龙口电站轴流式水轮机顶盖排水系统改造.pdf

第5 期 ( 总第9 8 期) 中国水 能及电气化 N o ． 5( T O T A L N O ． 9 8 ) 2 0 I 3 年5 月 Ch i n a Wa t e r P o we r & E l e c t r i ti c a t i o n A p r i l ． ， 2 0 1 3 龙 口电站轴流 式水轮机顶盖排水 系统 改造 王 卫 刚 刘 兴 平 ( 黄河万家寨水利枢纽有限公司，山西 太原0 3 0 0 0 2 ) 摘 要：本文分析了龙 口电站轴流式水轮机顶盖排水系统存在的问题与缺陷。通过科学计算和优化配置，提 出 了顶盖排水 系统合理 的改造 方案和处理 方法。结合 新 旧排 水系统 的对 照，得 出了适 合龙 口轴流式水 轮机 顶盖排 水系统 的稳定运行方案。 关键词 ：轴流式水轮机 ；顶盖排水泵 ；渗漏水 ；龙 口电站 中图分类号 ：T V 7 3 4 ． 1 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 6 7 3 - 8 2 4 1 ( 2 0 1 3 )0 5 - 0 0 3 3 - 0 3 Lo n g k o u P o we r P l a n t Ax i a l Tu r b i n e To p Co v e r Dr a i n a g e S y s t e m Tr a ns f o r mat i o n W ANG W e i — g a n g，L I U Xi n g — p i n g ( Y e l l o w R i v e r Wa n j i a z h a i W a t e r C o n t r o l P i v o t C o ． ， L t d ． ， T a i y u a n 0 3 0 0 0 2 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h i s p a p e r a n a l y z e s p r o b l e ms a n d d e f e c t s i n t e r ms o f a x i a l t u r b i n e t o p c o v e r d r a i n a g e s y s t e m i n L o n g k o u P o w e r P l a n t ．Re a s o n a b l e r e h a b i l i t a t i o n p r o g r a ms a n d t r e a t me n t me t h o d s o f t o p c o v e r d r a i n a g e s y s t e m a r e p r o p o s e d b y s c i e n t i f i c c o mp u t i n g a n d o p t i mi z e d a l l o c a t i o n． The c o n t r o l o f o l d a n d n e w d r a i n a g e s y s t e ms wa s c o mbi n e d t o o b t a i n t h e s t a bl e o pe r a t i o n p r o g r a m whi c h i s s ui t a bl e f o r L o ng ko u a x i al t ur b i n e t o p c o v e r d r a i na g e s y s t e m． Ke y wo r d s ： axi a l fl o w t u r b i n e ；t o p c o v e r d r a i n a g e p u mp；l e a k a g e w a t e r ；L o n g k o u P o we r S t a t i o n 龙 口电站位 于托克托一龙 口段尾 部 ，上游距万家 寨水利枢纽 2 5 ． 6 k m，下游 距离 天桥 电站 7 0 k m，作为 流 式机组 通常用不 少于两 根具有足 够断面 的排水管 ， 穿过固定导叶中部孔，将一部分渗漏水 自流排人集水 万家寨 的梯级反调节 电站 。龙 口电站 布置 4台单机容 井 ；而轴流式水轮机则会设置专 门的排水泵按 水位 自 量为 1 0 0 M W 轴流 转 桨 式机 组( 型 号 为 Z Z 6 K 0 6 9 A 0 一 L H - 7 1 0 )和 1台容 量 为 2 0 MW 混 流式机 组 ( 型号 为 H L A 9 0 4 a ． L J ． 3 3 0 ) ，总装机容 量 4 2 0 M W。