周永富

(自貢市水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，四川 自貢，643000)

沙嘴水電站復(fù)建水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪選擇淺析

周永富

(自貢市水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，四川 自貢，643000)

本文在磨西河流域幾個(gè)電站磨蝕情況比較的基礎(chǔ)上，分析了沙嘴水電站機(jī)組的磨蝕破壞情況，對(duì)該水電站復(fù)建水輪機(jī)組轉(zhuǎn)輪選擇進(jìn)行了論證。

水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪 選型 復(fù)建 沙嘴水電站

1 工程及流域概況

1.1 工程概況

沙嘴水電站位于甘孜州瀘定縣磨西鎮(zhèn)，處于大崗山電站水庫(kù)尾部，距瀘定縣城45km。該電站為大渡河中游右岸支流磨西河上的最后一個(gè)梯級(jí)電站，屬跨流域、無(wú)調(diào)節(jié)引水式電站。電站裝機(jī)2×19MW，工程任務(wù)為單純發(fā)電，無(wú)綜合利用要求。電站于2004年11月建成投產(chǎn)發(fā)電，安裝有兩臺(tái)立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，水機(jī)輪型號(hào)為HLA575C-LJ-140，發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF19-10/3250。設(shè)計(jì)水頭153.5m，額定轉(zhuǎn)速600r/min，設(shè)計(jì)尾水位1120.00m，廠房發(fā)電機(jī)層高程為1126.146m。

電站在運(yùn)行過(guò)程中棄水較多，水能資源利用不充分。電站所處磨西河泥石流爆發(fā)頻繁，經(jīng)常沖毀流域中各電站的取水建筑物。沙嘴水電站的沉砂池已經(jīng)低于磨西河高程，無(wú)法完成沉砂、排砂功能。流道中含沙量大，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪及其它過(guò)流部件磨蝕非常嚴(yán)重，機(jī)組檢修及轉(zhuǎn)輪更換周期較短。

1.2 復(fù)建情況

受大崗山電站蓄水影響，沙嘴水電站水頭最大減少了近10m，同時(shí)也給電站廠房的防洪帶來(lái)了新問(wèn)題?？紤]到大崗山水電站對(duì)沙嘴電站淹沒(méi)影響不大，為了減少大崗山電站庫(kù)區(qū)淹沒(méi)補(bǔ)償和充分利用水資源，需對(duì)沙嘴水電站進(jìn)行復(fù)建。復(fù)建方案為拆除原電站廠房，在墊高的廠區(qū)內(nèi)重建電站。受壓力隧洞的制約，經(jīng)復(fù)核電站復(fù)建裝機(jī)保持38MW不變，為減少枯期棄水和便于運(yùn)行維護(hù)，確定單機(jī)容量為22MW。復(fù)建后電站最大水頭149.60m，最小水頭132.87m，設(shè)計(jì)水頭142.9m，設(shè)計(jì)水頭相差10.6m。雖然設(shè)計(jì)水頭變化僅為6.9%，但使用原水輪機(jī)運(yùn)行效率將上移，原電站運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)原機(jī)組轉(zhuǎn)輪及其它過(guò)流部件磨蝕非常嚴(yán)重，大修頻繁，大修次年由于導(dǎo)葉磨損嚴(yán)重，導(dǎo)葉間隙變大，正常停機(jī)時(shí)必須關(guān)閉進(jìn)水閥才能停機(jī)。轉(zhuǎn)輪磨損也較為嚴(yán)重，每次大修都要對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行更換，更換間隔最長(zhǎng)為12個(gè)月，最短僅為28天。繼續(xù)使用原機(jī)組檢修、更換設(shè)備的費(fèi)用及非正常停機(jī)造成的停電損失都是業(yè)主無(wú)法接受的，而且原枯期檢修時(shí)棄水較多的情況依然會(huì)存在。沙嘴水電站復(fù)建根據(jù)磨西河流域泥砂情況及原沙嘴水電站的實(shí)際情況重新選擇機(jī)組。

1.3 磨西河流域泥沙情況

沙嘴水電站所在的磨西河流域無(wú)實(shí)測(cè)泥沙資料，流域內(nèi)泥沙輸沙量都是移用鄰近流域瓦斯溝河康定水文站實(shí)測(cè)泥沙資料進(jìn)行計(jì)算，但是康定水文站移用過(guò)來(lái)的泥砂資料與實(shí)際無(wú)法吻合。磨西河流域內(nèi)廣泛分布元古代侵入花崗巖、石英閃長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖等，河中所含泥砂硬度特別大且砂的外形不規(guī)則，帶有堅(jiān)硬棱角，由于復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境條件和頻繁的人類工程活動(dòng)，該流域內(nèi)泥石流溝分布廣泛，泥石流爆發(fā)頻繁且規(guī)模較大，經(jīng)常沖毀流域中各電站的取水建筑物。

2 同流域水電站情況比較

在本流域還有雅家埂水電站、趙家山水電站等，雖然這些電站也存在機(jī)組磨蝕情況，但均沒(méi)有本電站嚴(yán)重。收集三個(gè)電站的轉(zhuǎn)輪流道等資料及對(duì)歷年檢修情況，比較磨蝕情況 ，參數(shù)見下表1。

表1 磨西河流域水電站磨蝕情況比較

經(jīng)比較，所屬同流域的三個(gè)電站額定轉(zhuǎn)速均為600r/min，但原沙嘴水電站裝置汽蝕系數(shù)較低，葉片出口圓周速度最高。本流域中三個(gè)電站大修時(shí)間間隔：趙家山電站>雅家埂電站>原沙嘴水電站；葉片出口圓周速度：原沙嘴水電站>雅家埂電站>趙家山電站。

