專(zhuān)利名稱(chēng)：防止軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)抬機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水力機(jī)械領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是一種防止軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)抬機(jī)的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的軸流式水輪發(fā)電機(jī)機(jī)不少發(fā)生抬機(jī)現(xiàn)象，如敘利亞的迪什林水電站，該電 站采用軸流轉(zhuǎn)漿式轉(zhuǎn)漿水輪機(jī)。該電站自1999年11月并網(wǎng)發(fā)電以來(lái)，累計(jì)出現(xiàn)過(guò)對(duì)次抬 機(jī)。抬機(jī)時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分抬高25-30mm，造成水輪機(jī)工作密封跳出、接頭撕開(kāi)、集電環(huán)碳刷 和刷架損壞、勵(lì)磁引線(xiàn)絕緣破壞等。特別是抬機(jī)引起的撞擊和伴隨抬機(jī)的反水錘更是給轉(zhuǎn) 輪葉片造成了損害，給電站的運(yùn)行帶來(lái)不少麻煩。通常情況下采用的處理措施如下設(shè)置限 位塊、上移集電環(huán)裝置等。但上述方法均是消極防御措施，并未徹底解決抬機(jī)的問(wèn)題。為解決抬機(jī)問(wèn)題，首先，對(duì)軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行工況進(jìn)行分析。一般來(lái) 說(shuō)，軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組具有以下四種運(yùn)行工況
1、軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電運(yùn)行工況水輪機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)啟，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)連接時(shí)的 正常發(fā)電運(yùn)行工況。此時(shí)轉(zhuǎn)輪葉片的受力如圖1中(a)所示，水頭(上、下水位之差)作用在 葉片上的合力的方向始終向下，不可能發(fā)生抬機(jī)。2、軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組水泵運(yùn)行工況水輪機(jī)導(dǎo)葉完全關(guān)閉，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng) 解列時(shí)的運(yùn)行工況。解列是指發(fā)電機(jī)輸出端與電網(wǎng)脫開(kāi)。此時(shí)，由于導(dǎo)葉已完全關(guān)閉，上游 水位形成的壓力不能再穿過(guò)導(dǎo)葉作用在轉(zhuǎn)輪葉片上。但轉(zhuǎn)輪由于慣性仍在轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)輪變成 了一“慣性水泵”，將轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的水排至尾水。轉(zhuǎn)輪葉片受力如圖1中(b)所示，水頭與泵升 力作用在葉片上的合力的方向始終向上，受泵升力作用，有可能產(chǎn)生抬機(jī)。3、軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)相運(yùn)行工況軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組在導(dǎo)葉完 全關(guān)閉，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)連接時(shí)的運(yùn)行工況。調(diào)相運(yùn)行是軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組的一個(gè)特 殊運(yùn)行工況。在該工況下，機(jī)組不再向電網(wǎng)發(fā)送有功，而是向電網(wǎng)發(fā)送無(wú)功，并從電網(wǎng)吸收 少量有功，平衡電網(wǎng)的無(wú)功。此時(shí)，在定子中會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在轉(zhuǎn)子繞組通入勵(lì)磁電流后， 會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)。定子磁場(chǎng)在前，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在后，拖著轉(zhuǎn)子與之等速旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)已轉(zhuǎn)變成 了一同步電動(dòng)機(jī)。