水 轮机顶 盖 排水系统运行的优劣一直是轴流式机组安全运行的关 键点之一 ，水轮发 电机组的顶盖漏水 主要来源 于水 轮 机顶盖与大轴密封之间 的漏水和导叶轴套 的漏水。混 动控制启停 ，将这部分水直接排往下游 。顶 盖排 水系 统在水 电机组的安全运行 中起着关键 的作用 ，顶盖 排 水系统出现故障会造成水淹水导轴承和顶盖 的严 重后 果，将导致运行机组被迫停机或者退出热备用。例如 龙 口水电站 1 ～ 4号轴流 转桨式 机组 ， 自发 电运 行 以 来 ，均发现存 在顶盖排水系统排水 能力差 、排水泵启 C H IN A W A ] ~ R P O W E R & E L E C r R IF IC A T IO N中 _水 能 硬 电 化 f 3 l3 水电站技 术 停频繁 、机组在低负荷运行时顶 盖水位 上涨过快 的安 全 隐患 ( 已发生过一起 因顶盖水位 过高导致 的事故停 机 ) 。因此 ，为 了机组 的安全 稳定运 行 ，龙 口轴流 式 机组水轮机顶盖排水 系统亟待改造 。 1 存在的 问题及分析 1 ． 1 顶盖排水泵排水能力差 龙 口轴流式机组 原顶盖排水 系统选用 的是某 品牌 D N 5 0排水泵 ，排水能力为 0 ． 2 5 m ／ ra i n ，设置有 3台 ， 互为备用 。由于龙 口轴流式 机组水轮机顶 盖的漏水量 比较大 ，导致 3台顶 盖排水泵频繁 启停 ，机组在低负 荷运行时 ，顶盖 的漏水量将 增大 ，基本与单 台顶盖 泵 的排 水量相 同。如果有一 台顶盖排水泵 出现 故障 ，顶 盖水位将 迅 速上 升而 导致 机组 因顶盖 水位 过 高而 停 机 ，严重时会导致水淹水导的不 良后果 。 1 ． 2 机械设备 的漏水量大 机械设备 的漏水主要来源于水轮机顶盖与水 轮机 大轴密封之间的漏水 和导叶轴套 的漏水 ，还 有其 他设 备的少量漏水，如机坑里衬的渗水等。这几种漏水在 龙 口轴流式机组 中都存在 ，而且导叶套 筒的漏水量 比 较 大 ，且顶 盖 内的容 积仅 有 1 0 m ，导致顶 盖水 位 长 时间处于高位 。龙 口 1 号 ～ 4号机组均属于轴 流转桨 式机组 ，这种型式 的机组运行范 围比较 广 ，在不 同工 况下 ，机组负荷调整 比较频繁 ，这也是 龙 口顶盖泵漏 水量 大的一个 主要 因素 。 1 ． 3 顶盖排水方式不合理 龙 口轴 流式机组主轴 密封渗 漏水和 导叶套筒的渗 漏水 主要通过 顶盖泵 由技术供水 排水干管 入尾水管 。 由于技术供水排水干管在机组运行时属于密闭的系 统 ，设计时未考虑加装排气装置 ，排 水干管 内存在气 压或水压 ，导致该顶盖排水泵启动时处于带载启 动状 态 ，且顶 盖排水 系统运行过程 中也存在一定 的额 外负 荷 ，消减水泵的出力。 ； 4 l 中囡 水 能 及电 气 化C I4 1 N A W A T E R P O W E R & 2 改造方案的选取 2 ． 1 顶盖渗漏水量的考察 抽取 了龙 口单 台机组顶盖排水泵一个工作 日的运 行记录进行 了分析 。假定三 台顶盖泵无差 异 ，可 以发 现顶盖泵 的累计运行时间为 6 9 0 m i n 。平均每小 时内顶 盖泵要运行 2 9 ra i n ，顶盖的漏水量 Q可根据 水泵 的排 水能 力计算 ，即 Q=q 6 9 0 mi n ／ 2 4 h=0 ． 1 2 m ／ mi n 其中 ，q为 未 改 造 前 顶 盖 排 水 泵 的排 水 能 力 ，为 0 ． 2 5 m ／mi n。 龙 口顶 盖排 水泵 运 行一 年来 ，顶 盖泵 虽 未 出现 大的故障，但顶盖水位经常处于比较高的状态，且 顶盖泵 长 时 问 处 于 运 行 状 态 ，不 能得 到 有 效 的休 息 ，将 大大缩短设 备 的使 用 寿命 。在顶 盖 排水 安 全 的情 况下 ，应保 证设 备 能够 有较 长 时 间休 息 ，缩 短 抽水时间。这既是改造 目的，这也是全厂节能降耗 的要求 。 2 ． 2 顶 盖排水泵 的选择 本次改造中要求顶 盖泵 的排水能力 比改造前有所 提高 ，按水泵工作 2～ 5 m i n排干顶 盖内有效容积 中积 存的渗漏水来选择。顶盖的有效容积指的是顶盖排水 泵启动水位 与停泵水位之 间的容积 ，是反 映集水能力 的一个参 数。也就是说顶盖有一定 的集水能力后 ，顶 盖排水泵不必连续运转 ，可以每 隔 2 0～ 3 0 m i n启动 一 次。本次改造 以容纳 3 0 m i n内渗漏水量来选 取顶盖的 有效容积 ： V：3 0Q=3 ． 6 m 其中，Q为顶盖每分钟的渗漏水量 ，为0 ． 1 2 m ／ ra i n 。 查顶盖 的设计 图纸 ，可以估算 出顶盖导流锥 的最 大容积约 为 1 0 m 。 ，本 次改造假 设 顶 盖 的有效 容 积为 3 ． 