东方电机水力开发技术的进步

东方电机水力开发技术的进步

1999年，东方电机以三峡左岸电气工程为契机，全面转让和引进了三峡左岸电气工程vgs的联合水压工程技术人员，以及一套完整的电气工程设计、流量分析和电气模拟测试技术的硬台。在全面消化吸收引进技术的基础上,以大量水电工程为依托,通过二次创新和实际应用,东方电机的水力开发技术发生了质的飞跃。在短短的几年内,东方电机的巨型混流式、大型轴流转桨式和大型贯流式水轮机水力开发技术已达到了世界先进水平,缩小了与国外30多年的差距,实现了历史性的跨越。1东方电机的水力试验验证目前,水轮机转轮叶片及过流部件的三维交互式设计、流体动力分析和性能预估等技术已经成为东方电机水力设计的日常工具,这些现代设计技术的技术含量和水平有的与国外著名公司所使用的技术相当,有的领先于国外技术。新技术在水轮机水力设计中的全面采用大大提高了水轮机的水力性能品质,提高了水轮机水力开发的命中率,缩短了水轮机水力开发周期,降低了研发成本,水轮机的水力开发在东方电机已经成为一种高技术活动。模型水轮机的制造全面采用五轴数控加工技术,迄今,东方电机专门为模型水轮机的制造配备了3套五轴数控加工中心。除转轮叶片采用五轴数控高速切削加工外,模型水轮机的其它过流表面如蜗壳、座环、导叶和尾水管也全部采用数控加工技术,大大提高了模型水轮机的加工精度,保证了模型水轮机与真机的相似性,满足甚至超过了IEC标准对相似性的要求。无论是模型水轮机的水力型线偏差控制还是过流表面的光洁度,东方电机均不逊色于国外任何一家公司。截止2007年,东方电机拥有3座高精度的高水头水力试验台和1座高精度的贯流式模型水轮机试验台,都经过国内权威计量鉴定单位的鉴定,满足IEC规程对试验台的要求。3座高水头水力试验台可进行混流式和轴流式模型水轮机各种水力特性的测试,并可进行水泵水轮机全特性的试验。贯流式模型水轮机试验台是国内目前唯一一座可进行贯流式水轮机模型试验验收的试验台,该试验台装备的高精度静压轴承从瑞士引进,精度高,运转灵活可靠。所有试验台均配备当今世界最先进的数据自动采集和处理系统,并装备有先进的光纤内窥镜流态观测系统,可进行水轮机内部流态、空化、叶道涡和尾水管涡带的实时观测。截止2007年底,在东方电机的水力试验台上已完成国内外近40个水电站水轮机的模型验收,其中巨型机组包括三峡右岸单机容量700MW混流式水轮机、金安桥单机容量600MW混流式水轮机、瀑布沟单机容量550MW混流式水轮机、锦屏一级单机容量600MW混流式水轮机。出口机组包括叙利亚迪斯林大型轴流转桨式水轮机,埃塞俄比亚特可泽混流式水轮机,越南波夏河、邦威、邦图飒、同奈3、同奈4混流式水轮机,印度布迪赫尔混流式水轮机。贯流式水轮机包括大言、红花、黄潭、桃江等电站。2混流式转轮应用从2000~2007年的8年间,东方电机共为国内外70余座水电站成功开发水力性能居国际先进水平的各类水轮机转轮120余个及配套的水力通道。其中混流式转轮近100个,覆盖了从40~500m水头的几乎全部混流式水轮机的水头应用范围,在未来市场潜力巨大的50~250m水头范围,共开发水力性能居世界先进水平的混流式转轮近80个;开发轴流转桨式模型转轮10个,覆盖的水头范围为10~50m;开发贯流式水轮机模型转轮10余个,覆盖的水头范围为3~25m。据不完全统计,2000~2007年,共有约40个新开发转轮成功用于国内外近50个新建电站和改造机组,其中包括三峡右岸、瀑布沟、锦屏一级、金安桥等巨型机组。