明槽軸流機組的增效擴容

章嘉慶，張 慶

(浙江金輪機電實業有限公司，浙江 金華 321002)

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明槽軸流機組的增效擴容

章嘉慶，張 慶

(浙江金輪機電實業有限公司，浙江 金華 321002)

針對早期明槽軸流機組老化、效率低的問題，以某電站改造設計為例，詳細介紹在廠房水工基礎基本不變的情況下，機組在固定導葉的CFD優化設計的同時，通過固定導葉改變水流環量，并結合高效轉輪來提高機組效率，以達到電站的增效擴容。圖5幅，表1個。

水輪機組；明槽；固定導葉；優化設計；增效擴容

1 概 述

針對很多老舊電站明槽軸流機組老化、效率低的問題，業主都希望在水工不動或少動的情況下，通過更換機組達到電站的增效擴容。很多廠家只是根據電站原有的機型，采用增大轉輪直徑、增加流量的方式達到擴容目的，而原有的明槽軸流機組都是控制環內調式且不帶固定導葉，這種機型轉輪效率普遍不高，增效目的并沒有達到。

2 電站概況

某水電站原有裝機容量為2×320 kW，總裝機容量為640 kW。改造后，電站裝機容量為2×400 kW，總裝機容量為800 kW，電站出力增加25%(見表1)。該電站于1985年并網發電，水輪機原有型號為ZD760—LMY—120，配套的水輪發電機為TSL156/30—16，使用水頭范圍6.0～7.0 m，流量范圍7.5～7.7 m3/s，額定轉速375 r/min，額定電壓400 V，額定功率因數0.8，B級絕緣，水輪機設計效率83%，發電機設計點效率90.0%。該站多年來機電設備雖經多次維修，仍經常帶病運行；因檢修停機，實際年運行小時數不足3 400 h。近3 a實際平均發電量僅218萬kW·h，與設計年發電量(約358萬kW·h)相差較大，水輪機平均運行效率僅72.0%。

經計算，將原水輪機ZD760—LMY—120更換為ZDJ6—LMY—120水輪機。參照轉輪模型綜合性能曲線，結合電站運行水頭，當水輪機設計水頭6.3 m、流量7.96 m3/s、效率能達到89.5%時，水輪機額定出力440 kW，電站增效24.3%。

表1 電站主要參數

3 改造方案

電站原為立式明槽引水機組，引水室為方形結構，不帶固定導葉(見圖1)。

根據原有的水工結構，結合封閉式帶蝸殼包角的固定導葉分布作CFD分析，從流場分布圖來看(見圖2、圖3)，在包角鼻端明顯存在比較嚴重的渦流，這將影響水流進入固定導葉及活動導葉的流態，從而影響機組效率。

圖1 電站原有廠房及機組布置

圖2 水流運動跡線1

圖3 水流運動跡線2

圖4 水流運動跡線3

由于上述包角鼻端的渦流，作了另一種方案即取消鼻端。結合CFD流場分析對固定導葉反復進行優化，優化主要包括固定導葉的翼型、進口角和出口角。最終優化出一套較為理想的固定導葉，CFD分析結果顯示流態順暢(見圖4、圖5)。

圖5 水流運動跡線4

通過不斷調整，水流的流態在引水室內均勻而且不產生擾流，通過模型分析的轉輪理論計算出力，在額定水頭和額定流量下可達到最大的值。

4 結 論

該機組在改造后發電，從電站反饋的信息來看，在水頭和流量保證下，出力能達到額定出力，有富余的情況下也能超發，改造還是非常成功的。

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責任編輯 吳 昊

2014-12-29

章嘉慶(1983- )，男，工程師，主要從事水輪機產品研發工作。E_mail： 310966802@qq.com