6 m 是可行 的。得 出有效容积 后 ，可 以根 据顶 盖 内 的尺寸推求 出顶盖泵工作泵启动水位与停 泵水位之 间 的距离 。 水电站技术 在水泵的选 择 中 ，本 次 改造是 按在 3 ra i n内排 干 顶 盖的有效容积 内积水来选取 ，即 ： L：1 7 ／ 3 mi n：1 ． 2 m ／ mi n 其 中 ， 为顶盖泵流量 ；V为顶盖的有效容积 。 在计算水泵流量 的过程 中 ，未计算水泵 工作期 间 流入顶盖 中的渗漏水 ，因此水泵 的实际工作 时间要 比 计算值略大 。 经过选型后 ，选取某潜水泵 ，具体参数 为 ：流量 1 ． 2 m ／ m i n ，扬程 2 5 m，功率 3 ． 5 k W，管径 D N 8 0 。鉴 于顶盖 排水 系统 的重 要性 ，龙 口电站 每 台机组选取 了 3台顶盖泵 ，互 为备用 ，主用 泵和备用 泵选取 过程均 按 1 0 0 ％备用考虑 ，且 1台顶盖排 水泵采 用 了与其他 2台不 同的驱动方式 ，以提高设 备运行 的可靠性 和安 全性 。 2 ． 3 顶盖排水管路的选择 针对龙 口电站顶盖排水系统漏水量大 、厂 内渗漏 水小的情况 ，顶盖排水管路设置以就近原则敷设 排水 管至厂内渗漏井。1 号、2号机组通过一路干管排至 1 号渗漏井 ，3号 、4号 机组 通过 一路 干管排 至 2号渗 漏井 。 管路尺寸是根据 所选 顶盖 泵 的排 水 能力 而定 的 ， 单 台机组 3台顶 盖排 水 泵排 水 能力 ，仅按 截 面积 计 算 ，结果为 3 ． 1 4 ( 8 0 ／ 2)2 X 3=1 5 0 7 2 mm 若选择 D N1 5 0排水管 ，其截面积为 3 ． 1 4 X ( 1 5 0 ／ 2 ) =1 7 6 6 2 ． 5 mm 1 7 6 6 2 ． 51 5 0 7 2i 0 0％=I I 7％ 从上述计算结果来看 ，选择 D N 1 5 0满足 3台顶盖泵 的 排水要求 ，且有 1 7 ％ 的余量 。 两 台机组合并后分别排往渗漏集水井 的排 水干管 尺寸选择 ，按 2台机组共 用 6台潜水泵考虑为 3 ． 1 4( 8 0 ／ 2 )2 X 6=3 0 1 4 4 mm 若选用 D N 2 0 0 排水管 ，其截面积为 3 ． 1 4 ( 2 0 0 ／ 2 )2=3 1 4 0 0 mm 3l 4 0 0 3 01 4 4 l 0 0％= 1 U 4％ 从上述计算结果来看 ，选用 D N 2 0 0的排水干管 ， 满 足 2台机组 6台顶盖泵的排水要求 ，认 为该尺寸 比 较合适 。 2 ． 4 渗漏集水井 的排水能力 厂 内渗漏集水井是水 电站厂 内排水 的重要设 备之 一 ，主要任务是避免厂房内部积水 和潮湿 ，将 渗漏水 收集于井 中，通过排 水泵排 至下游 。厂房渗漏水 主要 来源于水工建筑物的渗漏水 ，其中以混凝土蜗壳 的渗 漏水 和大坝的渗漏水 为主 ，其他 的还有厂 房下部一些 生 活用 水的排水 ，以及低洼处渗 水 、地 面排水等 。在 渗漏排水 泵 的排 水 能力 考 察 中 ，经查 以往 的运 行记 录，推求 出 2号渗漏集水 井每小 时收集 的厂 内渗漏水 约 为 8 0 m ，加上 2台机 组顶 盖排 水 系统 排 出的水 量 1 4 ． 4 m ，总计 9 4 ． 4 m 。而 2号 渗漏 井 单 台立 式深 井 泵的流量 为 6 6 0 m ／ h ，可 以在 7 ra i n内将 新 增排 水 抽 走 ，完全满足要求的排水能力。 3 结语 轴流转浆 式机 组 因其 运 行范 围 广 、运 行 工况 多 样 ，顶盖 与主轴 密封之 间的 漏水 量 相对 比较 大 。在 未设 置 自流排 水 的情 况下 ，顶盖 排 水泵 在 保证 机组 安全 运行 中起 着重 要作 用 。龙 口电站顶 盖 排水 系 统 改造 方案 已应 用 于 2 0 1 1年龙 口电 厂 2号 1 0 0 MW 轴 流式 机组 的扩 大 型大修 中。过 运行 实 践证 明 ，该改 造有 效地解决 了顶 盖排 水泵 排 水 能力 差 、顶 盖 排水 泵启 停频 繁 、工 作泵 运行 时 间长 的问题 ，达 到 了改 造 的预期效 果 ，可 在其 他机 组 或其 他 电站 的检修 中 推 广应用 。 参考 文献 [ 1 ] D L ／ T 5 0 6 6 -- 1 9 9 6 ．水力发电厂水利机械辅助 设备系统设计技 术规定 [ S ] ．北京 ： 中国电力 出版社 ， 1 9 9 6 ． [ 2 ] 刘大恺．水轮机[ M] ．北京 ： 中国水利水电出版社 ， 1 9 9 7 ． C H IN A W A T E R P O W E R & E L E C T R IF IC A T IO N中圈水能及电气化 f