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水轮机最大净水头改变对改造设计的影响

水轮机最大净水头改变对改造设计的影响 2011年12月09日 来源： 刘国章1，张金淦2，甄华铎3 （1．枫树坝水电厂，广东龙川517000；2．广东省广电集团有限公司河源供电分公司，广东河源517000；3．广东电力试验研究所，广东广州510600） 　　枫树坝水电厂是坝内式水电站，总装机容量2×80 MW，水轮机型号为HL710－LJ－410。2号机组于1974年12月投产。该水库正常高水位时库容为15．36×108 m3，调节性能为年调节。　　为提高机组出力，决定对2号水轮机进行增容改造。原2号水轮机主要技术参数如下： 额定出力 82．5 MW； 最大水头 74 m； 设计水头 60 m； 最小水头 55 m； 加权平均水头 64 m； 设计流量 155 m3／s； 相对导叶开度 0．25％； 额定转速 136．4 r／min； 飞逸转速 280 r／min； 吸出高度 －2 m；　　设计效率 91．1％； 安装高程 89．3 m； 导叶关闭时间 7 s；　　轴向水推力 3 087．2 kN。1　水轮机改造目标　　在流道尺寸基本不变、设计水头和额定转速不变、水轮机转轮直径基本不变及满足招标技术文件的前提下，水轮机额定出力不小于93 MW，在设计水头发出额定出力时水轮机效率不低于92％，水轮机效率保证值不低于94％，加权平均效率不低于93％，且运行可靠稳定。　　显然，水轮机效率的提高主要是通过水涡轮叶型改变来实现，其次是增大叶片的开度以增加过流量来提高出力。但提高水涡轮过流量增加出力必须在保证水轮机效率的前提下进行，否则技术改造意义不大。2　流量－尾水位曲线变化情况 枫树坝水电厂经过近30年的运行，尾水河床历经多次大洪水、大流量的冲刷，尾水出口底面变低，底面高程下降，造成尾水位下降。其尾水流量－水位关系曲线（流量小于500 m3／s的低水部分）如图1所示。由图1可知，在设计流量下，尾水位下降近2 m。3　最大净水头确定　　按GB／T15468—1995《水轮机基本技术条件》规定，水轮机最大净水头为电站最大水头减去一台机空载时引水系统所有水头损失后的工作水头。本电站最大水头确定条件为：水库正常高水位时，最低尾水位按50％额定流量时选取，所有水头损失是指拦污栅、工作闸门及压力钢管沿程的损失和局部损失（指弯管），水头损失为0．2 m。3．1　初步设计额定流量计算　　初步设计额定流量计算公式为式中：qVr———水轮机额定体积流量，m3／s； Pout———水轮机轴输出功率，初定93 MW； g———重力加速度，取9．81 m／s2； ρ———流体密度，取1 t／m3； Hr———额定净水头，取61 m；　　 ηr———对应额定水头和流量的效率，取94％。　　代入上式可得qVr＝165 m3／s。3.2 最大净水头计算 最大净水头计算公式为：式中：Z1--水库正常高蓄水位； Z2--最低尾水位，根据水轮机设计规范取50％qVr对应的下游尾水位； Δh———空载时总水头损失，为理论计算的沿程和局部损失之和，同时用效率试验实测计算值校核，并取二者平均值，空载流量取18％的额定流量。Δh取0．2 m。　　代入上式可得Hmax＝76．95 m，取Hmax＝77 m。4　设计最大净水头须考虑的因素4．1　转轮强度和空蚀　　由于尾水位降低，Hmax变大，造成实际吸出高度增大（原设计计算吸出高度由－2 m变为0），转轮翼型汽蚀加大，设计吸出高度的保证率应不低于95％，要求设计转轮强度和抗空蚀性能提高，新转轮应采用更好的抗空蚀性能不锈钢材料。4．2　推力轴承承载能力　　轴向水推力K值与水轮机型号有关，Hmax变大将

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