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福川水电站水轮机选型设计


科技创新导报

2010  NO.11 Science and Technology Innovation Herald

工 程 技 术

福川水电站水轮机选型设计
朱本贞 赵海刚 ( 杭州大路发电设备有限公司 杭州 311234) 摘 要: 根据福川水电站的工程概况, 对该电站的参数进行选择分析, 综合考虑

各种因素, 在机组参数选择、 运行稳定性等方面考虑多泥 沙的特性, 选择最适合于本电站的水轮机机型。 关键词:水电站  水轮机选型  比转速  空化  磨损  振动  运行稳定性 中图分类号: T K 7 3 3 文献标识码: A 文章编号:1674-098X(2010)04(b)-0110-01

1 水电站工程概况
福川水电站工程位于湟水河下游干流 上,电站厂房距海石湾约30km, 是一座引 水式水电站。 站 装 置2台 8.3MW轴流定 电 桨 式 水 轮 发 电 机 组 ( 以 下 称 定 桨 ) 和1 台 8 . 3MW轴 流 转 桨 式 水 轮 发 电 机 组(以 下 称 转 桨) , 总 装 机 容 量2 4 . 9 M W ,多 年 平 均 发 电 量 10084万kW? h,年利用小时数4050h,保证出 力4 4 2 3   k W。 1)电站自然条件 2) 电站水力参数和运行条件 3)机组布置及各层高程: 电站装设三台立式轴流式水轮发电机 组,厂内布置自左至右分成一个安装间和 两个机组段, 机组一列布置。 水轮机的安装 高程定为1576.5m。

机综合性能的一个重要指标。 站装置空 电 化系数的大小,直接影响电站开挖深度和 水轮机运行寿命。 含沙水流中工作的水 在 轮机除了会发生空化外还经常发生泥沙磨 损, 泥沙磨损与空化现象相伴发生, 从而加 剧过流部件的空蚀和磨损破坏。 因此, 合 理 地 选 择 空 化 系 数 , 尽可能减 少空蚀现象的发生,防止或减轻空化与泥 沙磨损的联合作用,同时也可以最大限度 地减少磨蚀破坏。 2.3.3 转 轮 直 径 的 选 择 本电站计划选用同一机型的转桨和定 桨 两 个 方 案, 两 机 型 流 道 部 分 及 水 轮 发 电 机 组 的 整 体 部 分 外 形 尺 寸 相 同, 以 简 化 了 电站的设计、 工难度, 故选用转轮直径 施 D 1= 3 . 4 m 。

2) 水 轮 机 导 叶 采 用 优 质 材 料 整 体 铸 造 后 经 数 控 机 床 精 确 加 工, 在 相 邻 导 叶 关 闭 位置的整个接触立面上设计有不锈钢焊 层, 在 导 叶 的 上 、 端 面 设 计 不 锈 钢 覆 盖 , 下 不仅提高了导叶本身的抗泥沙磨损性能, 也有利于顶盖、 环的抗泥沙磨蚀。 底 3)水轮机转轮的桨叶采用防空蚀、 抗泥 沙 磨 损 性 能 较 好 的 不 锈 钢 材 料 制 造, 叶 片 采用V0D或AOD技术精炼铸造,并进行表 面 硬 化 处 理, 叶 片 型 线 采 用 五 坐 标 数 控 机 床加工, 完全保证叶片过流面质量, 使转轮 叶片的空蚀、 泥沙磨损性能进一步的提 抗 高。 3 . 2 机组振动 引起相组振动有水力、 械和电气等 机 方面的原因。 在水力方面主要有:(1)尾水管 涡带。 (2)卡门涡。 (3)止漏环的结构或间隙 不当。 (4)通流部件的水力不平衡等。 这均要求, 在水轮机结构设计上采用 先进、 成熟的设计方案, 在制造上采用先进 的 制 造 工 艺, 整 体 提 升 水 轮 机 的 总 体 性 能 水平。 减轻尾水管涡带及其他水压脉动的有 效措施是向水压脉动区补气。