同時(shí)，由于導(dǎo)葉已完全關(guān)閉，失去了水動(dòng)力，實(shí)際上，該機(jī)組己轉(zhuǎn)變成了一 高速電動(dòng)泵，將轉(zhuǎn)輪室的水排至尾水，有可能產(chǎn)生抬機(jī)。4、軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組空載運(yùn)行工況水輪機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)度很小，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng) 解列時(shí)的運(yùn)行工況。此時(shí)，水頭產(chǎn)生的動(dòng)力很小，僅僅用于克服摩擦等阻力，維持機(jī)組空轉(zhuǎn)。 由此工況轉(zhuǎn)為停機(jī)，往往造成抬機(jī)。
具體來(lái)說(shuō)，引起抬機(jī)的原因如下 一，轉(zhuǎn)輪室出現(xiàn)空隙是引起抬機(jī)的根本原因
圖2所示的轉(zhuǎn)輪室內(nèi)水體abcd，如果機(jī)組未運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分在重力作用下，坐落在 水輪機(jī)軸承上，它是不會(huì)上抬的；如果機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程，導(dǎo)葉轉(zhuǎn)為完全關(guān)閉狀態(tài)，轉(zhuǎn)輪有上 抬趨勢(shì)，且轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)為水泵的揚(yáng)程很小，在尾水壓力作用下，轉(zhuǎn)輪室里的水不可能從葉片間擠 出。這時(shí)，由于液體不可壓縮，水體abed像一塊“液體墊”隔在轉(zhuǎn)輪與頂蓋之間，使轉(zhuǎn)輪不可能上移。只有當(dāng)空間abed出現(xiàn)空隙時(shí)，轉(zhuǎn)輪才有可能上移。即當(dāng)出現(xiàn)下述情況時(shí)，可能造 成抬機(jī)
1、由于導(dǎo)葉關(guān)閉速度太快，當(dāng)它完全關(guān)閉，把處于上游的水與轉(zhuǎn)輪室隔斷以后，轉(zhuǎn)輪室 內(nèi)的水因慣性繼續(xù)流動(dòng)，這時(shí)，就會(huì)在轉(zhuǎn)輪室上部形成局部真空。一旦真空形成，一方面，會(huì) 在轉(zhuǎn)輪上、下端面形成壓差；另一方面，由于真空存在，在尾水壓作用下，會(huì)產(chǎn)生反水錘，在 二者的作用下產(chǎn)生抬機(jī)。顯然，為了避免抬機(jī)，導(dǎo)葉在完全關(guān)閉前，必須放慢關(guān)閉速度，避免轉(zhuǎn)輪室內(nèi)形成 真空；但另一方面，導(dǎo)葉關(guān)閉的初始階段，又必須盡快關(guān)閉，從而盡快降低轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速，避免機(jī) 組甩負(fù)荷后造成超速、甚至飛車(chē)。所以，通常防止抬機(jī)采取的方法是把控制導(dǎo)葉關(guān)閉的閥門(mén) 設(shè)計(jì)成二段關(guān)閉第一段，從導(dǎo)葉100%開(kāi)度至40%開(kāi)度，歷時(shí)約4. 8秒，快關(guān)；第二段，從 導(dǎo)葉開(kāi)度40%至0，歷時(shí)約沈-32秒，慢關(guān)。從而，可同時(shí)滿(mǎn)足上述二方面的要求，并且，也 避兔了因?qū)~關(guān)閉不當(dāng)引起的抬機(jī)。2、漿葉作為水泵，將轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的水排至尾水，這時(shí)，由于導(dǎo)葉己經(jīng)關(guān)閉，沒(méi)有來(lái)水 予以補(bǔ)充，會(huì)在轉(zhuǎn)輪室形成真空，從而產(chǎn)生壓差及反水錘，再加上泵升力，三者作用下，就可 能引起抬機(jī)。例如，2006年，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水力機(jī)電研究所(簡(jiǎn)稱(chēng)水科院)赴迪什 林電站現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，電站運(yùn)行時(shí)，尾水位為302. 5米，機(jī)組安裝高程為觀8. 5米，吸高 為-14米。這時(shí)，在轉(zhuǎn)輪室頂蓋下出現(xiàn)了真空，且真空度達(dá)-5米(部分?jǐn)?shù)據(jù)參見(jiàn)圖3:轉(zhuǎn) 速、接力器行程、輪葉轉(zhuǎn)角、水壓脈動(dòng)漿葉開(kāi)度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)圖，通過(guò)對(duì)水輪機(jī)轉(zhuǎn)速、導(dǎo)葉開(kāi)度、 漿葉開(kāi)度、蝸殼進(jìn)口壓力、頂蓋下壓力、尾水壓力和抬機(jī)量的觀測(cè)所得)。從觀測(cè)數(shù)據(jù)可知， 轉(zhuǎn)輪上、下端壓差達(dá)19米，轉(zhuǎn)輪直徑7. 5米，則壓差形成的抬機(jī)力可達(dá)802噸，再加上反水 錘及泵升力作用，己大大超過(guò)了轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量759噸，抬機(jī)己不可避免，這次抬機(jī)量達(dá)四 mmD泵升力計(jì)算公式如下
