（华能澜沧江水电股份有限公司糯扎渡水电厂 云南普洱 665005）
摘要：顶盖取水是利用混流式水轮机转轮上冠经过止漏环间隙漏过来的水，通过顶盖取水管供给发电机导轴承和空气冷却器冷却用。而止漏环漏水一般需通过顶盖排水管进行泄压，以降低轴承推力。在高水头机组如果采用顶盖取水，就要保证顶盖压力不超过设计值，以免发生灾难性事故。如何保证顶盖取水压力不超过设计值，且供水流量、压力满足冷却要求，就是本文要研究的问题。
关键词：顶盖取水；三通阀；压力；流量；温度
一、引言
糯扎渡水电站有9台单机容量为650MW的混流式水轮发电机组，运行水头范围为152m-215m，额定水头187m。机组容量大，水头高，机组技术供水采用顶盖取水为主，水泵供水为辅。机组技术供水系统图如图1所示，如果顶盖取水流量或压力不足时会自动切换至水泵供水，保证供水的可靠性。顶盖取水相对于水泵供水，具有结构简单、供水稳定、维护量小，基本上不需要消耗电能。但是顶盖取水的流量和压力是否满足技术供水要求，与水轮机导叶开度和水头有关系。因此顶盖取水要能稳定运行一般要解决一下问题：
1.开机流程中要判断各导轴承和空冷器流量是否满足最低设计流量要求，如果不满足就会退出开机流程，造成开机失败。因此要解决开机成功率。
2.在开机过程中，如果有筒形阀的机组，开技术供水令和开筒形阀令同时开出，此时导叶还未打开，顶盖取水管无水流，顶盖取水应自动切换至水泵供水。因此要保证在开机过程中，顶盖取水不会切换至水泵供水。机组在空转状态或负荷较小时，由于导叶开度小，顶盖取水流量或压力低于额定值，因此要保证此时的流量和压力满足机组各部位温度满足要求。
3.顶盖取水受水头影响较大，在不同的水头下，供水流量和压力会有所变化，因此要保证顶盖取水在全水头下都可以稳定运行，顶盖泄压阀能准确动作是关键。而且如果顶盖泄压阀动作不够灵敏，如果顶盖取水压力超过设定值，顶盖泄压阀不能正确动作，将会导致顶盖压力上升，造成严重后果，威胁到机组安全稳定运行。
4.顶盖取水如果直接通过顶盖泄压管排至尾水，则顶盖压力较低，也就是尾水的压力，轴承推力负荷也较小，顶盖振动较小。如果顶盖取水供给各导轴承及空冷器，则顶盖压力较大，导致顶盖振动要较大，轴承推力负荷也变大。因此要做好顶盖螺栓和顶盖振动监测，必要时紧急停机
图1 机组技术供水系统图
二、方案论证
1、顶盖取水条件论证
顶盖取水要想顺利运行需满足以下全部条件：
（1）满足开机流程
机组开机流程中，一般要判断机组各导轴承冷却水流量是否满足要求，不满足要求将会退出开机流程。机组技术供水在顶盖取水方式下，开机过程中，导叶在空载以下开度，顶盖取水压力、流量小，各导轴承流量不满足额定要求，尤其是低水头更为明显。因此要保证顺利开机，需将各导轴承流量低定值修改为比机组最小水头实际流量还要小，此流量可保证开机过程中各部位温度不超过报警值。
（2）开停机过程中流量或压力低仍然保证顶盖取水方式
在顶盖取水方式下，机组开机过程中，机组技术供水总管流量或压力低，会切换至水泵供水，因此要在开机过程中由监控系统发令闭锁顶盖取水切至水泵供水令，此命令和开技术供水命令同时发出，在机组转速大于95%Ne后，延时解除闭锁。
机组在空转状态或负荷较小时，由于导叶开度小，顶盖取水流量或压力要较小。空转和小负荷情况下各轴承受到的水推力较小，瓦温不会很高，而且定子绕组和铁芯发热较小。经过试验此流量和压力满足机组在空转和小负荷状态下运行，机组各部位温度未超过报警值。
