贯流式水轮机安装高程确定问题探讨.pdf
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1、 年第 期(第 卷)黑龙江水利科技 ()文章编号:()贯流式水轮机安装高程确定问题探讨李泽同(新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司,乌鲁木齐 )摘要:基于中国 水电站机电设计手册 所提出的贯流式水轮机安装高程确定的基本方法指出,确定水轮机安装高程的关键在于吸出高程和设计尾水位的确定,并以 的某水电站灯泡贯流式水轮发电机组为例,采用常规方法和分析计算法进行了该电站水轮机吸出高程及安装高程的计算;对包括空化基准面、空化系数、空化安全系数、设计尾水位等在内的影响贯流式水轮机吸出高程及安装高程的因素及取值情况进行了分析论述,可作为贯流式水轮机在我国低水头水力资源开发中推广应用的借鉴参考。关键词:贯流
2、式水轮机;安装高程;吸出高程;尾水位中图分类号:文献标识码:(,):,:;收稿日期 作者简介 李泽同(),男,新疆乌鲁木齐人,工程师,从事水利水电工作。引言贯流式水轮机在 水头段以下,转轮效率、发电量、过流量、土建开挖量、建设周期及投资额等均比立式轴流水轮机更具优势。为加大贯流式水轮机在我国平原河流、潮汐等低水头水力资源开发中的推广应用,必须加强水轮机安装高程确定,以避免空蚀、机组振动超标等现象,为机组安全稳定运行提供保证。问题的提出贯流式水轮机以主轴中心线高程为机组安装高 年第 期(第 卷)黑龙江水利科技 ()程,根据 水电站机电设计手册 相关规定,水轮机吸出高度可根据下式确定:()式中:为
3、水轮机吸出高度;为水电站装置气蚀系数和模型气蚀系数之比;为水轮机模型空化系数;为水轮机工作水头;为水电站海拔高度。对于管贯流式水轮机而言,其安装高程应满足以下公式:安()式中:安为贯流式水轮机安装高程;为设计尾水位;为水轮机转轮直径。由式()可知,对于贯流式水轮机而言,安装高程的确定与反击式水轮机一致,均与水轮机吸出高程和设计尾水位有关 。然而,贯流式水轮机运行特征与其他反击式水轮机不同,其吸出高程和设计尾水位也与其他类型机组存在差异。贯流式水电站属于径流式,水电站机组运行水头随着天然来水量的变化而变化,当来水量增大时,机组运行台数增多,下泄流量随之增大,下游水位抬高,电站水头则相应减小;而当
4、来水量减小时,机组运行台数相应减少,下泄流量减小,电站水头增大。结合贯流式水轮机的这一运行特点,随着下泄流量的变化,其工作水头和设计尾水位随之变化,由式()和式()看出,机组运行时 最小工况是确定水轮机安装高程的关键。故文章以 的某水电站灯泡贯流式水轮发电机组为例,展开贯流式水轮机安装高程的确定与探讨。该水轮机最大、最小水头及额定水头分别位 、,正常蓄水位 ;水轮机转轮直径 ,机组额定流量和额定转速分别为 、。贯流式水轮机安装高程计算 常规计算法目前,中国 水电站机电设计手册、水轮机设计手册 及美国土木工程师学会 :中均给出了贯流式水轮机安装高程计算方法。根据 水轮机设计手册 计算根据哈大所编
5、制的 水轮机设计手册,贯流式水轮机空化基准面主要位于转轮叶片最高处,故其水轮机安装高程与 水电站机电设计手册 中规定的安装高程计算公式一致;吸出高程则按下式确定:()()式中:为模型空化系数;为水轮机气蚀系数修正值。贯流式水轮机气蚀系数修正值变化趋势,见图 ;其余参数含义同前。图 贯流式水轮机气蚀系数修正值变化趋势根据图中所示,设计水头越小,则贯流式水轮机气蚀系数修正值越大。式()计算贯流式水轮机吸出高程时,既考虑了水轮机气蚀系数的修正,又预留出 的气蚀余量。例如当该水电站额定水头 ,电站海拔高程为 ,且临界空化系数取 ,安全系数取 ,则应用公式()和公式()所计算出的吸出高程分别为 和 ,后
6、者比前者小 ,取值较为保守,故应在水电站水轮机安装高程设计阶段采用 。根据美国土木工程师学会标准计算美国土木工程师学会编写的 :设计导则规定,应根据立轴机组相关控制参数确定贯流式水轮机卧式机组安装高程,且应将卧式水轮机净吸出高程 计算至转轮中心线位置,水轮机安装高程,见图,图中 为转轮直径,以转轮轮毂处为水轮机空化基准面,也可以上叶片顶部为空化基准面进行桩基高程推算。按照该设计导则相关规定,贯流式水轮机安装高程以及吸出高程按以下公式计算:()()式中:为贯流式水轮机安装高程;为下游设计尾水位;为大气压;为饱和蒸汽压力;为吸 年第 期(第 卷)黑龙江水利科技 ()出高度计算用水头,将其转换为国内
7、设计习惯,为额定水头;其余参数含义同前。设计导则中吸出高度计算公式与我国 水电站机电设计手册 中常用计算公式基本一致,公式()中前两项即 与公式()前两项 均为吸出高程受海拔高度的影响,按照该方法在 水电站工程中的应用,水电站海拔高度对吸出高程的影响分别为 和 ,取值非常接近 。而设计导则中吸出高度计算公式与我国 水电站机电设计手册 中常用计算公式的差别主要在于:公式()采用模型空化系数与空化安全系数的乘积计算空化余量;设计导则中吸出高度计算公式并未明确表明空化系数是真机空化系数还是模型空化系数,并不考虑空化安全系数的作用。为此,在采用设计导则进行贯流式水轮机吸出高程计算时,必须注意相关参数取
8、值,同时参照水轮机真机参数及空化系数,展开结果对比分析。分析计算法基于以上分析,提出一种确定贯流式水轮机安装高程的新方法,即在计算最大、最小水头范围内若干净水头工况下安装高程及吸出高程的基础上,进行最安全安装高程的确定 。分析计算步骤如下:)当水库在正常蓄水位运行时,净水头 正 ,为机组运行期间流道水力损失值,在 内取值;正 为正常蓄水位。)选择若干净水头用 表示,并计算出净水头 对应的下游尾水位 ,查下游水位 流量关系曲线,得出下泄流量;按照以上方法依次计算出其余净水头所对应的下泄流量。)确定不同净水头下发电机组最大出力对应的过流量以及水轮机单位流量、单位转速,查模型综合特征曲线,得出相应的
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