P=kR4 2
式中，
P -泵升力α)
k-系數(shù)，前蘇聯(lián)及東電廠(chǎng)的數(shù)據(jù)，k =0.05取0.05 R-轉(zhuǎn)輪半徑(m)，迪什林機(jī)組，R=7. 5/2 (m ) ω -轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速(弧度/秒)。二，調(diào)相運(yùn)行是引起抬機(jī)的另一重要原因
如前所述，調(diào)相運(yùn)行時(shí)，整個(gè)機(jī)組轉(zhuǎn)變成一電動(dòng)泵，在葉輪上會(huì)產(chǎn)生的泵升力。根據(jù)前 述公式，考慮到進(jìn)入調(diào)相運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橥诫妱?dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)輪將以額定轉(zhuǎn)速90. 9 r/s轉(zhuǎn) 動(dòng)。針對(duì)以上數(shù)據(jù)算出迪什林機(jī)組在調(diào)相運(yùn)行時(shí)的泵升力達(dá)887t，已大于機(jī)組重量。如果 再有真空發(fā)生，抬機(jī)不可避免。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)存在由于轉(zhuǎn)輪室形成真空而導(dǎo)致的抬機(jī)情況，特提出一種防止軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)抬機(jī)的方法，具體內(nèi)容如下 防止軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)抬機(jī)的方法，其步驟為
A.軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)機(jī)組從前述四種工況中的任一工況轉(zhuǎn)為停機(jī)，控制導(dǎo)葉關(guān)閉的二 段關(guān)閉閥均投入工作；
B.軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)的導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪漿葉在解除協(xié)聯(lián)關(guān)系前，同時(shí)按照協(xié)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行關(guān)
閉；
C.當(dāng)軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)的導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪漿葉在關(guān)閉過(guò)程中，解除協(xié)聯(lián)關(guān)系后，導(dǎo)葉繼續(xù) 關(guān)閉至0;而漿葉停止關(guān)閉；
協(xié)聯(lián)關(guān)系是指在某水頭下，轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)的導(dǎo)葉開(kāi)度與其漿葉開(kāi)度所遵循的對(duì)應(yīng)關(guān)系。C步驟中，導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪漿葉解除協(xié)聯(lián)關(guān)系后，導(dǎo)葉繼續(xù)關(guān)閉的同時(shí)，轉(zhuǎn)輪漿葉“停止 關(guān)閉”意思是可以保持在解除協(xié)聯(lián)關(guān)系瞬間所在位置，或者反向打開(kāi)。導(dǎo)葉在完全關(guān)閉前，關(guān)閉速度足夠低，以致在導(dǎo)葉完全關(guān)閉后，導(dǎo)葉后面的水體 (已進(jìn)入轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的水體)不致因慣性運(yùn)動(dòng)而脫離導(dǎo)葉，從而避免了在導(dǎo)葉后面形成真空 (即轉(zhuǎn)輪室中不形成真空)。將水輪機(jī)漿葉保持在解除協(xié)聯(lián)關(guān)系瞬間所在位置，或者反向打開(kāi)，使水輪機(jī)轉(zhuǎn)變 為一低揚(yáng)程、大流量葉片泵。它在尾水作用下，不能將轉(zhuǎn)輪與頂蓋之間的水體排除至尾水， 從而避免了使上述水體位置出現(xiàn)真空(即轉(zhuǎn)輪室中不形成真空)。