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关于中小型水电站水轮机改型设计的分析研究

2012年第6期(总第163期)
罗颂华(广东鸿源机电股份有限公司,广东 兴宁 514500)
 
 

【摘 要】  水轮机是水轮发电机组的心脏,决定着水电站的经济效益。为了充分利用水资源,使水电站高效运行,就必须对水轮机进行改型,特别是转浆部分,通过改型来增加电站容量,改善机组运行的安全性和稳定性。对相关部门对水轮机的改型设计进行了分析研究,以期能为水轮机的改型设计提供理论依据,促进水电站技术改造工作的顺利进行。

【关键词】 中小型水电站;水轮机;改型设计 

 

1 前言

    水轮机是水电站承接势能转换动力的核心设备之一,其价值和使用关系着水电站的投资、运输、安装、安全运行、收益等。但因水力资源和开发利用的具体情况不同,水电站的工作水头和引用流量范围也不同,为了使水电站经济高效运行,就必须对水轮机进行改型来适应各种水电站的要求。

    世界各国对老水电站机组的技术改造非常关注。我国也于1980年代初开始探索水电站更新换代的技术改造工作。多年来,各类水电站的技术改造工作已取得了不少的成绩和经验,这为我国各水电站的增容改造工作奠定了基础。

2       我国中小型水电站的水轮机运行中存在的问题

目前,我国60%的中小水电站是改革开放前建设的,由于建造时期我国工业基础薄弱,技术落后,使水轮机制造受很多条件限制,生产的产品不能充分利用水资源,过流能力差,出率较低,总的能量指标偏低,且影响机组的安全稳定运行,使电站设备的整体效益差。具体表现在以下几个方面:

1)近年来,随着工农业用水量等的增多,使库存水位发生较大变化,原有的转浆运行已大大偏离设计工况。

2)由于水轮机与水轮发电机选型不合理和当时设计条件的制约,限制了机组的出力。

3)我国初期生产的转浆与国外当时先进的转浆差距很大,体现在水轮机性能方面的水轮机转浆对水资源的利用率不高,造成能源的巨大浪费。

4)水轮机受当时原材料、设计、加工设备水平的限制,水轮机运行可靠性差,水轮机抗空化、抗磨损、抗振动性能差,运行条件恶劣,事故隐患不断增加。

    综上所述,当前如何提高已开发的水力资源的经济效益,已成为许多老水电站面临的重大课题,而水轮机的水资源利用率、水力性能、振动与空化主要取决于转浆性能,转浆性能的优劣对合理开发利用水能、保证电网可靠性方面有很大的影响。通过对水轮机的改型,可以提高机组的整体效率,增加电站容量,改善机组运行的安全稳定性。因此,对老的水轮机转浆进行更新改造势在必行。

3       当前关于水轮机改型设计的一些探索

    随着流体机械三维流动分析与设计理论、计算机与计算技术、通讯与传感器技术、现代控制理论和先进数控设备应用等技术的发展,使得水轮机的改型设计技术也随之发展。这些新的技术具体表现在:

1)当前流体机械测试技术发展迅速,诸如压力测量技术,流量测量技术和粒子图像测速技术有较大的提升,分散机 涂料分散机 高速分散机 实验室分散机 真空分散机 升降分散机 高粘度分散机 实验室分散机 双行星混合机 双行星搅拌机 多功能混合机 电池浆料搅拌机 环氧树脂搅拌机 电池浆料混合机多媒体技术和计算机网络技术进一步应用到流体机械测试系统中。国内的哈电、东方等厂家,清华、水科院等科研院校对原水轮机模型试验台的电气、测试系统进行了全面的技术改造。

2)随着计算机技术和计算流体动力学的迅速发展,水力机械过流部件的三维流动分析,三维设计和优化算法都有了长足的发展,已成为过流部件水力设计与流动分析的重要工具。现在,仅在水轮机研究领域就有清华、东方厂等多家单位引进了先进的CFD分析软件。另外,西安理工大学研究出了全三维有旋流动的反问题计算模型和方法。

3)近几年来,根据丰水期、沽水期水资源大小来调节水流量的自动调浆技术也在进行大胆的探索。

4)近年来,模压成型技术广泛用于水轮机转浆叶片制造,这是一项可以获得叶型准确、铲磨量小,价格适中、生产周期较短的转浆叶片制造技术。其方法是将叶片母材进行初步加工,然后放在用数控机床铣好的压模内用压力机压型,最后做局部修磨。

5)在叶片数控加工技术上,近年来,各水轮机制造厂家已取消了传统的立体样板,采用数控加工技术,它是一种通过计算机系统的软件控制机床自动操作完成的一种理想的加工工艺。

6)随着有限元的发展,机械构件的刚强度计算技术有了很大的提高,用计算机模拟技术代替模型试验和电站实测已成为可能。目前以ANSYSIDEAS为代表的一大批大型有限元结构分析计算软件在转浆刚强度计算中得到了广泛的应用,实现了水力与强度的交互式设计,计算结果更为准确,叶片应力状况也更趋合理。

 

4       结语

综上所述,对老水电站更新改造已成为必然趋势。据悉,为充分利用水资源,我国拟对原有水电站进行大规模的技术改造,而水轮机是水电站的主要设备之一,所以,水电站水轮机转浆的改型设计已成为水电站更新改造的关键手段。随着现代新技术的不断发展,相关部门对水轮机的改型进行了大量分析研究,将能为水电站的技术改造工作提供有力保障。

 

参考文献

[1]王国海,陶星明.水轮机增容改造与新技术的应用[J].大电机技术,2001,S1

[2]李吉川.水轮发电机组的增容改造[J].广西电力技术,1999,2(1).

[3]杨金华,张连君.水轮机叶片计算机辅助测量系统[J].大电机技术,1997,(2).

[4]孙超图,罗兴琦,梁武科,等混流式水轮机转浆的改型研究[J].水利学报,1996,(11).

 

   
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