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        混流式水輪機穩(wěn)定運行的主要水力因素分析

        2014-06-14 14:06:33陳瑋
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2014年2期
        關(guān)鍵詞:穩(wěn)定性

        陳瑋

        摘 要:隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,水電事業(yè)也得到了很大的進(jìn)步,混流式水輪機在水電站的應(yīng)用,其穩(wěn)定性直接影響著水電站的經(jīng)濟效益。隨著混流式水輪機機組容量、尺寸與轉(zhuǎn)速越來越大,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜,混流式水輪機的穩(wěn)定性問題也日益突出。該文針對型號為HL100-LJ-100混流式水輪機穩(wěn)定性在水力方面存在的問題進(jìn)行分析,并提出有效對策。

        關(guān)鍵詞:混流式水輪機 穩(wěn)定性 水電事業(yè)

        中圖分類號:TK733.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)01(b)-0069-01

        穩(wěn)定性問題是現(xiàn)代水輪機正常運行的重要指標(biāo)之一,其不穩(wěn)定性現(xiàn)象是其本身的固有特性。由于早期水輪機的容量小,穩(wěn)定性問題不是很明顯。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,大型混流式水輪機的生產(chǎn),在不同程度上存在著水力方面的不穩(wěn)定性問題也越來越明顯,給電站造成很大的損失。因此,本文通過對天臺縣龍溪水力發(fā)電站混流式水輪機的穩(wěn)定性進(jìn)行研究,對提高混流式水輪機在水力方面的穩(wěn)定性是十分重要的[1]。

        1 混流式水輪機穩(wěn)定運行的水力因素

        1.1 混流式水輪機處于低水頭大流量運行工況

        混流式水輪機處于低水頭大流量運行工況時,水輪機為了滿足容量的需求,其流量必然增大,使水輪機的葉片受到水流的負(fù)沖角繞流,致使葉片頭部受壓力側(cè)造成脫流現(xiàn)象,使水流分離成片狀渦串,通過水輪機的上冠、下環(huán)與葉片組成的流道流出。在這種情況下,由于水輪機負(fù)沖角小,而水輪機葉片將無法形成空化脫流現(xiàn)象,就算發(fā)生此種情況,對水輪機也不會造成大的威脅,通常采用水輪機尾水管補氣方式,就可以產(chǎn)生明顯的效果。

        1.2 混流式水輪機處于高水頭小開度運行工況

        混流式水輪機處于高水頭小開度運行工況下,由于轉(zhuǎn)輪出口環(huán)量過大,容易造成水輪機在運行過程中出現(xiàn)局部真空現(xiàn)象,造成水輪機周圍出現(xiàn)復(fù)雜旋渦運動,隨著旋渦振擺幅度增大,導(dǎo)致水輪機發(fā)生低壓力脈動,而旋渦由于受到水輪機尾水管壁的作用,會形成一個上、下反復(fù)幅動的激振源,使水輪機的上冠、下環(huán)與葉片組成的流道不斷受到壓力,破壞水輪機的尾水管壁,使水輪機在運行中出現(xiàn)不穩(wěn)與噪音現(xiàn)象,及不利于水輪機的正常運行[2]。

        1.3 設(shè)計時水輪機最大運行水頭與額定水頭比值過大

        根據(jù)HL100-LJ-100混流式水輪機額定水頭234.0 m可以得出,當(dāng)HL100-LJ-100混流式水輪機的最大運行水頭大于或者等于273.0 m時,混流式水輪機處于不穩(wěn)定區(qū)域運行中,這是由于水輪機水頭高于273.0 m時,遠(yuǎn)離最優(yōu)設(shè)計工況,這時水輪機轉(zhuǎn)輪進(jìn)口水流沖角大,導(dǎo)葉開度小,造成水輪機葉片頭部形成局部真空或者側(cè)脫流空化現(xiàn)象,而由于水流受力不均勻,導(dǎo)致其流動不均,容易產(chǎn)生二次流動,增加渦流的不穩(wěn)定性,嚴(yán)重時會破壞水輪機的葉片頭部。