图2 隔膜型泄压阀结构
（3）顶盖泄压阀正确动作
顶盖泄压阀正确动作有两层含义，一是顶盖取水压力低时能关闭，二是顶盖取水压力高时能快速打开。
顶盖取水压力受水头的影响较大，因此保证技术供水能恒压供水，顶盖泄压阀是关键。顶盖泄压阀一般采用隔膜型顶盖泄压阀，如图2所示，只要上游压力低于导阀设定值，导阀13关闭，上游压力作用在主阀的隔膜上方，使主阀维持关闭。一旦上游压力逐渐上升到超过导阀13设定值的压力，导阀13就会开启，泄放主阀隔膜上方的压力水，此时主阀开启，大量泄水降压至设定值时，才缓慢平稳关闭，不产生二次水锤。如果发生导阀13不能正确动作，就可能导致不能正常泄压，影响机组安全运行，在排水阀12后安装一个排水电动阀就可以很好的解决此问题，如图1所示。当顶盖压力超过设定值时就打开两路排水电动阀进行排水，此时主阀就会开启，压力就会下降。
（4）顶盖振动满足设计要求
采用顶盖取水，推力负荷和顶盖振动不可避免的要增大，此时要做好顶盖螺栓和顶盖振动监测，顶盖振动不能超过设计值，必要时机组振摆保护启动紧急停机。
2、机组技术控制流程
顶盖取水和水泵供水如何切换是需要解决的问题，如图3所示。
图3 机组技术供水控制流程图
（5）水泵供水方式下的流程
机组技术供水控制系统收到开机令后，首先判断顶盖取水三通阀位置，如果三通阀在供水位置，则切换三通阀至排水位置，然后启水泵。此时如果技术供水总管流量或压力低于设定值时，延时判断，首先停主泵，再启备用泵，如果流量或压力依然低，则闭锁切换水泵，此设计是为了水泵频繁轮换。闭锁水泵轮换后需手动解除轮换，否则流量或压力低时水泵不会切换。机组技术供水收到停机令后也会解除水泵切换闭锁，下次开机后又可以正常轮换。
（6）顶盖取水下的流程
机组技术供水控制系统收到开机令后，首先判断顶盖取水三通阀位置，如果三通阀在排水位置，则切换三通阀至供水位置。此时监控系统一直开出闭锁顶盖取水切换至水泵供水令，虽然顶盖取水三通阀切换过程中，机组技术供水流量或压力低，仍然不会切换至水泵供水。当机组转速大于95%时，此时导叶在空载开度，此时会延时解除顶盖取水切换至水泵供水令，此时供水流量和压力依然比额定值小，但足以保证机组各部位温度不会超过报警值。顶盖取水方式运行正常后，如果发生以下两种情况，将会自动切换至水泵供水。情况一，供水总管压力或流量低于设定值延时将三通阀切换至排水位置，然后启水泵。情况二，顶盖取水压力高时延时将三通阀切换至排水位置，同时打开2路顶盖泄压阀排水电动阀，进行泄压。三通阀切换至排水位置且顶盖压力高复归，则关闭排水电动阀，同时启水泵。
三、总结
水轮发电机组顶盖取水具有结构简单、供水稳定、维护量小，基本上不需要消耗电能，是一种理想的技术供水方式。采用顶盖取水为主，水泵供水为辅，大大提高了供水的可靠性。
参考文献：
[1]丁文华.顶顶盖取水在巨型水轮发电机组上的应用[J].云南水利发电，2016，32（5）：164-167
[2]李方学，齐波.水轮机顶盖取水在洪一水电站的应用[J].四川水利，2012，31（2）：33-35
[3]张奇.顶盖取水作为机组技术供水的不适应性研究[J].华电技术，2015，37（9）：17-21
[4]武赛波.顶盖取水技术在天生桥一级电站的应用[J].云南水利发电，2012，18（1）：83-86