2.1新一代三峡右转三在经过上世纪90年代对高效率的追求之后,业内更加关注的稳定性问题逐渐成了新型转轮开发的难题。三峡左岸电站的转轮水力稳定性问题就曾一度为专家所注目,能否克服此问题,成了三峡右岸电站机型能否如期选择的焦点,为此东方电机开发了新一代三峡右岸转轮D399。以近年来国内大中型电站蓬勃发展的市场为依托,东方电机开发的混流式水轮机转轮已成功用于包括三峡右岸、瀑布沟、金安桥、锦屏一级、漫湾二期、瓦屋山、小天都等国内外30多个水电站,大大加强了东方电机的技术储备。这些转轮的综合水力性能均达到了国际先进水平。现举以下三例,它们分别是三峡右岸D399转轮、瀑布沟D416A转轮和锦屏一级D438C转轮。2.1.1与三峡左、综合地台水力性能的比较D399转轮最主要的水力性能特点是彻底消除了三峡左岸电站水轮机高部分负荷压力脉动带,大大降低了尾水管及导叶后转轮前的压力脉动幅值,具有很高的效率水平和很大的出力余量,且保证在三峡整个运行范围内无空化运行。表1给出了三峡右岸D399转轮与三峡左岸VGS转轮F599的水力性能比较。D399与F599效率水平和空化性能基本相当,但尾水管压力脉动与导叶后转轮前无叶区的最大压力脉动D399比F599分别降低了6%和22%,水力稳定性得到根本性改善,为促进三峡右岸电站建设提供了有力支持。2.1.2模型主要水力性能比较瀑布沟电站水轮机转轮是东方电机开发的又一性能优越的转轮,并已中标进入制造。瀑布沟电站与龙滩电站的特征参数非常接近,所以东方电机开发的D416A转轮与国外某公司为瀑布沟电站开发的转轮(以下简称转轮A)及国外另一公司为龙滩电站开发的转轮(以下简称转轮B)均有一定的可比性。模型主要水力性能比较见表2。可以看出,D416A与国外优秀转轮相比,除了具有基本相当的效率水平,其空化性能和水力稳定性均优于国外两个转轮。2.1.3d438c转轮锦屏一级电站水轮机是近年来东方电机中标的最高水头(240m)巨型水轮机(单机容量600MW)。东方电机开发的D438C转轮在水科院试验台上完成了复试,各项指标均满足投标保证值,与国外三个著名厂商(以下分别简称为转轮C、转轮D和转轮E)的投标值相比,有相当接近的效率水平,且D438C转轮的空化性能和水力稳定性优于其它转轮。该转轮与国外相近转轮的主要水力性能比较见表3。2.1.4技术2.1.4.世界先进水平在混流式水轮机40~500m水头应用范围,东方电机开发的模型转轮最高效率在93.5%~95.3%之间,处于国际先进水平。在市场潜力巨大的50~250m水头范围,绝大部分转轮模型最高效率均稳定在94.5%以上,有些转轮甚至达到95.2%~95.3%,加权平均效率和额定工况效率也与国外水平相当。2.1.4.水轮机运行数对比东方电机开发的混流式转轮其临界空化系数和初生空化系数基本上均优于国外水平,可保证水轮机在无空化条件下运行。此外,采用光纤内窥镜流态观测技术,东方电机开发的混流式转轮可确保在电站运行范围内转轮进口无空化。2.1.4.东方电机在降低混流式织物各部位压力脉动方面的技术优势尾水管及导叶后转轮前无叶区压力脉动水平略优于国外,但东方电机在降低混流式水轮机各部位压力脉动方面有自己独到的技术,尤其在消除高部分负荷压力脉动带方面有自己的技术优势。