在協(xié)聯(lián)關(guān)系解除前，導(dǎo)葉從100%開(kāi)度閉合至45%_35%開(kāi)度，歷時(shí)4_6秒，即快關(guān)。 協(xié)聯(lián)關(guān)系解除后，導(dǎo)葉從45%-35%開(kāi)度至完全關(guān)閉，歷時(shí)約沈-32秒，即慢關(guān)。軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)上設(shè)置有漿葉開(kāi)度儀表盤(pán)，漿葉開(kāi)度由漿葉開(kāi)度儀表盤(pán)反映， 儀表盤(pán)內(nèi)刻度代表開(kāi)度度數(shù)，指針指示漿葉開(kāi)度，當(dāng)C步驟中轉(zhuǎn)輪漿葉保持在解除協(xié)聯(lián)關(guān) 系瞬間所在位置時(shí)，漿葉開(kāi)度儀表盤(pán)指針保持不動(dòng)。若此時(shí)轉(zhuǎn)輪漿葉反向打開(kāi)，則漿葉開(kāi)度 儀表盤(pán)指針由低開(kāi)度往高開(kāi)度刻度運(yùn)行。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于改變了導(dǎo)葉和漿葉解除協(xié)聯(lián)關(guān)系后的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，一方面避免 了因?qū)~關(guān)閉不當(dāng)造成轉(zhuǎn)輪室出現(xiàn)真空；另一方面，漿葉在解除協(xié)聯(lián)關(guān)系后保持在解除協(xié) 聯(lián)關(guān)系瞬間所在位置或反向打開(kāi)，使轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)變?yōu)橐坏蛽P(yáng)程、大流量水泵，從而，在尾水作用 下，不致使轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的水排除，避免了轉(zhuǎn)輪室內(nèi)形成真空。這樣，壓差及反水錘形成的作用 力均不復(fù)存在。當(dāng)產(chǎn)生的泵升力小于轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量后，就不致引起抬機(jī)了。


圖1為轉(zhuǎn)輪在(a)水輪機(jī)工況和(b)水泵工況時(shí)受力圖。圖1中Wl為轉(zhuǎn)輪進(jìn)口處水流對(duì)葉片的相對(duì)速度，W2為轉(zhuǎn)輪出口處水流對(duì)葉片的 相對(duì)速度，ul為轉(zhuǎn)輪進(jìn)口處的牽連速度，u2為轉(zhuǎn)輪出口處的牽連速度，Px為水平力，Py為 垂直方向的力，R為合力，Vl為轉(zhuǎn)輪進(jìn)口處絕對(duì)速度，V2為轉(zhuǎn)輪出口處的絕對(duì)速度。圖2為水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪部分結(jié)構(gòu)示意圖。圖1、2中1轉(zhuǎn)輪室、2水輪機(jī)軸、3導(dǎo)葉、4轉(zhuǎn)輪漿葉、5尾水。圖3為發(fā)生抬機(jī)時(shí)的轉(zhuǎn)速、接力器行程、輪葉轉(zhuǎn)角、水壓脈動(dòng)漿葉開(kāi)度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) 圖。
圖4為導(dǎo)葉、漿葉協(xié)聯(lián)關(guān)系曲線(xiàn)圖。圖5為軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)葉片泵特性曲線(xiàn)。圖5中H為水輪機(jī)揚(yáng)程，Q為水泵流量，η為轉(zhuǎn)速。圖6為漿葉開(kāi)度儀表盤(pán)示意圖。圖6中BLADE ANGLE為菜葉開(kāi)度，PISTON STROKE為菜葉行程。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
防止軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)抬機(jī)的方法，其步驟為
A.軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)機(jī)組從任一運(yùn)行工況轉(zhuǎn)為停機(jī)，控制導(dǎo)葉關(guān)閉的二段關(guān)閉閥均投 入工作；
B.軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)的導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪漿葉在解除協(xié)聯(lián)關(guān)系前，同時(shí)按照協(xié)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行關(guān)
閉；
