【参考文献】
［1］李成家.水轮机的导叶轴套材料及其特点［J］.青海电力，2014（13）：1-5.
［2］赵越；赵英男；赵景芬；水轮机模型试验技术的进展[A];水电设备的研究与实践-第十七次中国水电设备学术讨论会[C];2013
论文作者:邵荣文
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第10期
论文发表时间:2019/11/22
标签：轴套论文; 机组论文; 间隙论文; 故障论文; 水轮机论文; 发生论文; 水轮论文; 《中国西部科技》2019年第10期论文;