一种同时测量工作闸门和活动导叶漏水量的方法与流程

1.本发明属于水轮发电机组监控技术领域，具体涉及一种同时测量工作闸门和活动导叶漏水量的方法。


背景技术：

2.水轮发电机组活动导叶漏水是一个普遍存在的问题，导水机构封水不严密，不但会增加漏水量，而且会加剧间隙汽蚀破坏，在漏水严重时，以致于导叶关闭后可能造成机组停机困难和停机蠕动，严重影响机组安全运行。此外，导叶漏水量过大，还会降低水轮机的运行效率，严重影响机组的经济运行。对于工况转换频繁的抽水蓄能机组而言，影响更为明显。因此，降低导叶漏水量尤为重要。
3.目前，导叶漏水量常用的测量方法有容积法和超声波法。容积法测量导叶漏水量，要求关闭水道进口，通过一定时间内压力钢管或输水管道内的体积变化来测定，一般情况下，体积变化通过压力数值变化来体现。容积法测量导叶漏水量普遍适用于管道体积变化均匀的区域，包括直管段、斜管段等。根据水电机组引水流道的布置特点，容积法一般分为“斜井法”和“通气孔法”。
4.对于坝后引水式水电站(引水钢管一般相对较短)，采用“斜井法”和“通气孔法”测量导叶漏水量时，正常情况下工作闸门的封水性效果良好，工作闸门漏水量相对于导叶漏水量而言可以忽略不计，以往遇到的导叶漏水量测试基本都属于此类情况。当工作闸门部分封水条失效或脱落时，如何通过“斜井法”或“通气孔法”同时测量分析工作闸门漏水量和导叶漏水量是一项具有创新性和挑战性的技术问题。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本发明提供一种同时测量工作闸门和活动导叶漏水量的方法，原理是，工作闸门和活动导叶的漏水量均与前后压力差相关。上库水位保持不变，工作闸门落下后，随着通气孔水位的下降，闸门上下游的压力差增大，闸门漏水量则相应增大(类似连通器原理，闸门两侧外部压力均视为标准大气压)；与此同时，活动导叶上下游的压力差减小，导叶漏水量则相应减小。当闸门漏水量与导叶漏水量相等时，通气孔水位则保持不变。
6.具体的技术方案为：
7.一种同时测量工作闸门和活动导叶漏水量的方法，具体步骤如下：
8.步骤1：选择蜗壳进口压力测量管道安装高精度的压力传感器，并配有排气阀，采集数据之前进行充分排气；
9.步骤2：将工作闸门适当提起，采用充水阀对压力引水钢管进行充水，待通气孔水位与上库水位齐平，关闭工作闸门，然后对压力数据进行实时采集和监测，要求采样频率不低于10hz；
10.步骤3：实时采集和监测通气孔水位变化趋势，待通气孔水位基本保持稳定后再采
集约30分钟后即可结束数据采集；
11.步骤4：对试验采集数据进行分析。
12.本发明提出的一种同时测量工作闸门和活动导叶漏水量的方法，具有以下效益：
13.该方法一次性同时测量分析出工作闸门和活动导叶的漏水量，具有优良的经济性和安全性，为水轮发电机组的安全稳定运行提供坚实技术支撑。
附图说明
14.图1为实施例压力传感器现场安装图；
15.图2为实施例通气孔水位下降示意图；
16.图3为实施例2号机组通气孔水位变化曲线。
具体实施方式
17.结合实施例说明本发明的具体技术方案。
18.本发明适用于坝后引水式水电站(布设通气孔和压力钢管，无球阀或蝶阀)的特殊“通气孔法”，适用于工作闸门存在较大漏水的情况。通过在蜗壳进口安装1支高精度(精度不低于
±
0.50％fs，fs为full scale满量程的缩写)的压力传感器，对压力数据进行监测和采集，采样频率不低于10hz。现场测试要求如下：
19.(1)机组活动导叶处于完全关闭状态；
20.(2)机组所涉及的进水阀、排水阀处于关闭状态(漏水量极小，忽略不计)；
21.(3)机组对应的通气孔充水(初始水位与上库水位齐平)；
22.(4)机组对应的工作闸门处于关闭状态，尽量使漏水量最小。
23.现场测试方法的具体步骤如下：
24.步骤1：选择蜗壳进口压力测量管道安装1支高精度(精度不低于
±
0.50％fs，fs为full scale满量程的缩写)的压力传感器，要求配有排气阀，采集数据之前进行充分排气。压力传感器的现场安装图如图1。