        1.4 混流式水輪機處于負(fù)荷變化過大工況

        當(dāng)混流式水輪機處于負(fù)荷變化過大工況,水輪機水頭向高水頭方向移動,水輪機葉片正面受到水流的沖擊力的作用,當(dāng)水頭沖擊力大于設(shè)計水頭的沖力1.1倍時,容易造成水輪機葉片背面出現(xiàn)脫流現(xiàn)象,因此水輪機在水力方面的穩(wěn)定性主要取決于水輪機在高水頭運行時的穩(wěn)定狀況。當(dāng)水輪機水頭向低水頭方向移動時,水輪機葉片正面所受的水流沖擊力小,在水流量大的區(qū)域內(nèi)容易導(dǎo)致水輪機葉片正面進(jìn)口處形成較強的水輪機尾水管渦流與脫流空化渦流現(xiàn)象,在水輪機額定輸出功率控制范圍外。水輪機水頭向高水頭方向移動時,其葉片所受水流沖力主要是由于水輪機額定水頭低于水輪機水頭,導(dǎo)致水輪機導(dǎo)葉開度變小,水輪機處于偏離最優(yōu)工況運行,發(fā)生水流與水輪機葉片撞擊現(xiàn)象。因此水輪機處于高水頭段容易發(fā)生不穩(wěn)定運行現(xiàn)象[3]。

        2 提高混流式水輪機穩(wěn)定性措施

        混流式水輪機的穩(wěn)定性問題會使水電站受到不同程度的影響,導(dǎo)致水輪機無法正常運行,影響水電站的經(jīng)濟效益,因此采取一定的措施,提高混流式水輪機運行的穩(wěn)定性是非常重要的。

        2.1 提高制造安裝檢修工藝水平

        所謂提高混流式水輪機的制造安裝檢修工藝,就是要求混流式水輪機生產(chǎn)商盡可能的提高混流式水輪機的加工精度,提高混流式水輪機的水平度、同心度等,還要提高水輪機主要機械部件的強度,例如主軸、座環(huán)等?;炝魇剿啓C的檢修則需要檢修單位對水輪機在運行過程中存在的問題及時進(jìn)行維修,做到精修、細(xì)修,把握好水輪機檢修質(zhì)量要求[4]。

        2.2 選擇合理的運行方式

        作為HL100-LJ-100混流式水輪機的管理者應(yīng)當(dāng)根據(jù)天臺縣龍溪水力發(fā)電站的環(huán)境與HL100-LJ-100混流式水輪機運行數(shù)據(jù),對水輪機的長期運行狀態(tài)進(jìn)行分析,確保水輪機在穩(wěn)定的工況下運行,并根據(jù)水電站的環(huán)境制定出合理的運行方式,例如水輪機在平水期、檢修期的運行方式等,保證水輪機在各種情況下達(dá)到合理的運行方式。

        2.3 加強設(shè)備的整治和改造

        在混流式水輪機生產(chǎn)運行期間,生產(chǎn)運行單位應(yīng)做好水輪機設(shè)備的整治與改造工作,將水輪機存在的小問題的根源扼殺在搖籃中,避免水輪機故障的擴大化。對于水輪機存在的大一些的問題應(yīng)積極主動地進(jìn)行檢修處理,對于處理不了的問題,應(yīng)及時向上級管理部門、生產(chǎn)商、設(shè)計方進(jìn)行溝通協(xié)商,尋找解決方式,確保水輪機的整治與改造工作的合理性,從而提高水輪機的運行穩(wěn)定性,避免影響水電站的經(jīng)濟效益。

        3 結(jié)語

        混流式水輪機的穩(wěn)定性問題直接影響著水電站的經(jīng)濟效益,因此為了確?;炝魇剿啓C的穩(wěn)定運行,就必須從混流式水輪機制造安裝檢修工藝水平、運行方式與設(shè)備的整治和改造等方面進(jìn)行全方位的提高,使混流式水輪機在安全的運行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)下運行,進(jìn)而提高水電站的經(jīng)濟效益[5]。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 黃漢云,朱桂林.混流式水輪機穩(wěn)定運行的主要水力因素淺析[J].水電站機電技術(shù),2010,126(5):115-117.

        [2] 吳次光,青長庚.混流式輪機電站運行穩(wěn)定性與裝機容量選擇的探討[C]//大中型混流式水輪機運行穩(wěn)定性專輯,2009.

        [3] 韋彩新,韓鳳琴,孫建平.大型混流式水輪機小負(fù)荷工況振動研究[J].中華理工大學(xué)學(xué)報,2009,26(10):73-75.

        [4] 方源,湯湘軍.成家寨水輪機運行狀態(tài)對水輪機選型設(shè)計的啟示[J].水力發(fā)電學(xué)報,2009,95(1):33-34.

        [5] 伍曉芳,閉貴福,梁玉福.大型混流式水輪機尾水管振動數(shù)值模擬及應(yīng)用[J].廣西電力研究,2009,68(5):57-59.endprint

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