叶片水力设计在电站中的应用

叶片水力设计在电站中的应用

区域变身周调节系统，成为国内唯一有周转运黄丹水电站位于四川省乐山市木川市黄丹市下游4公里处。这是马边河上游的一座低洪水处理厂。水库建成后，它成为乐浦南市电气公司唯一的主干部，具有周期调整能力，并在系统中承担着频率和峰调的任务。1电气站的自然条件电气站建设初期数据(1）温度极端最高温度：38.2℃极端最低温度：2.6℃多年平均温度：17℃(2）湿度多年平均相对湿度：81%(3）水温水温最高河水温度：26.9℃最低河水温度：6.3℃多年平均水温：15.8℃(4）流量多年平均流量：134m3/s汛期平均流量：201m3/s枯期平均流量：65.2m3/s(5）沙盒实测最大含沙量：21.9kg/m3多年平均含沙量：0.423kg/m3(6）下游洪水位设计情况校核上游洪水位：385.00m设计上游洪水位：379.40m校核下游洪水位：380.56m设计下游洪水位：374.15m正常尾水位：352.25m最低尾水位：349.95m2轮机发电效率分析黄丹水电站总装机容量为3×15MW，属河床式厂房，坝顶全长233.4m，最大坝高56.5m，设计运行水头23m，实际运行水头可以达到26m，水轮机型号：ZZ500-LH-330。位于同一河流并在黄丹电站上游的舟坝电站装机容量126MW，于2006年6月投运，调节库容为1.137亿m3，其正常发电最大耗水量328m3/s，而黄丹电站正常发电量下的最大耗水量为228.6m3/s(单机正常耗水76.2m3/s)。因此，黄丹电站正常运行情况下弃水接近100m3/s，现有装机容量完全不能满足现在流域开发后的调度运行状况，通过已经掌握的水库运行资料，电站完全有必要进行扩容改造。3改造各轴承在现有主要水工建筑物不变的情况下进行水轮发电机组改造，增加机组出力30%；改造各部轴承提高其承载能力和安全可靠性；通过改造发电机的冷却系统，增加供排水量和风量两部分，并以最新绝缘材料、成熟可靠的绝缘工艺提高发电机绝缘等级，增加发电机线圈的过流能力。4水轮发电机组大幅容积改造方案黄丹电站水轮发电机组于1994年建成投运，至今已运行18年有余，随着上游舟坝电站的建成投运和黄丹电站流量的增加、水头的提高，以及科学技术的发展，使得黄丹电站水轮发电机组大幅扩容改造成为可能。4.1原发动机发动机的基本技术4.1.1原模型旋转的基本含义见表14.1.2轴向水推力最大水头：26.9m额定水头：23m最小水头：11.8m额定流量：76.2m3/s额定转速214.3r/min额定效率：89.3%飞逸转速：465r/min(协联工况)轴向水推力：230t(包括水轮机转动部分重量)吸出高度：-3.1m4.2延长后该发动机的基本参数4.2.1主要公共轮模型参数见表24.2.2发电机运行特性曲线水轮机型号：ZZ522—LH—330额定水头：26m额定流量：86.1m3/s额定点单位流量：1.5506m3/s额定转速：214.3r/min额定效率：93.5%修正效率：+1.05%(计算值为+1.55%)发电机效率：97.4%水轮机出力：20534kW飞逸转速：445r/min(协联工况)轴向水推力：214t(包括水轮机转动部分重量)吸出高度：-4.93m扩容能力：30%ZZ522模型转轮综合特性曲线（扩容后的运行范围框图）和水轮机运转特性曲线如图1所示。5主要技术参数根据电站现在水能参数，为了充分利用水力资源，少弃水、多发电，为地方经济建设作出贡献，经过分析、比较论证，拟定采用ZZ522转轮进行扩容改造。ZZ522转轮具有优良的能量性能，模型最高效率92.85%，单位流量在640L/s～1860L/s间时的模型效率≥91%，高效率区范围广；以及良好的抗空化特性，模型最优效率区的空化系数仅约0.4，额定水头机组出力达20000kW，临界空化系数为0.495。其主要技术参数如下：水轮机型号：ZZ522-LH-330发电机功率：20000kW（原发电机功率为15000kW)水轮机出力：20534kW;发电机额定效率：97.4%；额定转速：214.3r/min;水轮机额定效率：93.5%；真机最高效率：93.9%；效率修正：+1.05%；效率修正计算值：+1.55%(考虑到部分通道尺寸不相似，实际修正取1.05%)；额定流量：86.1m3/s;吸出高度：-4.93m。6可行性分析(1）尾收缩对机组增容能力的影响由于是增容改造，电站的土建部分、埋入部分、流道等固定部分是不能变动的，因此，ZZ522转轮的流道必须采用原ZZ500转轮的流道，对于低水头电站砼蜗壳，只要蜗壳流速在允许范围内以及流态稳定，其水力损失就在允许范围内，对增容的影响就不大。扩容后蜗壳进口流速为2.181m/s，完全满足要求。固定导叶、活动导叶扩容前后高度不变。尾水管高度，ZZ500转轮的尾水管高度为2.42D1，尾水管长度为4.5D1,ZZ522转轮的尾水管高度为2.486D1，尾水管长度为3.897D1，二者的尾水管尺寸有一定差异。扩容后，虽然对ZZ522转轮来说，尾水管高度有所减小，但尾水管长度却比自身要求的还长，对回收能量是有益的；同时对两者尾水管的面积变化规律也进行了分析比较，能满足机组增容的要求。而且在计算效率时还有意地扣除了0.5%的效率修正。因此，扩容后对ZZ522转轮的性能是能保证的。(2）机组实际吸出高度原水轮机计算允许吸出高度为-3.1m，电站工程设计单位在进行施工设计时，将水轮机允许吸出高度确定为-4.0m。由于上游舟坝电站的建成投产，使黄丹电站的水流量由229m3/s增加到328m3/s，查“黄丹水电站下游水位—流量关系曲线”可知，当下游水流量为328m3/s，下游水位高程略大于353.0m，而水轮机安装高程为348.0m，故实际吸出高度为-5.0m。采用ZZ522转轮扩容，机组吸出高度为-4.93m，空蚀安全系数Kσ取1.13，而行业内对轴流转桨式水轮机不锈钢叶片空蚀安全系数取值通常取1.1左右。因此，机组现在实际吸出高度-5.0完全能满足扩容后机组的安全稳定运行要求。(3）zz522机组原ZZ500转轮的轴向水推力为230t(包括水轮机转动部分重量)，采用ZZ522转轮后轴向水推力为214t(包括水轮机转动部分重量)，扩容后轴向水推力214t小于扩容前的轴向水推力230t，推力负荷并未增加。因此，扩容后对发电机推力轴承的安全稳定运行没有影响。原ZZ500转轮的飞逸转速为465r/min(协联工况)，采用ZZ522转轮扩容后，协联工况下的飞逸转速为445r/min，即扩容后机组的飞逸转速445r/min小于扩容前机组的飞逸转速465r/min，对发电机转子的机械强度比扩容前对转子的机械强度要求还低。因此，扩容后对发电机转子机械强度没有任何影响。7调速器教学改革黄丹电站水轮机的原主要附属设备是调速器和油压装置，经计算，原调速器主配压阀直径仍满足要求，所以，调速器不用改造。扩容后对油压装置的要求，只要有效容积小于规程规定所需的油压装置的有效容积，对原油压装置即可不用改造。经计算，扩容后要求的有效容积小于原油压装置的有效容积，对油压装置可不用改造。8黄丹电站机组增容改造建议针对黄丹电站现在的水文