C.當(dāng)軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)的導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪漿葉解除協(xié)聯(lián)關(guān)系后，導(dǎo)葉繼續(xù)關(guān)閉的同時(shí)，轉(zhuǎn) 輪漿葉保持在解除協(xié)聯(lián)關(guān)系瞬間所在位置。軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)上設(shè)置有漿葉開(kāi)度儀表盤(pán)， 漿葉開(kāi)度由漿葉開(kāi)度儀表盤(pán)反映，儀表盤(pán)內(nèi)刻度代表開(kāi)度度數(shù)，指針指示漿葉開(kāi)度，在C步 驟時(shí)，漿葉開(kāi)度儀表盤(pán)指針保持不動(dòng)。在協(xié)聯(lián)關(guān)系解除前，導(dǎo)葉從100%開(kāi)度閉合至45%/開(kāi)度，歷時(shí)6秒，即快關(guān)。協(xié)聯(lián) 關(guān)系解除后，導(dǎo)葉從45%開(kāi)度至完全關(guān)閉，歷時(shí)約32秒，即慢關(guān)。實(shí)施例2
防止軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)抬機(jī)的方法，其步驟為
A.軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)機(jī)組從任一運(yùn)行工況轉(zhuǎn)為停機(jī)，控制導(dǎo)葉關(guān)閉的二段關(guān)閉閥均投 入工作；
B.軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)的導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪漿葉在解除協(xié)聯(lián)關(guān)系前，同時(shí)按照協(xié)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行關(guān)
閉；
C.當(dāng)軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)的導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪漿葉解除協(xié)聯(lián)關(guān)系后，導(dǎo)葉繼續(xù)關(guān)閉的同時(shí)，轉(zhuǎn) 輪漿葉反向打開(kāi)。并且漿葉重新打開(kāi)至軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)漿葉的初始啟動(dòng)位置。軸流轉(zhuǎn)漿 式水輪機(jī)上設(shè)置有漿葉開(kāi)度儀表盤(pán)，漿葉開(kāi)度由漿葉開(kāi)度儀表盤(pán)反映，儀表盤(pán)內(nèi)刻度代表 開(kāi)度度數(shù)，指針指示漿葉開(kāi)度；在C步驟時(shí)，漿葉開(kāi)度儀表盤(pán)指針由低開(kāi)度往高開(kāi)度刻度運(yùn) 行。在協(xié)聯(lián)關(guān)系解除前，導(dǎo)葉從100%開(kāi)度閉合至40%開(kāi)度，歷時(shí)4. 8秒，即快關(guān)。協(xié)聯(lián) 關(guān)系解除后，導(dǎo)葉從35%開(kāi)度至完全關(guān)閉，歷時(shí)約沈秒，即慢關(guān)。導(dǎo)葉在完全關(guān)閉前，關(guān)閉速度足夠低，以致在導(dǎo)葉完全關(guān)閉后，導(dǎo)葉后面的水體不 致因慣性運(yùn)動(dòng)而脫離導(dǎo)葉，從而在導(dǎo)葉后面形成真空。從前面的敘述可知，導(dǎo)葉關(guān)閉、發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)解列后，水輪機(jī)實(shí)際上轉(zhuǎn)變成了一慣 性葉片泵。葉片泵的特性曲線(xiàn)如圖5所示，圖中H-揚(yáng)程，Q-流量，η-轉(zhuǎn)速。從曲線(xiàn)可知， 當(dāng)該泵轉(zhuǎn)速一定時(shí)，揚(yáng)程H隨流量Q的減小而增大，此流量即指水輪機(jī)轉(zhuǎn)化為水泵的流量。 當(dāng)流量Q=O時(shí)，揚(yáng)程H達(dá)最大；叫和n2分別為兩個(gè)不同轉(zhuǎn)速，從葉片泵的相似理論可知，H1/ H2= H21/ Ii22，即揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，當(dāng)其轉(zhuǎn)速?gòu)腎i1降至n2時(shí)，該葉片泵的H-Q曲線(xiàn)從曲線(xiàn)1變?yōu)榍€(xiàn)2，其最大揚(yáng)程也從H1降至H2。這時(shí)，即使該水泵流量為0，產(chǎn)生的揚(yáng)程(H2，甚至更小)也不足以克服尾水形成的 壓力，轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的水就不致排出，也就不能形成真空。尾水壓力是水輪機(jī)轉(zhuǎn)化為水泵的排水 阻礙。它與水泵揚(yáng)程的關(guān)系是揚(yáng)程是水泵揚(yáng)水的能力，尾水壓力是其揚(yáng)水的阻力，只有揚(yáng) 程大于尾水壓力，才能將水揚(yáng)出。