轴流转桨式水轮机抬机原因分析及防抬机措施
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轴流转桨式水轮机抬机原因分析及防抬机措施
轴流转桨式水轮机抬机问题较为常见，一旦出现抬机问题，水轮 机的正常工作就会受到影响，甚至会导致水轮机停止运行。本文对轴 流转桨式水轮机产生抬机的主要原因进行了阐述，进而针对性地提出 防止抬机问题发生的有效措施，保证机组的安全稳定运行。
轴流转桨式水轮机的结构较为复杂，导叶和桨叶同时调 节，机组甩负荷过程中，尾水管可能出现断流引起反水锤和 水轮机进入制动工况，当反向水推力超过转轮部分重量，机 组就会出现抬机。一旦出现抬机，使机组的某些零件损坏， 被迫停机检修，严重影响机组的正常运行，甚至会导致安全 事故问题的发生。如某轴流式水电站，机组安装完成后，进 行空载过速试验，实验过程中，机组转动部分上抬。在上机 架推力油箱中发生强烈的冲击声，机组随后紧急停机，停机 检查中发现固定在油箱盖上的密封平板 12 根压紧螺栓断了 9 根。
防止轴流转桨式水轮机发生抬机问题的有效措施 合理的关闭方案
图 1 为轴流式水轮机甩负荷过渡过程特性图，首先， 工作人员需要了解水轮机的运作原理，通过折线图分析影响 水轮机运行安全与稳定的因素有哪些。可以看出：机组转速 的大小、机械设备运行时受到的压力大小，以及导叶开度和 轴向水压力等方面都是目前工作人员在解决水轮机抬机问题 时，需要关注的重点内容。目前，比较常见的解决方案就是 对水轮机组进行集中控制，合理掌握机组的运作时间。根据 水流流量、流速调节机组的运行模式。重点放在制动工现区 和水轮机工况区的转换工作上，这对工作人员的机组设备操 作能力也有着较高的要求，需要企业引起重视。同时，在机 组的具体运作过程中，由于反向水推力始终存在，图中显示 了分段关闭和直线关闭，水轮机各参数的过渡过程线，可以 看到采用分段关闭方式，反向水推力的数值小于直线关闭。 因此，在机组紧急甩负荷时，工作人员需要合理确定桨叶和 导叶接力器的关闭速率。导叶采用两段方式关闭，第一段采 用快关，第二段采用慢关方式；桨叶采用一段方式关闭；导 叶和桨叶关闭时间的合理选择，可减小反向水推力。另外， 工作人员还应当提高自身的创新意识，积极研究优化机组设
安装真空破坏阀 安装真空破坏阀，以此消除抬机问题。可将真空破坏阀 安装于水轮机的顶盖之上，在导叶快速关闭之后，在尾水出 现回流现象时，由于转轮室内出现负压，真空破坏阀将会自 动开启，进而对转轮室进行补气，防止水柱分离，从而有效 的避免抬机。
采用其他方法对转轮室的补气 部分水电站虽安装了真空破坏阀，但在运行中依然存在 抬机问题。出现这一问题有较多原因：一是真空破坏阀未能 合理调节或真空破出现故障，致使转轮室内进入的空气量不 足，未能有效阻止回流水与转轮的接触。二是尾水水位较高 导致水流的下降速度变缓，致使水流在较短时间内达到转轮 位置，进而未能完成补气水流与转轮接触的阻止。三是水轮 机的主轴或者真空破坏阀的密封性受到了影响，致使在尾水 回流时将补充的气体再次排出，进而导致反水锤出现。 针对这些问题，可以采用以下方法进行解决： 1）定期进行主轴以及真空阀的密封性检查，及时进行 故障真空破坏阀的更换，并将十字补气架气阀进行关闭； 2）轴流转桨式水轮机运行过程中，如真空破坏阀的密 封性良好，可将真空破坏阀的弹力降低，以此提高对转轮室 的补气； 3）采用尾水管锥管的补气管进行补气也是增加转轮室 补气量的有效方法。
结语
通过上述分析，探寻轴流转桨式水轮机产生抬机的原因， 对导致其出现抬机问题的具体原因进行总结，进而制定出有 效的解决措施，通过采用真空阀安装或其他方式增加转轮室 的补气量、合理的关闭规律、考虑防抬机结构设计等等，可 有效防止水轮机的抬机。
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CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Aug.2020·中国科技信息 2020 年第 15 期