25.步骤2：将工作闸门适当提起，采用充水阀对压力引水钢管进行充水，待通气孔水位与上库水位齐平，关闭工作闸门，然后对压力数据进行实时采集和监测，要求采样频率不低于10hz。通气孔水位下降示意图如图2。
26.步骤3：实时采集和监测通气孔水位变化趋势，待通气孔水位基本保持稳定后再采集约30分钟后即可结束数据采集。以某水电站2号机组导叶漏水量测试数据为例，通气孔水位变化如图3。
27.步骤4：对试验采集数据进行分析。以某水电站2号机组导叶漏水量测试数据为例，阐述如下：
28.上库水位维持205.72m不变，闸门漏水量与导叶漏水量相等时的通气孔水位稳定在185.79m，假设此时闸门漏水量等于导叶漏水量，均为q*。
29.选取500s～600s、1000s～1100s、1500s～1600s三个时间段的数据进行分析和对比验证。
30.h
500
＝192.49m，h
600
＝191.33m，δh
500-600
＝1.16m；
31.h
1000
＝188.16m，h
1100
＝187.57m，δh
1000-1100
＝0.59m；
32.h
1500
＝186.18m，h
1600
＝186.09m，δh
1500-1600
＝0.09m。
33.根据导叶漏水量计算公式：
[0034][0035]
式中：
[0036]q–
导叶漏水流量，m3/s；
[0037]d–
通气孔内径，1.20m；
[0038]
δh
–
水位变化值，m；
[0039]
δt
–
数据取样时间，100s；
[0040]
α
–
通气孔水平倾角，90
°
。
[0041]
经计算得到：
[0042]q500-600
＝0.0131m3/s；
[0043]q1000-1100
＝0.0067m3/s；
[0044]q1500-1600
＝0.0010m3/s。
[0045]
根据漏水量与上下游水头差的经验公式：
[0046][0047]
通气孔水位稳定在185.79m时，工作闸门上下游水头差为19.93m，活动导叶上下游水头差为43.79m。三个时间段分别计算，因此：
[0048]
①
500s～600s时间段：
[0049]h平均
＝191.91m，
[0050]
δh
闸门
＝13.81m，
[0051]
δh
导叶
＝49.91m，
[0052]q闸门
＝0.8324q*，
[0053]q导叶
＝1.0676q*，
[0054]q500-600＝q
导叶
–q闸门
＝0.2352q*＝0.0131m3/s，得：q*＝0.0557m3/s；
[0055]
②
1000s～1100s时间段：
[0056]h平均
＝187.87m，
[0057]
δh
闸门
＝17.85m，
[0058]
δh
导叶
＝45.87m，
[0059]q闸门
＝0.9464q*，
[0060]q导叶
＝1.0235q*，
[0061]q1000-1100＝q
导叶
–q闸门
＝0.0771q*＝0.0067m3/s，得：q*＝0.0869m3/s；
[0062]
③
1500s～1600s时间段：
[0063]h平均
＝186.14m，
[0064]
δh
闸门
＝19.58m，
[0065]
δh
导叶
＝44.14m，
[0066]q闸门
＝0.9912q*，
[0067]q导叶
＝1.0040q*，
[0068]q1500-1600＝q
导叶
–q闸门
＝0.0128q*＝0.0010m3/s，得：q*＝0.0781m3/s；
[0069]
由上述分析可以看出：选取不同时间段的数据进行分析，得到的q*有所差异，为相对准确地反映闸门漏水量和导叶漏水量，对三个时间段的计算结果进行平均可得：
[0070]
q*＝0.0736m3/s
[0071]
根据水头换算公式：
[0072][0073]
即可换算出额定水头下的导叶漏水量qr值。
[0074]
根据gb/t 15468-2006《水轮机基本技术条件》中第5.7.1条款的技术规定：在额定水头下，圆柱式导叶漏水量不应大于水轮机额定流量的3
‰
，圆锥式导叶漏水量不应大于水轮机额定流量的4
‰
。
[0075]
通过与现行标准进行对比分析，评估机组的导叶漏水量是否超标。