正如水泵揚(yáng)程和樓的高度關(guān)系一樣，揚(yáng)程大于樓高，才能 將水送上去。這樣，轉(zhuǎn)輪室內(nèi)沒(méi)有形成真空，壓差及反水錘形成的作用力均不復(fù)存在。加之， 此前，經(jīng)二段關(guān)閉閥的控制，轉(zhuǎn)輪速度己大為下降。由前述的泵升力公式可知，泵升力與轉(zhuǎn) 速是二次方關(guān)系，其大小也會(huì)大為下降，當(dāng)產(chǎn)生的泵升力小于轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量后，就不致引起 抬機(jī)了。為了避免漿葉將轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的水排至尾水，必須在機(jī)組解除協(xié)聯(lián)關(guān)系后，導(dǎo)葉繼續(xù) 關(guān)閉過(guò)程中，將漿葉保持在解除協(xié)聯(lián)關(guān)系瞬間所在位置或使其打開(kāi)，均可使之變成一低揚(yáng) 程、大流量的水泵。對(duì)于軸流轉(zhuǎn)漿水輪機(jī)來(lái)說(shuō)，導(dǎo)葉關(guān)閉與漿葉關(guān)閉之間有一個(gè)協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)的 關(guān)系，具體來(lái)說(shuō)即導(dǎo)葉關(guān)多少，漿葉就相應(yīng)關(guān)多少。這種關(guān)系簡(jiǎn)稱(chēng)為協(xié)聯(lián)關(guān)系。將水輪機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橐坏蛽P(yáng)程、大流量葉片泵，它在尾水作用下，不能將轉(zhuǎn)輪與頂蓋之 間的水體排除至尾水，從而避免了使上述水體位置出現(xiàn)真空。如圖6所示的漿葉開(kāi)度儀表盤(pán)示意圖包括了漿葉的行程和開(kāi)度刻度，表示其運(yùn)動(dòng) 情況。在進(jìn)入調(diào)相運(yùn)行時(shí)，必須用壓縮空氣將轉(zhuǎn)輪室中的水體排除，使轉(zhuǎn)輪在空氣中轉(zhuǎn) 動(dòng)，減少功率消耗，也減小了泵升力。壓縮空氣進(jìn)入轉(zhuǎn)輪室后，由于容積迅速擴(kuò)大，壓力會(huì)迅 速降低，特別是儲(chǔ)氣罐容量不足，管道阻力大時(shí)更是如此。因此，用壓縮空室去排除轉(zhuǎn)輪室 中的水體有一個(gè)時(shí)間歷程。在這個(gè)過(guò)程中，實(shí)際上，轉(zhuǎn)輪會(huì)在水中運(yùn)轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生泵升力，引 起抬機(jī)。例如，像迪什林這樣大的機(jī)組，密封面太大，要達(dá)到用壓縮空氣排水目的，在設(shè)備 和費(fèi)用上都是不合適的。因?yàn)?，為了在瞬間就能將轉(zhuǎn)輪室的水排除，避免轉(zhuǎn)輪在水中運(yùn)轉(zhuǎn)， 必須配備強(qiáng)大的空氣壓縮系統(tǒng)(包括高壓、大排量壓縮機(jī)、龐大的儲(chǔ)氣罐及大口徑管道 等)，這對(duì)于小型電站來(lái)講，是可行的。而對(duì)于中、大型電站來(lái)講，則是很難實(shí)現(xiàn)的。所以， 國(guó)內(nèi)葛州填、太平灣等諸多電站在建設(shè)初期也承擔(dān)了調(diào)相任務(wù)，但后來(lái)，都陸續(xù)退出了調(diào)相 運(yùn)行工作。像迪什林這樣規(guī)模的電站提出這樣的要求，其本身就是不合適的。迪什林電站后 來(lái)并未投入調(diào)相運(yùn)行。但是，在正常運(yùn)行過(guò)程中，往往因操作不當(dāng)或電氣元件故障，會(huì)使機(jī) 組誤入調(diào)相運(yùn)行工況。此時(shí)，由于沒(méi)有提供壓縮空氣，轉(zhuǎn)輪直接在水中運(yùn)轉(zhuǎn)，屬“水中調(diào)相” 運(yùn)行狀態(tài)，引發(fā)了多次抬機(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，迄今為止，在迪什林電站M次抬機(jī)事故中，有6次是 由于在水中調(diào)相引發(fā)的，占抬機(jī)總數(shù)的25%，而對(duì)于水中調(diào)相工況來(lái)說(shuō)，則100%產(chǎn)生了抬 機(jī)。為了避免機(jī)組進(jìn)入調(diào)相運(yùn)行狀態(tài)，我們?cè)谟?jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)時(shí)，采取了措 施，當(dāng)機(jī)組有功功率降至8%以下時(shí)，立即跳發(fā)電機(jī)出口斷路開(kāi)關(guān)，同時(shí)發(fā)出停機(jī)令，從而阻 止機(jī)組進(jìn)入調(diào)相工況。