31 万～ 60 万◎
图 1 轴流转桨式水轮机甩负荷历程线 （直线关闭和分段关闭）
图 2 支持盖上止推装置
置方案，发挥水轮机应用优势的方法。
转轮室补气
◎ 31 万～ 60 万
中国科技信息 2020 年第 15 期·CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Aug.2020 DOI：10.3969/j.issn.1001- 8972.2020.15.030
可实现度
可替代度
link
appraisement刘来自明 陈建福反水锤水轮机甩负荷时，导叶紧急关闭，由于尾水管水流惯性 作用，水流依然会保持高速流动，在转轮区域会出现负压，
若负压超过一定数值，水流脱离转轮即产生水柱分离，此时 尾水管里的水流惯性运动停止了，在下游水压的作用下，尾 水管里的水会倒流以充满整个转轮区域的空腔，进而导致反 水锤出现。由于反水锤的压力较大，会导致机组出现抬机问 题出现。此类抬机问题出现，会对水轮机机组产生冲击，反 水锤抬机冲击大，对安全运行危害大，必须防止反水锤的发 生。
轴流转桨式水轮机出现故障的原因 制动工况
水轮机甩负荷时，水轮机的导叶进行紧急关闭，防止机 组飞逸。在导叶快速关闭过程中，水轮机进入制动工况，在 制动工况，水轮机水推力的方向由向下改为向上，变成了反 向水推力，当反向水推力大于机组转动部分重量时，就会引 起机组转动部分上抬。制动工况产生方向水推力是必然的， 但是可以通过其他的措施减小反向水推力。
防抬机结构设计
1）固定部件结构部件考虑水轮机上抬因素，按照允许 转动部分上抬一定的量进行设计。
2）在水轮机支持盖上设有防止过量抬机的止推装置， 此装置允许转动部分上抬一定的量（一般在 15mm 左右）详 见下图。
3）在水导轴承油箱盖上设置监控主轴轴向位移的变送 器，以随时监视主轴的轴向位移，根据监测结果对机组抬机 做出预测，提前发出报警信号。
行业曲线 industry
影响力
真实度
行业关联度
轴流转桨式水轮机抬机原因分析及防抬机措施
轴流转桨式水轮机抬机问题较为常见，一旦出现抬机问题，水轮 机的正常工作就会受到影响，甚至会导致水轮机停止运行。本文对轴 流转桨式水轮机产生抬机的主要原因进行了阐述，进而针对性地提出 防止抬机问题发生的有效措施，保证机组的安全稳定运行。
轴流转桨式水轮机的结构较为复杂，导叶和桨叶同时调 节，机组甩负荷过程中，尾水管可能出现断流引起反水锤和 水轮机进入制动工况，当反向水推力超过转轮部分重量，机 组就会出现抬机。一旦出现抬机，使机组的某些零件损坏， 被迫停机检修，严重影响机组的正常运行，甚至会导致安全 事故问题的发生。如某轴流式水电站，机组安装完成后，进 行空载过速试验，实验过程中，机组转动部分上抬。在上机 架推力油箱中发生强烈的冲击声，机组随后紧急停机，停机 检查中发现固定在油箱盖上的密封平板 12 根压紧螺栓断了 9 根。
防止轴流转桨式水轮机发生抬机问题的有效措施 合理的关闭方案
图 1 为轴流式水轮机甩负荷过渡过程特性图，首先， 工作人员需要了解水轮机的运作原理，通过折线图分析影响 水轮机运行安全与稳定的因素有哪些。可以看出：机组转速 的大小、机械设备运行时受到的压力大小，以及导叶开度和 轴向水压力等方面都是目前工作人员在解决水轮机抬机问题 时，需要关注的重点内容。目前，比较常见的解决方案就是 对水轮机组进行集中控制，合理掌握机组的运作时间。根据 水流流量、流速调节机组的运行模式。重点放在制动工现区 和水轮机工况区的转换工作上，这对工作人员的机组设备操 作能力也有着较高的要求，需要企业引起重视。同时，在机 组的具体运作过程中，由于反向水推力始终存在，图中显示 了分段关闭和直线关闭，水轮机各参数的过渡过程线，可以 看到采用分段关闭方式，反向水推力的数值小于直线关闭。 因此，在机组紧急甩负荷时，工作人员需要合理确定桨叶和 导叶接力器的关闭速率。导叶采用两段方式关闭，第一段采 用快关，第二段采用慢关方式；桨叶采用一段方式关闭；导 叶和桨叶关闭时间的合理选择，可减小反向水推力。另外， 工作人员还应当提高自身的创新意识，积极研究优化机组设