2.2轴流转桨式转轮东方电机将混流式水轮机水力开发技术成功应用于轴流转桨式和贯流式水轮机的水力开发,使其水力性能有了显著的提高:轴流转桨式水轮最高模型效率较原有转轮提高了3%以上,额定效率甚至提高了5%以上;贯流式水轮机最高效率提高了2%,额定效率提高了4%,空化性能也有所改善,尾水管的压力脉动均在6.0%以下。近几年开发的轴流转桨式转轮已用于喜河、土卡河、巴江口、万安等电站;贯流式转轮用于大言、红花、黄潭、桃江等电站,其水力性能均达到了国际先进水平。2.2.1轴速和桨式旋转2.2.1.平班电站转轮模型效率模型最高效率92.8%,额定效率90.5%,临界空化系数0.7,同水头段Voith的平班电站转轮模型最高效率92.9%,额定效率89.5%。2.2.1.2万安某局c345e车轮模型最高效率92.75%,额定效率89.2%,临界空化系数0.7,国外同水头段转轮模型最高效率为92.5%~92.8%。2.2.1.国外转轮模型的主要效率转轮改型前后主要水力性能比较见表4。模型最高效率93.52%,额定效率92.5%,临界空化系数1.3,尾水管最大压力脉动小于4.5%,该水头段国外转轮模型最高效率93.5%~94%,例如国外某公司为长州电站开发的转轮模型最高效率为94.1%,国外另一公司为桥巩电站开发的转轮模型最高效率为93.74%。2.2.2.临界空化系数模型最高效率93.85%,额定效率92.5%,临界空化系数1.3,尾水管压力脉动小于4.0%。电站运行表明,在出力和运行稳定性方面优于同电站的国外机组。2.2.3技术2.2.3.大流量区的流量分布在轴流转桨式水轮机的常规应用水头范围10~50m,模型最高效率92.5%~93%,与国外相当,但在大流量区的效率具有某些优势。在贯流式水轮机常规应用水头范围3~25m,模型最高效率93.5%~94%,无论是模型最高效率、加权平均效率还是额定点效率均与国外相当。2.2.3.2.空化性能无论是轴流转桨式水轮机还是贯流式水轮机,东方电机转轮空化系数与国外转轮相差甚微。2.2.3.3.水流稳定性压力脉动水平与国外相当,但对双调节的轴流转桨式和贯流式水轮机而言,压力脉动不是水轮机稳定运行的制约因素。3水泵水泵的水力开发根据我国抽水蓄能电站发展的需要,由国家有关部门组织和实施的抽水蓄能项目“打捆”招标,在抽水蓄能设备引进的同时,保证了关键技术引进的顺利进行,通过人员培训和消化吸收,掌握了抽水蓄能电站水泵水轮机的水力开发手段,并在软硬件配置方面建立了与国外相同的技术平台,预计2008年前后东方电机将具备独立开发满足市场要求的水泵水轮机产品的能力。打捆招标技术引进工作已结束,软硬件配置也已经完成,有关人员已较熟练地掌握了水泵水轮机的水力开发手段,独立开发水泵水轮机的基本条件已经具备,对打捆招标水泵水轮机的模型复试也已完成。以响水涧、仙游两抽水蓄能电站为依托开展的200m和400m水头段水泵水轮机的水力设计也接近完成,可望2008年即可开发出满足电站要求的水泵水轮机转轮,形成独立开发大中型水泵水轮机水力设计的能力。4中国水电机组展望东方电机的水力开发能有今天这样的技术进步,是国家、业主和有关方面大力支持的结果。目前,东方电机已基本掌握水轮机水力开发的核心技术,东方电机的水轮机水力开发技术已形成一个完整的体系,并具有自己的特色。许多开发手段日趋完善,功能不断扩充,水力开发质量和成果的技术品质已达到国际先进水平,可以满足国内大中型水电机组的技术要求。由于开发周期的缩短和开发质量的提高,对市场也具有很强的快速反应能力,完全可以应对中国快速发展的水电市场。与此同时,我们也清楚地认识到,流体动力分