如前所述，經(jīng)過(guò)改變導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律、解除協(xié)聯(lián)關(guān)系后，將漿葉反向打開(kāi)(或停留在 該位置)、以及阻擋機(jī)組進(jìn)入調(diào)相運(yùn)行三項(xiàng)措施后，迪什林6號(hào)機(jī)組于2010年11月經(jīng)中國(guó)水科院再次測(cè)試，當(dāng)有功功率降至8000KW以下時(shí)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出了停機(jī)令，阻止了 機(jī)組進(jìn)入調(diào)相工況；任何工況下停機(jī)，二段關(guān)閉閥均能投入；而從空載轉(zhuǎn)為停機(jī)時(shí)，導(dǎo)葉和 漿葉解除協(xié)聯(lián)關(guān)系后，漿葉實(shí)現(xiàn)了反向打開(kāi)，沒(méi)有發(fā)生任何抬機(jī)現(xiàn)象。基于上述原理，通過(guò)現(xiàn)有手段避免轉(zhuǎn)輪室出現(xiàn)真空從而導(dǎo)致抬機(jī)的方法，都在本 方法的保護(hù)范圍之內(nèi)。如果某電站的漿葉開(kāi)度儀表盤(pán)與本專(zhuān)利權(quán)利要求書(shū)和說(shuō)明書(shū)中描述的漿葉開(kāi)度 儀表盤(pán)指針指示動(dòng)態(tài)相同，即表示該電站采用了本發(fā)明所提出的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.防止軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)抬機(jī)的方法，步驟為A.軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)機(jī)組從任一工況轉(zhuǎn)為停機(jī)，控制導(dǎo)葉關(guān)閉的二段關(guān)閉閥均投入工作；B.軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)的導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪漿葉在解除協(xié)聯(lián)關(guān)系前，同時(shí)按照協(xié)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行關(guān)閉；C.當(dāng)軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)的導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪漿葉在關(guān)閉過(guò)程中，解除協(xié)聯(lián)關(guān)系后，導(dǎo)葉繼續(xù) 關(guān)閉至0，而漿葉停止關(guān)閉；協(xié)聯(lián)關(guān)系是指在某水頭下，轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)的導(dǎo)葉開(kāi)度與其漿葉開(kāi)度所遵循的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)抬機(jī)的方法，其特征在于所述C步 驟中，導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪漿葉解除協(xié)聯(lián)關(guān)系后，導(dǎo)葉繼續(xù)關(guān)閉的同時(shí)，轉(zhuǎn)輪漿葉保持在解除協(xié)聯(lián)關(guān) 系瞬間所在位置，或者反向打開(kāi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的防止軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)抬機(jī)的方法，其特征在于導(dǎo)葉 在完全關(guān)閉前，關(guān)閉速度足夠低，以致在導(dǎo)葉完全關(guān)閉后，導(dǎo)葉后面的水體不致因慣性運(yùn)動(dòng) 而脫離導(dǎo)葉，從而避免了在導(dǎo)葉后面形成真空。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的防止軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)抬機(jī)的方法，其特征在于將水 輪機(jī)漿葉保持在解除協(xié)聯(lián)關(guān)系瞬間所在位置，或者反向打開(kāi)，使水輪機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橐坏蛽P(yáng)程、大 流量葉片泵，在尾水作用下，不能將轉(zhuǎn)輪與頂蓋之間的水體排除至尾水，從而避免了使上述 水體位置出現(xiàn)真空。