安装真空破坏阀 安装真空破坏阀，以此消除抬机问题。可将真空破坏阀 安装于水轮机的顶盖之上，在导叶快速关闭之后，在尾水出 现回流现象时，由于转轮室内出现负压，真空破坏阀将会自 动开启，进而对转轮室进行补气，防止水柱分离，从而有效 的避免抬机。
采用其他方法对转轮室的补气 部分水电站虽安装了真空破坏阀，但在运行中依然存在 抬机问题。出现这一问题有较多原因：一是真空破坏阀未能 合理调节或真空破出现故障，致使转轮室内进入的空气量不 足，未能有效阻止回流水与转轮的接触。二是尾水水位较高 导致水流的下降速度变缓，致使水流在较短时间内达到转轮 位置，进而未能完成补气水流与转轮接触的阻止。三是水轮 机的主轴或者真空破坏阀的密封性受到了影响，致使在尾水 回流时将补充的气体再次排出，进而导致反水锤出现。 针对这些问题，可以采用以下方法进行解决： 1）定期进行主轴以及真空阀的密封性检查，及时进行 故障真空破坏阀的更换，并将十字补气架气阀进行关闭； 2）轴流转桨式水轮机运行过程中，如真空破坏阀的密 封性良好，可将真空破坏阀的弹力降低，以此提高对转轮室 的补气； 3）采用尾水管锥管的补气管进行补气也是增加转轮室 补气量的有效方法。
结语
通过上述分析，探寻轴流转桨式水轮机产生抬机的原因， 对导致其出现抬机问题的具体原因进行总结，进而制定出有 效的解决措施，通过采用真空阀安装或其他方式增加转轮室 的补气量、合理的关闭规律、考虑防抬机结构设计等等，可 有效防止水轮机的抬机。
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CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Aug.2020·中国科技信息 2020 年第 15 期
31 万～ 60 万◎
图 1 轴流转桨式水轮机甩负荷历程线 （直线关闭和分段关闭）
图 2 支持盖上止推装置
置方案，发挥水轮机应用优势的方法。
转轮室补气
◎ 31 万～ 60 万
中国科技信息 2020 年第 15 期·CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Aug.2020 DOI：10.3969/j.issn.1001- 8972.2020.15.030
可实现度
可替代度
link
appraisement刘来自明 陈建福反水锤水轮机甩负荷时，导叶紧急关闭，由于尾水管水流惯性 作用，水流依然会保持高速流动，在转轮区域会出现负压，
若负压超过一定数值，水流脱离转轮即产生水柱分离，此时 尾水管里的水流惯性运动停止了，在下游水压的作用下，尾 水管里的水会倒流以充满整个转轮区域的空腔，进而导致反 水锤出现。由于反水锤的压力较大，会导致机组出现抬机问 题出现。此类抬机问题出现，会对水轮机机组产生冲击，反 水锤抬机冲击大，对安全运行危害大，必须防止反水锤的发 生。
轴流转桨式水轮机出现故障的原因 制动工况
水轮机甩负荷时，水轮机的导叶进行紧急关闭，防止机 组飞逸。在导叶快速关闭过程中，水轮机进入制动工况，在 制动工况，水轮机水推力的方向由向下改为向上，变成了反 向水推力，当反向水推力大于机组转动部分重量时，就会引 起机组转动部分上抬。制动工况产生方向水推力是必然的， 但是可以通过其他的措施减小反向水推力。
防抬机结构设计
1）固定部件结构部件考虑水轮机上抬因素，按照允许 转动部分上抬一定的量进行设计。
2）在水轮机支持盖上设有防止过量抬机的止推装置， 此装置允许转动部分上抬一定的量（一般在 15mm 左右）详 见下图。
3）在水导轴承油箱盖上设置监控主轴轴向位移的变送 器，以随时监视主轴的轴向位移，根据监测结果对机组抬机 做出预测，提前发出报警信号。