朱勇軍，徐澤強(qiáng)

(浙江金輪機(jī)電實(shí)業(yè)有限公司，浙江　金華　321000)

美國(guó)FARGO電站水輪機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

朱勇軍，徐澤強(qiáng)

(浙江金輪機(jī)電實(shí)業(yè)有限公司，浙江金華321000)

1概述

美國(guó)FARGO電站為同一電站兩種不同的額定水頭：H1(1)=43.28 m，H1(2)=24.38 m，分別對(duì)應(yīng)不同的額定流量Q1(1)=2.26 m3/s，Q1(2)=1.13 m3/s；要求安裝一大一小2臺(tái)水輪機(jī)，水輪機(jī)的出力分別為800 kW和230 kW。

按照小水電通常做法，即可裝2套小混流式水輪發(fā)電機(jī)組，分別配套2臺(tái)800 kW和200 kW發(fā)電機(jī)及2套獨(dú)立的控制保護(hù)設(shè)備，預(yù)計(jì)需投資約400萬(wàn)美元；但考慮到用戶總投資的限制，無(wú)法承擔(dān)此方案的全部投資。因此，在此項(xiàng)目的選型設(shè)計(jì)時(shí)需優(yōu)化設(shè)計(jì)，用最簡(jiǎn)潔的設(shè)備布置來(lái)滿足需求。

2水輪機(jī)選型

H1(1)=43.28 m，H1(2)=24.38 m；Q1(1)=2.26 m3/s，Q1(2)=1.13 m3/s；f=60 Hz。

N1(1)=9.81×43.28×2.26×0.84=806 kW

N1(2)=9.81×24.38×1.13×0.85=214.3 kW

初定D1(1)=600 mm，D1(2)=500 mm(D1(1)、D1(2)為2臺(tái)水機(jī)轉(zhuǎn)輪的標(biāo)準(zhǔn)直徑)。

為節(jié)約廠房投資和控制保護(hù)設(shè)備的投資，可考慮用2臺(tái)水輪機(jī)帶1臺(tái)發(fā)電機(jī)，機(jī)組的控制保護(hù)設(shè)備僅需1套；總設(shè)備投資控制在300萬(wàn)美元以內(nèi)。

發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速初取n=900 r/min，出力為1 000 kW：

考慮到混流水輪機(jī)最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速的范圍，可適當(dāng)調(diào)整有關(guān)參數(shù)，取D1(1)=650 mm，n=720 r/min，D1(2)保持不變：

按n、Q分別選取 HLA696—WJ—65和HLA153—WJ—50，水輪機(jī)配SFW1000—8P。在此運(yùn)行范圍內(nèi)，效率如下所示(見(jiàn)表1、表2)。

表1　大機(jī)參數(shù)

表2　小機(jī)參數(shù)

3結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)創(chuàng)新

考慮到2臺(tái)水輪機(jī)帶1臺(tái)發(fā)電機(jī)，為保證機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行、維護(hù)方便和支點(diǎn)不至于過(guò)約束，取大機(jī)HLA696—WJ—65與SFW1000—8P電機(jī)2支點(diǎn)結(jié)構(gòu)(兩機(jī)共軸)；小機(jī)HLA153—WJ—50與發(fā)電機(jī)為4支點(diǎn)彈性聯(lián)接結(jié)構(gòu)(兩機(jī)兩軸)。大機(jī)與發(fā)電機(jī)共2個(gè)軸承，小機(jī)2個(gè)軸承，整機(jī)共4個(gè)軸承(見(jiàn)圖1)。

圖1　機(jī)組安裝示意

為統(tǒng)一水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，大機(jī)取旋轉(zhuǎn)方向?yàn)閺陌l(fā)電機(jī)端看為順時(shí)針，小機(jī)取旋轉(zhuǎn)方向?yàn)閺陌l(fā)電機(jī)端看為逆時(shí)針；即大機(jī)取蝸殼、固定導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)，小機(jī)取蝸殼、固定導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)。

4結(jié)語(yǔ)

在設(shè)計(jì)、制造、安裝完成后，F(xiàn)ARGO電站從2012年底已發(fā)電穩(wěn)定運(yùn)行至今，累計(jì)發(fā)電量1 000萬(wàn)kW·h，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)然，在電站的設(shè)計(jì)中，還存在一些不盡人意的地方，如在小流量工況工作中，在小機(jī)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)大機(jī)沒(méi)有設(shè)計(jì)成可脫開(kāi)機(jī)組以減少磨擦損失等。在今后的水輪機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，還要不斷通過(guò)技術(shù)上的創(chuàng)新，為用戶提供最經(jīng)濟(jì)高效的產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。

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責(zé)任編輯吳昊

收稿日期：2016-01-07

作者簡(jiǎn)介：朱勇軍(1969-)，男，工程師，主要從事水輪機(jī)設(shè)計(jì)工作。E_mail:zhuyongjunvip@sina.com