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防止軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)抬機(jī)的方法，其特征在于所述轉(zhuǎn)輪 漿葉重新反向打開(kāi)至軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)漿葉的初始啟動(dòng)位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的防止軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)抬機(jī)的方法，其特征在 于在協(xié)聯(lián)關(guān)系解除前，導(dǎo)葉從100%開(kāi)度閉合至45%-35%開(kāi)度，歷時(shí)4-6秒，即快關(guān)；協(xié)聯(lián)關(guān) 系解除后，導(dǎo)葉從45%-35%開(kāi)度至完全關(guān)閉，歷時(shí)約沈-32秒，即慢關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防止軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)抬機(jī)的方法，其特征在于所述軸流 轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)上設(shè)置有漿葉開(kāi)度儀表盤(pán)，漿葉開(kāi)度由漿葉開(kāi)度儀表盤(pán)反映，儀表盤(pán)內(nèi)刻度 代表開(kāi)度度數(shù)，指針指示漿葉開(kāi)度，在C步驟中，轉(zhuǎn)輪漿葉保持在解除協(xié)聯(lián)關(guān)系瞬間所在位 置時(shí)，漿葉開(kāi)度儀表盤(pán)指針保持不動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防止軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)抬機(jī)的方法，其特征在于所述軸流 轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)上設(shè)置有漿葉開(kāi)度儀表盤(pán)，漿葉開(kāi)度由漿葉開(kāi)度儀表盤(pán)反映，儀表盤(pán)內(nèi)刻度 代表開(kāi)度度數(shù)，指針指示漿葉開(kāi)度；在C步驟中轉(zhuǎn)輪漿葉反向打開(kāi)時(shí)，漿葉開(kāi)度儀表盤(pán)指針 由低開(kāi)度往高開(kāi)度刻度運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明屬于水力機(jī)械領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是一種防止軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)抬機(jī)的方法，其步驟為A．軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)機(jī)組從前述四種工況中的任一工況轉(zhuǎn)為停機(jī)，控制導(dǎo)葉關(guān)閉的二段關(guān)閉閥均投入工作；B．軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪槳葉在解除協(xié)聯(lián)關(guān)系前，同時(shí)按照協(xié)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行關(guān)閉；C．當(dāng)軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪槳葉在關(guān)閉過(guò)程中，解除協(xié)聯(lián)關(guān)系后，導(dǎo)葉繼續(xù)關(guān)閉至0；而轉(zhuǎn)輪槳葉保持在解除協(xié)聯(lián)關(guān)系瞬間所在位置，或者反向打開(kāi)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于避免了因?qū)~關(guān)閉不當(dāng)造成轉(zhuǎn)輪室出現(xiàn)真空，并且槳葉在解除協(xié)聯(lián)關(guān)系后保持在解除協(xié)聯(lián)關(guān)系瞬間所在位置或反向打開(kāi)，使轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)變?yōu)橐坏蛽P(yáng)程、大流量水泵，從而，在尾水作用下，不致使轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的水排除，避免了轉(zhuǎn)輪室內(nèi)形成真空。這樣，壓差及反水錘形成的作用力均不復(fù)存在。當(dāng)產(chǎn)生的泵升力小于轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量后，就不致引起抬機(jī)。
文檔編號(hào)F03B15/00GK102121450SQ201110104388
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者閔建秋 申請(qǐng)人:四川省機(jī)械設(shè)備進(jìn)出口有限責(zé)任公司