一种测量水轮机导叶漏水量的方法与流程

1.本发明属于水力发电领域，具体涉及一种测量水轮机导叶漏水量的方法。


背景技术：

2.导叶漏水是水轮机普遍存在的一个问题。导叶漏水量过大，不但会造成水资源的浪费，而且会导致导叶密封面间隙空蚀破坏，乃至水轮机无法正常停机；或者，在停机状态下，导叶漏水量过大造成水轮机出现蠕动进而导致推力轴承及水导轴承烧瓦事故的发生。因此，一般要求水轮机在大修前后均应进行导叶漏水量的测量工作以检查其止封效果，确认导叶检修质量。
3.目前，导叶漏水量的测量方法主要有两种。第一是通过测量检修闸门关闭状态下，水轮机上游压力管道调压井在一定时间内水位的下降来推算水轮机的导叶漏水的多寡；第二种是在机前阀门关闭、检修闸门和机前阀门旁通管截止阀开启的情况下，通过机前阀门的旁通管上安装的流量测量设备来测量导叶的漏水量。上述两种测量水轮机导叶漏水的方法都存在不足：通过调压井测量导叶漏水的方法不仅耗时长，而且由于无法精确地将检修闸门的漏水量进行计量，致使检测结果存在较大的误差；通过机前阀门旁通管检测导叶漏水的方法需要将流量检测设备串联到旁通管中，这在无形中就增加了测量工作的工作量，且使旁通管的安全性大大降低，如果采用在旁通管外壁敷设超声波流量计的方式，还会遇到旁通关管壁厚度测量不准的问题，由于旁通管过流尺寸限制无法布置多对超声波探头等原因会产生测量误差，更重要的是，由于一般情况下水轮机导叶漏水量都不会很大，在旁通管中的水流速度会很低，而超声波流量计对于流速很低的水流流量测量的误差是非常大的，测得的流量数据基本无物理意义。
4.有鉴于此，有必要开发一种测量水轮机导叶漏水量的方法，在无需额外增加测量仪器设备、不用专门消耗较长时间的前提下，实现准确测量水轮机导叶漏水量的目的。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种测量水轮机导叶漏水量的方法，用以实现精准测量水轮机导叶漏水量的目的，技术方案通过如下步骤实现：
6.步骤一：水轮机导叶处于全关状态；
7.步骤二：开启水轮机机前阀门和水轮机尾水检修闸门，保证水轮发电机组引水管路通畅；
8.步骤三：开启水轮发电机组检修闸门，水轮机上游压力管道充满压力水；
9.步骤四：记录上游水位、下游水位和水轮机蜗壳进口处压力表的读数；
10.步骤五：关闭水轮发电机组检修闸门，使检修闸门平压管的截止阀处于完全开启状态；
11.步骤六：记录此时水轮机蜗壳进口处压力表的读数。
12.在上述测量水轮机导叶漏水量的方法中，水轮机导叶漏水量按下式计算：
[0013][0014]
式中：
[0015]
qi：水轮机导叶漏水量，m3/s；
[0016]
k：系数，取0.60～0.62；
[0017]av
：检修闸门平压管截止阀完全开启时的过流面积，m2；
[0018]
δp：差压，δp＝p
1-p2，mh2o；
[0019]
p1：水轮发电机组检修闸门开启、引水管路通畅情况下，水轮机蜗壳进口处压力表的读数，mh2o；
[0020]
p2：水轮发电机组检修闸门关闭、检修闸门平压管的截止阀完全开启情况下，水轮机蜗壳进口处压力表的读数，mh2o；
[0021]
在上述测量水轮机导叶漏水量的方法中，额定水头下水轮机的导叶漏水量按下式计算：
[0022][0023]
式中：
[0024]
qr：额定水头下水轮机的导叶漏水量，m3/s；
[0025]
δ
▽r：额定水头对应的上下游水位差，δ
▽r＝
▽
usr
‑▽
dsr
，m；
[0026]
▽
usr
：额定水头对应的上游水位，m；
[0027]
▽
dsr
：额定水头对应的下游水位，m；
[0028]
δ
▽i：进行导叶漏水量测量时的上下游水位差，δ
▽i＝
▽
usi
‑▽
dsi
，m；
[0029]
▽
usi
：进行导叶漏水量测量时的上游水位，m；
[0030]
▽
dsi
：进行导叶漏水量测量时的下游水位，m。
[0031]
传统的水轮机导叶漏水测量方法存在如下不足：
[0032]
图2所示为利用调压井水位下降测量水轮机导叶漏水量的方法。该方法的基本原理为：在水轮机导叶处于全关状态下，关闭检修闸门，记录给定时间内调压井水位的下降量，依此并根据调压井不同水位高程的截面积计算水轮机导叶的漏水量。具体计算方法如下：