2 水轮机选型
2 . 1 水轮机的选型原则 水轮机的选型按照技术先进、 全可 安 靠、 经济合理的原则, 选择和确定水轮机的 具体型号和技术参数。 过对可行的不同 通 技术方案进行比较,对水轮发电机组及其 附属设备技术性能、 制造成本, 机组预期的 实用性、 靠性、 用寿命等,进行综合比 可 使 较和分析,寻求资源利用充分、 资省、 投 效 益高的最优方案。 2 . 2 福川水电站特点 福川水电站工程位于湟水河下游干流 上,天然河道多年平均含沙量:4.19kg/m ,


3 机组运行稳定性
影响机组运行稳定性的因素主要有空 蚀, 振 动 等 方 面 。 3 . 1 影响机组空蚀量的因素 影响机组空蚀量的因素很多, 主要有 以下几点: 1)叶型的制造质量:制造质量对空蚀量 影响很大,一些电站的水轮机其它条件基 本相同, 由于叶型制造质量的差别, 汽蚀量 可 相 差 数 倍 至 十 倍 以 上, 本 方 案 叶 片 将 采 用 完 全 的 数 控 加 工 技 术, 可 以 保 证 叶 片 型 线误差不超过标准的十分之一。 2)材质:国内外的运行检修统计资料表 明材质对汽蚀量的影响十分明显,当前行之 有效的叶片材质仍然是ZG00Cr13Ni4Mo。 3)运行工况:偏离较优运行工况区运行 时, 汽 蚀 量 会 增 加 等 。 为了减轻空蚀对机组的影响, 可采取 多种措施: 1)针对水电站多年平均含沙量达4.19kg/ m3的 高 泥 沙 水 质 , 为 防 止 含 沙 水 流 对 导 叶 轴 径 的 磨 蚀 和 降 低 导 叶 漏 水 量, 水 轮 机 导 叶上、 下轴径均镶套不锈钢衬套, 并采用耐 磨 性 材 料 做 的 防 沙 密 封 环 保 护 结 构, 导 叶 与顶盖、 底环接触的上、 下端面均采用防漏 水的黄铜条密封结构, 不仅有利于导叶本 身的抗泥沙磨蚀, 也有利于顶盖、 底环的抗 泥 沙 磨 蚀, 具 有 优 良 的 抗 磨 蚀 性 能 。

4 结语
目前, 随着国内经济的持续发展和对 能源需求的不断增长, 对中、 西部地区水利 资源的开发逐年增加。 了水力条件不太 为 好、 泥沙含量大的水电站能够长期稳定、 安 全可靠的运行, 在选型时, 对水轮机的技术 参数进行优化, 选择高效、 优质的水轮机转 轮,使这些高含沙电站能在运行水头内稳 定运转,并具有良好的抗空化和泥沙磨损 性能, 有 利 于 提 高 水 电 站 的 经 济 效 益 。 为了达到电站长期安全稳定运行,仅 仅选择一个合理的机型是不够的, 还需要 生产厂家对机组的优化设计和加工精度保 证,安装单位的安装质量以及水工土建质 量等各个方面的相互配合、 相互努力, 才能 把电站建设好, 创造更大的社会经济效益。

天 然 河 道 实 测 最 大 含 沙 量 : 8 . 4 3 k g / m3, 河 流年平均泥沙含量大, 汛期更大, 水质较 差, 因 此 对 该 电 站 的 机 组 选 择 要 求 较 高 。 2 . 3 水轮机参数选择 针 对 福 川 水 电 站 泥 沙 含 量 大, 小流量、 低水头运行时间较多的特点, 在机组参数 选择、 号选择、 力工况、 构设计等方 型 水 结 面都需要综合考虑各种因素, 采取适合于 本电站运行的最优方案。 2.3.1 水轮机转速的选择 水轮机的转速可以参照现阶段相近水 头 水 轮 机 的 比 转 速 水 平, 结 合 电 站 实 际 情 况和特殊要求来确定。 2.3.2 空 化 系 数 的 选 择 水轮机空化性能的优劣, 是衡量水轮

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