（上接第137页）
生的最大压力将随之下降，并小于管路中的压力，因风道的容量较大，这一瞬间风道中的压力仍为 HB，因风道中的压力大于风机所产生的压头使气流开始反方向倒流，由风道倒入风机中，工作点由 B 迅速移至 D 点。但是气流倒流使风道系统的风量减小，因而风道中的压力迅速下降，工作点沿 DC 线迅速下降至流量 Q=0 时的 C 点，此时风机流量为零，由于风机在继续运转，所以当风道中的压力降低相应的 C 点时，风机又开始输出流量。为了与风道中的压力相平衡，工况点又从 C 点跳至相应的工况点 F，只要外界所需的流量保持小于 QB，上述过程又重复出现。如果风机在工作状态按 FBDCF 周而复始地进行，这种循环的频率如与风机系统的振荡频率合拍时，就会引起共振，风机发生喘振。
风机在喘振工作区工作时，流量急剧波动，产生气流的撞击，使风机发生强烈的振动，噪声增大，而且风压不断波动，风机的容量与压头越大，则喘振时的危害性也越大。
5..防范措施
（1）减少风机失速情况的出现。现场运行调节尽量维持较低风压运行，避开风机不稳定点工作区，避免出现诱发风机喘振的客观条件；对经常发生失速的风机应考虑对系统进行改造，如风机入口加装导流板等措施。
（2）风机叶片检修过程中清理叶片表面的积垢，保证叶片表面光滑。
（3）更换风机磨损的滑块，保证同级叶片安装角度一致，两级叶片的角度按照说明书进行调整；并列运行的两台风机叶片角度调整一致。动叶执行机构的动作范围与风机动叶的可调范围建立对应关系，消除风机失速的诱因。
（4）风机检修中每次应对风机调节杆锁紧螺母的紧固按照说明书进行力矩检查，防止螺母松动导致的叶片角度漂移；锁紧螺母使用次数严格按照风机说明书的要求进行。
（5）风机检修过程对叶片轴座部位进行检查、检修，大小修期间更换叶柄轴座处的密封，对叶柄座处进行防锈处理，保持静止状态下叶片调节灵活。适时调整动叶开度，防止叶片长时间在一个开度造成结垢或锈蚀，风机停运后动叶应间断地活动。
6.结语
轴流风机一旦发生叶片漂移，严重影响锅炉运行安全性与经济性，必须停运进行风机叶片校正，否则发生失速，将造成更多的叶片漂移。若风机振动频率达到固有频率，风机动叶将有可能被折断。当轴流风机停运后，轴流风机应定期进行检查，保证动叶每天全开、全关至少一次。其次，当风机开盖检查时，应将叶片及其根部用松动喷剂清理干净，确保每片叶片能微微晃动，避免叶片卡死，进而造成风机停运事故，确保风机安全运行。
参考文献：
[1] 王凤良. 600MW 机组轴流引风机振动特性分析与故障诊断[J].电站系统工程，2016（4）：39-41，45.
[2] 陈华民，侯百荣. 1000MW 机组动叶可调轴流引风机振动分析及处理[J]. 风机技术，2015（2）：91-94.
[3] 刘占辉，刘静宇，罗剑斌. 动叶可调双级轴流风机的现场动平衡
[4]. 风机技术，2012（3）：77-80.
[5] 张劲，刘俊伟，肖先奎. 电站轴流风机失速综述及对策[J]. 风机技术，2015（4）：84-89.
论文作者:闫红军
论文发表刊物:《河南电力》2019年4期
论文发表时间:2019/10/30
标签：顶盖论文; 风机论文; 机组论文; 压力论文; 流量论文; 水泵论文; 叶片论文; 《河南电力》2019年4期论文;