[0033][0034]
式中：
[0035]qs
：利用调压井水位下降方法测得的水轮机导叶漏水量，m3/s；
[0036]
δvs：调压井水位下降导致水的体积变化，m3，
[0037]
l1：给定时间起始时刻调压井的水位，m；
[0038]
l2：给定时间结束时刻调压井的水位，m；
[0039]
a(z)：调压井任意水位对应界面dz的截面面积，m2，
[0040]
t：时间，s。
[0041]
从上式可以发现，利用调压井水位下降测量水轮机导叶漏水量的方法存在以下不
足：
[0042]
①
由于需要通过测量调压井水位的明显变化来计算水轮机导叶的漏水量，故而需要消耗很长的时间才能相对准确地测量出水轮机的导叶漏水量；
[0043]
②
在测量水轮机导叶漏水量的过程中，随着时间的流逝，检修闸门的上下游侧会产生一个压力差，且该压力差与时间成正比，即压力差越来越大。这就导致检修闸门的漏水量会逐渐增大。而该状态下检修闸门的漏水量是无法精准计量的，这就从原理上导致了很大的测量误差；
[0044]
③
由于调压井井壁一般为钢筋混凝土结构，致使其壁面比较粗糙，尺寸精度较差，很难准确地测量出其截面积的大小，这也会对水轮机导叶漏水量的测量产生很大的误差；
[0045]
④
水轮机导叶漏水量与作用在导叶上的压力成正比。由于水轮机导叶漏水的存在，导致采用该方法测量水轮机导叶漏水时作用在导叶上的压力持续降低，也就直接导致了水轮机导叶漏水量的持续减小。而从上述分析得知，该方法需要耗费很长的时间才能使调压井的水位产生明显的变化进而提高测量精度，但是时间越长，作用在导叶上的压力下降也就越大，导叶的漏水量也就越小，这也使上述通过长时间平均的方法测量水轮机导叶漏水量的方法产生了一个误差源。
[0046]
图3所示为通过机前阀门的旁通管上安装的流量测量设备来测量导叶漏水量的方法。该方法的基本原理为：在水轮机导叶处于全关状态下，关闭机组机前阀门，开启机前阀门旁通管截止阀，通过安装在机前阀门旁通管上的流量计，测得水轮机导叶的漏水量。通过机前阀门的旁通管上安装的流量计来测量导叶漏水量的方法，技术路线有两种，一种为将流量计串联到机前阀门旁通管中，另一种则是采用外敷式超声波流量计的方法，上述两种技术方案存在的不同程度的不足之处如下：
[0047]
①
通过机前阀门旁通管检测导叶漏水的方法需要将流量计串联到旁通管中，一般来讲，试验结束后还需将流量计拆除，这在无形中就增加了测量的工作量，且使旁通管的安全性大大降低；
[0048]
②
如果采用在旁通管外壁敷设超声波流量计的方式，还会遇到旁通管壁厚测量不准、旁通管过流尺寸限制无法布置多对超声波探头等原因产生的测量误差；
[0049]
③
由于一般情况下水轮机导叶漏水量都不会很大，在旁通管中的水流速度会很低，而超声波流量计对于流速很低的水流流量的测量误差是非常大的，测得的流量数据基本无物理意义。
[0050]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0051]
①
本发明采用水轮发电机组本身已安装的设备和测量仪表，无需额外测量其他物理量即可精准地实现水轮机导叶漏水量的测量；
[0052]
②
本发明可实现精准实时测量水轮机导叶漏水量的目的；
[0053]
③
本发明最大限度地实现了检修闸门上下游侧压力的平衡，从而使检修闸门的泄漏量降至可以忽略不计的程度，从而大大提高了水轮机导叶漏水量的测量精度；
[0054]
④
本发明还提供了一种综合考虑上下游水位情况的任意水头下的导叶漏水量换算至额定水头下水轮机导叶漏水量的计算方法。
附图说明
[0055]
图1为本发明提供的一种测量水轮机导叶漏水量的方法工作原理图；
[0056]
图2为利用调压井水位下降测量水轮机导叶漏水量的方法工作原理图；
[0057]
图3为通过机前阀门的旁通管上安装的流量测量设备来测量导叶漏水量的方法原理图。
[0058]
图中标记说明：
[0059]
1-检修闸门；2-上游压力管道；3-蜗壳进口处压力表；4-检修闸门平压管；5-截止阀；6-上游水位；7-下游水位；8-调压井；9-调压井水位；10-机前阀门；11-机前阀门旁通管；12-旁通管截止阀；13-流量计；14-水轮机。