3 沙嘴水電站轉(zhuǎn)輪破壞原因分析

原沙嘴水電站轉(zhuǎn)輪出水邊破壞嚴(yán)重，業(yè)主更換過(guò)不同材質(zhì)的轉(zhuǎn)輪及對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行滲碳、噴涂等各種處理，但是效果均不明顯。

由于水輪機(jī)過(guò)流部件汽蝕程度和泥沙磨損量都與過(guò)流速度的次方成正比，所以同流域三個(gè)電站中，原沙嘴水電站大修最為頻繁，磨損、汽蝕最為嚴(yán)重。在過(guò)機(jī)含沙量、砂的硬度、砂的粒徑、砂的形狀、轉(zhuǎn)輪葉片材質(zhì)、葉片的加工工藝、運(yùn)行方式相差不大的情況下，原沙嘴水電站的葉片出口速度遠(yuǎn)大于另外兩電站，是造成原沙嘴水電站磨損嚴(yán)重的一個(gè)主要因素。

三個(gè)電站裝置汽蝕系數(shù)沙嘴水電站最小，這也是造成原沙嘴水電站磨損嚴(yán)重的一個(gè)主要因素。

綜合分析認(rèn)為，原沙嘴水電站轉(zhuǎn)輪破壞最嚴(yán)重的主要原因是，過(guò)機(jī)流速過(guò)大及吸出高度偏大引起的磨損和汽蝕聯(lián)合作用。

4 沙嘴水電站復(fù)建水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪選擇

沙嘴水電站復(fù)建工程水輪發(fā)電機(jī)組采購(gòu)招標(biāo)前，電站業(yè)主聘請(qǐng)專家會(huì)同設(shè)計(jì)單位就減輕沙嘴水電站過(guò)流部件磨蝕、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型號(hào)、機(jī)組額定轉(zhuǎn)速及裝置汽蝕系數(shù)等主要技術(shù)參數(shù)，與東風(fēng)電機(jī)廠、昆明電機(jī)廠和重慶水輪機(jī)廠進(jìn)行了專題論證。對(duì)三個(gè)廠家提出的HLB76、HLD358B、HLA920、HLJF1606、HLD307C、HLA351、HLA855a、HLA956、HLA936、HLA1125、HLA351E等模型轉(zhuǎn)輪進(jìn)行分析比較。其中HLA855a對(duì)于沙嘴水電站轉(zhuǎn)速太高，HLD307C是在HLD307的基礎(chǔ)上進(jìn)行了流道修改優(yōu)化。由于沙嘴水電站泥砂含量較重，泥砂顆粒硬度較大，為了降低轉(zhuǎn)輪及過(guò)流部件的汽蝕、磨損，建議電站降低機(jī)組轉(zhuǎn)速選擇機(jī)型。經(jīng)對(duì)廠家提出的轉(zhuǎn)輪進(jìn)行選型，機(jī)組同步轉(zhuǎn)速在300r/min～428.6r/min的真機(jī)參數(shù)進(jìn)行了比較，重點(diǎn)比較轉(zhuǎn)輪的葉片出口速度、汽蝕性能，同時(shí)兼顧電站投資。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，設(shè)計(jì)方為業(yè)主推薦了各轉(zhuǎn)輪使用在沙嘴水電站的原型機(jī)型號(hào)，業(yè)主最終選擇了HLB76轉(zhuǎn)輪，額定轉(zhuǎn)速為333.3r/min。真機(jī)型號(hào)為HLB76-LJ-229/SF19-18/4250，轉(zhuǎn)輪葉片出水邊最大圓周速度27.8m/s，轉(zhuǎn)輪出口相對(duì)流速約28.1m/s，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)絕對(duì)流速13.9m/s。水輪機(jī)過(guò)流部件過(guò)流面均采用抗磨抗汽蝕的不銹鋼材料、適當(dāng)加厚尾水管、抗磨板等過(guò)流部分的厚度。

在沙嘴水電站復(fù)建確定安裝高程時(shí)充分考慮裝置汽蝕系數(shù)，并留安全裕量。裝置汽蝕系數(shù)取1.8。沙嘴水電站復(fù)建廠家提供的水輪機(jī)在特征水頭下允許吸出高度和出力保證值見下表2。

表2 水輪機(jī)允許吸出高度和出力保證值

綜合考慮大崗山電站水庫(kù)的回水水位、沙嘴水電站回填墊高及大崗山電站建成后的泥沙淤積等情況，電站吸出高度取-1.5m。

5 結(jié)語(yǔ)

2015年底沙嘴水電站復(fù)建工程已經(jīng)順利完成并并網(wǎng)發(fā)電，電站運(yùn)行狀況良好，復(fù)建轉(zhuǎn)輪的選擇及減輕磨蝕的措施是成功的。

多泥沙河流電站機(jī)組設(shè)備的選擇是一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)中應(yīng)高度重視。

本電站水頭不高，但是流域泥沙較重且硬度較大。這類電站解決泥沙磨損的最根本辦法是改善生態(tài)環(huán)境，降低進(jìn)入機(jī)組的泥砂含量。但沙嘴水電站沉砂池已經(jīng)不能完成其功能，進(jìn)入機(jī)組的泥沙目前無(wú)較可行控制措施的情況下，只有選擇合適的轉(zhuǎn)輪型號(hào)、降低過(guò)機(jī)流速，選擇合適的吸出高度，過(guò)流部件使用抗磨蝕的材料并適當(dāng)加大其厚度，才能延遲機(jī)組的使用壽命。

TK73∶TV

B

2095-1809(2017)01-0100-02