水轮机转轮叶片现场测绘整形的意义

1 水轮机转轮叶片现场测绘整形的意义

水轮机转轮叶片翼形直接关系到水轮机的能量特性、空蚀和磨蚀特性和机组稳定性。水轮机转轮叶片如果不适应水电站水流流动特性,会使水轮机效率下降、振动加剧、产生严重空蚀磨损破坏。不仅使机组出力下降、发电量减少,也大大缩短机组运行时间和寿命,加大检修工作量,使检修工期延长,而且严重威胁电站的安全运行。

造成叶片不适应电站水流流动特性的原因主要有:

(1)由于水流在水轮机流道内流动的复杂性,人们至今没有完全掌握它的规律,无法定量地进行解析,所以水轮机转轮及其叶片设计主要靠经验及试验。虽然先进的计算机技术和CFD技术可以用于水轮机所有水力部件的精确计算,但是不能全部代替在模型试验中获取的工程经验。加之具体电站在运行中出力的变化、水头的变化、含沙量的变化,与设计时的设想存在差异,因此设计的水轮机及其叶片不可能完全适应水电站的水流流动特性。

(2)由于制造误差,造成水轮机转轮叶片形线偏离设计翼形,使水流不能完全适应水电站的水流流动特性。造成水轮机转轮叶片形线制造误差有多种原因:在做木模、浇铸、打磨时产生翼形误差。过去水轮机转轮是整体浇铸,每个叶片都由手工制作一个叶片木模,木模与设计形线必定有一定误差,而且各木模误差不同,这样浇铸出的叶片相互间都有差异;现在水轮机转轮大都采用组焊结构,一个叶片木模可以浇铸多个叶片;也有采取模压方式生产的叶片,虽然这样生产的叶片相互间误差较小,但在打磨或用铣床加工时也会产生一定误差。另外叶片与上冠、下环组焊时叶片会在轴面上产生背离或偏向轴心、偏离轴面、产生向上或向下位移等误差;叶片还会绕本身某一条垂直或水平轴线旋转一个微小角度而产生误差。

(3)由于检修补焊打磨,叶片形线会发生变形,表面质量变坏,使叶片不适应水流流动特性。特别是在多泥沙河流水电站,空蚀磨损破坏严重,检修时要补焊大量焊条,必然会使叶片产生变形。打磨时由于劳动强度大、工作环境差、工期紧,达不到要求的表面质量和叶片形线。随检修次数增多,翼形变化越大,使检修工作量增大,表面质量越难保证。如:三门峡水电厂1979年4号机扩大性大修最多曾消耗焊条9t多;盐锅峡水电厂扩大性大修最多一次消耗焊条曾增加到4t多;刘家峡水电厂没有改造前每年扩大性大修仅转轮一般要消耗焊条4t多,最多一次消耗焊条曾增加到7t多;刘家峡水电厂第一台改造的2号机1994年4月投运,1998年7月因故进行抢修,转轮补焊消耗焊条20多kg;2000年10月一般性大修,补焊转轮消耗焊条180多kg;2002年12月停机进行第一次扩大性大修,补焊转轮消耗焊条280多kg,活动导叶、流道、转轮共消耗焊条1t左右;扩大性大修后的2号机2004年3月停机小修,发现比过去运行同样时间空蚀磨损破坏严重得多。

在电站中也发现同一个转轮上的各叶片空蚀磨损破坏严重程度和位置有很大差别;同一电站同型号的几台机在相同条件下运行时出力、稳定性有差别;同一电站不同厂家的机组在相同条件下运行稳定性有很大差别。这些都是叶片翼形的差异造成水流不适应水电站水流流动特性的结果。

为了弄清产生这些差异的原因,对水轮机转轮叶片进行测绘是一项非常重要的工作。

对电站来说,根据测绘进行修理整形,可以提高机组效率、改善机组稳定性、减轻空蚀磨损破坏;对制造厂来说,根据测绘结果与实际运行情况进行研究,可提高水轮机设计制造水平。

另外,对各种国外进口的水轮机转轮更应该组织进行测绘。这样不仅可给水电厂保存宝贵的技术资料,以备将来检修、改造时使用;更重要的是据此对这些转轮进行分析研究,对提高我国水轮机设计制造水平非常重要。

叶片实测还是评定成品转轮与设计形线的偏离程度及叶片实际空间位置的偏差(即叶栅失真状况)、检查制造厂制造质量的重要手段。

原苏联和美国等一些发达国家把水轮机现场修形视为转轮水力研究的重要环节和改善空蚀磨损性能的基本手段。所以,对水轮机转轮测绘是一项非常重要的基础性技术工作。