具体实施方式
[0060]
本发明提供一种测量水轮机导叶漏水量的方法，所述方法是通过如下步骤实现的：
[0061]
步骤一：水轮机导叶处于全关状态；本步骤的目的是使水轮机导叶全部关闭，从而能够检测在该状态下水轮机导叶的漏水量。
[0062]
步骤二：开启水轮机机前阀门和水轮机尾水检修闸门，保证水轮发电机组引水管路通畅；本步骤的目的是保证上下游水位所产生的压力能够顺畅地作用在水轮机导叶上。
[0063]
步骤三：开启水轮发电机组检修闸门，水轮机上游压力管道充满压力水；本步骤的目的是使上游水位产生的压力直接作用在水轮机导叶上。
[0064]
步骤四：记录上游水位、下游水位和水轮机蜗壳进口处压力表的读数；记录上游水位、下游水位的目的是为了能够将该状态下的水轮机导叶漏水量换算至额定水头下的导叶漏水量。从而获取水轮机蜗壳进口处压力表读数的目的，是为了与步骤六读取的数据相比较从而计算出该状态下水轮机的导叶漏水量。
[0065]
步骤五：关闭水轮发电机组检修闸门，使检修闸门平压管的截止阀处于完全开启状态；按顺序完成步骤三、步骤四、步骤五和步骤六后，即可获得检修闸门开启和检修闸门关闭平压管截止阀全开两种状态下水轮机蜗壳进口处压力表的读数，根据两种状态下水轮机蜗壳进口处压力表的读数差就可以计算出此时水轮机的导叶漏水量。同时，使检修闸门平压管的截止阀处于完全开启状态，也是为了保证截止阀的过流面积的准确，从而保证水轮机导叶漏水量的计算精度。
[0066]
步骤六：记录此时水轮机蜗壳进口处压力表的读数。与步骤四读取的压力表读数一同参与水轮机导叶漏水量的计算。
[0067]
进一步地，在上述测量水轮机导叶漏水量的方法中，水轮机导叶漏水量按下式计算：
[0068][0069]
式中：
[0070]
qi：水轮机导叶漏水量，m3/s；
[0071]
k：系数，取0.60～0.62；
[0072]av
：检修闸门平压管截止阀完全开启时的过流面积，m2；
[0073]
δp：差压，δp＝p
1-p2，mh2o；
[0074]
p1：水轮发电机组检修闸门开启、引水管路通畅情况下，水轮机蜗壳进口处压力表的读数，mh2o；
[0075]
p2：水轮发电机组检修闸门关闭、检修闸门平压管的截止阀完全开启情况下，水轮机蜗壳进口处压力表的读数，mh2o。
[0076]
在水轮发电机组检修闸门关闭、检修闸门平压管的截止阀完全开启情况下，一旦水轮机导叶发生泄露，则水轮机蜗壳进口处压力表的读数值要比水轮发电机组检修闸门开启情况下降低。由于水轮机导叶的漏水量只能经过检修闸门平压管补充到上游压力钢管中，故而只要根据检修闸门平压管截止阀完全开启时的准确过流面积值，并准确测量水轮发电机组检修闸门开启和水轮发电机组检修闸门关闭、检修闸门平压管的截止阀完全开启情况下的水轮机蜗壳进口处压力表的读数，就可根据上式准确计算出该状态下水轮机导叶漏水量。
[0077]
进一步地，在上述测量水轮机导叶漏水量的方法中，额定水头下水轮机的导叶漏水量按下式计算：
[0078][0079]
式中：
[0080]
qr：额定水头下水轮机的导叶漏水量，m3/s；
[0081]
δ
▽r：额定水头对应的上下游水位差，δ
▽r＝
▽
usr
‑▽
dsr
，m；
[0082]
▽
usr
：额定水头对应的上游水位，m；
[0083]
▽
dsr
：额定水头对应的下游水位，m；
[0084]
δ
▽i：进行导叶漏水量测量时的上下游水位差，δ
▽i＝
▽
usi
‑▽
dsi
，m；
[0085]
▽
usi
：进行导叶漏水量测量时的上游水位，m；
[0086]
▽
dsi
：进行导叶漏水量测量时的下游水位，m。
[0087]
为便于比较和考核，往往需要将某一上游水位和下游水位状态下的水轮机导叶漏水测量值换算到额定水头下的对应值。本发明给出了一种根据测量时的上下游水位和额定水头对应的上下游水位将任意上下游水位下测量得到的水轮机导叶漏水量换算至额定水头下水轮机导叶漏水量的方法。
[0088]
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。