章嘉慶，張 慶

(浙江金輪機電實業(yè)有限公司，浙江 金華 321002)

?

明槽軸流機組的增效擴容

章嘉慶，張 慶

(浙江金輪機電實業(yè)有限公司，浙江 金華 321002)

針對早期明槽軸流機組老化、效率低的問題，以某電站改造設(shè)計為例，詳細(xì)介紹在廠房水工基礎(chǔ)基本不變的情況下，機組在固定導(dǎo)葉的CFD優(yōu)化設(shè)計的同時，通過固定導(dǎo)葉改變水流環(huán)量，并結(jié)合高效轉(zhuǎn)輪來提高機組效率，以達(dá)到電站的增效擴容。圖5幅，表1個。

水輪機組；明槽；固定導(dǎo)葉；優(yōu)化設(shè)計；增效擴容

1 概 述

針對很多老舊電站明槽軸流機組老化、效率低的問題，業(yè)主都希望在水工不動或少動的情況下，通過更換機組達(dá)到電站的增效擴容。很多廠家只是根據(jù)電站原有的機型，采用增大轉(zhuǎn)輪直徑、增加流量的方式達(dá)到擴容目的，而原有的明槽軸流機組都是控制環(huán)內(nèi)調(diào)式且不帶固定導(dǎo)葉，這種機型轉(zhuǎn)輪效率普遍不高，增效目的并沒有達(dá)到。

2 電站概況

某水電站原有裝機容量為2×320 kW，總裝機容量為640 kW。改造后，電站裝機容量為2×400 kW，總裝機容量為800 kW，電站出力增加25%(見表1)。該電站于1985年并網(wǎng)發(fā)電，水輪機原有型號為ZD760—LMY—120，配套的水輪發(fā)電機為TSL156/30—16，使用水頭范圍6.0～7.0 m，流量范圍7.5～7.7 m3/s，額定轉(zhuǎn)速375 r/min，額定電壓400 V，額定功率因數(shù)0.8，B級絕緣，水輪機設(shè)計效率83%，發(fā)電機設(shè)計點效率90.0%。該站多年來機電設(shè)備雖經(jīng)多次維修，仍經(jīng)常帶病運行；因檢修停機，實際年運行小時數(shù)不足3 400 h。近3 a實際平均發(fā)電量僅218萬kW·h，與設(shè)計年發(fā)電量(約358萬kW·h)相差較大，水輪機平均運行效率僅72.0%。

經(jīng)計算，將原水輪機ZD760—LMY—120更換為ZDJ6—LMY—120水輪機。參照轉(zhuǎn)輪模型綜合性能曲線，結(jié)合電站運行水頭，當(dāng)水輪機設(shè)計水頭6.3 m、流量7.96 m3/s、效率能達(dá)到89.5%時，水輪機額定出力440 kW，電站增效24.3%。

表1 電站主要參數(shù)

3 改造方案

電站原為立式明槽引水機組，引水室為方形結(jié)構(gòu)，不帶固定導(dǎo)葉(見圖1)。

根據(jù)原有的水工結(jié)構(gòu)，結(jié)合封閉式帶蝸殼包角的固定導(dǎo)葉分布作CFD分析，從流場分布圖來看(見圖2、圖3)，在包角鼻端明顯存在比較嚴(yán)重的渦流，這將影響水流進(jìn)入固定導(dǎo)葉及活動導(dǎo)葉的流態(tài)，從而影響機組效率。

圖1 電站原有廠房及機組布置

圖2 水流運動跡線1

圖3 水流運動跡線2

圖4 水流運動跡線3

由于上述包角鼻端的渦流，作了另一種方案即取消鼻端。結(jié)合CFD流場分析對固定導(dǎo)葉反復(fù)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化主要包括固定導(dǎo)葉的翼型、進(jìn)口角和出口角。最終優(yōu)化出一套較為理想的固定導(dǎo)葉，CFD分析結(jié)果顯示流態(tài)順暢(見圖4、圖5)。

圖5 水流運動跡線4

通過不斷調(diào)整，水流的流態(tài)在引水室內(nèi)均勻而且不產(chǎn)生擾流，通過模型分析的轉(zhuǎn)輪理論計算出力，在額定水頭和額定流量下可達(dá)到最大的值。

4 結(jié) 論

該機組在改造后發(fā)電，從電站反饋的信息來看，在水頭和流量保證下，出力能達(dá)到額定出力，有富余的情況下也能超發(fā)，改造還是非常成功的。

■

責(zé)任編輯 吳 昊

2014-12-29

章嘉慶(1983- )，男，工程師，主要從事水輪機產(chǎn)品研發(fā)工作。E_mail： 310966802@qq.com