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上游水庫(kù)正常高為384.3m,確定機(jī)組設(shè)計(jì)毛水頭為11m,根據(jù)電站輸水系統(tǒng)水力損失計(jì)算,相應(yīng)的輸水系統(tǒng)損失為1.5m,綜合確定電站設(shè)計(jì)水頭為9.4m,相應(yīng)的流量Q=2.10m3/s;按上游設(shè)計(jì)洪水位減去下游最低尾水位及輸水系統(tǒng)的水力損失確定電站最大水頭為13m;按上游最低庫(kù)水位減去下游最高尾水位及輸水系統(tǒng)水力損失確定電站最小水頭為6m。
方案一:ZD987型轉(zhuǎn)輪模型設(shè)計(jì)工況效率為89.2%,應(yīng)用于龍鳳水庫(kù)電站流道,因流道變化,效率約下降0.2%,用ηTmax=1-0.3(1-ηMmax)-0.7(1-ηMmax)·(D1M/D1)1/5·(HM/H)1/10這個(gè)公式進(jìn)行計(jì)算,原來(lái)的模型效率修正值是-1%,所以真機(jī)的效率比模型的效率小1.2個(gè)百分點(diǎn),因此對(duì)模型的效率進(jìn)行-1.2%修正,設(shè)計(jì)點(diǎn)真機(jī)效率為88%。
方案二:K408-01/4型轉(zhuǎn)輪模型設(shè)計(jì)工況效率為91%,應(yīng)用于龍鳳水庫(kù)電站,由于流道發(fā)生了改變,其效率也隨之降低了3.8%,通過(guò)計(jì)算原來(lái)模型效率的修正數(shù)值是-0.4%,所以真機(jī)的效率比模型的效率小4.2個(gè)百分點(diǎn),因此要把模型效率進(jìn)行-4.2%修正,設(shè)計(jì)點(diǎn)真機(jī)效率為86.8%。
方案三:ZD660型轉(zhuǎn)輪模型設(shè)計(jì)工況效率為90%,應(yīng)用于龍鳳水庫(kù)電站,由于流道改變,其效率也隨之降低了2.6%,通過(guò)計(jì)算原來(lái)模型的效率修正值是-0.7%,所以真機(jī)的效率比模型的效率低3.3個(gè)百分點(diǎn),因此要把模型效率修正-3.3%,設(shè)計(jì)點(diǎn)真機(jī)效率是86.7%。
方案四:JP502型轉(zhuǎn)輪模型設(shè)計(jì)工況效率為90.8%,應(yīng)用于龍鳳水庫(kù)電站,由于流道發(fā)生了變化,其效率約也隨之降低了3.8%,通過(guò)計(jì)算原來(lái)模型效率修正值是-0.8%,所以真機(jī)效率比模型效率小4.6個(gè)百分點(diǎn),因此要把模型效率進(jìn)行-4.6%修正,設(shè)計(jì)點(diǎn)真機(jī)的效率為86.2%。
方案五:JK508型轉(zhuǎn)輪模型設(shè)計(jì)工況效率為89%,應(yīng)用于龍鳳水庫(kù)電站,由于流道發(fā)生了改變,效率也隨之降低3.8%,通過(guò)計(jì)算模型效率修正值是-1%,所以真機(jī)效率比模型效率小4.8個(gè)百分點(diǎn),因此要把模型效率進(jìn)行-4.8%修正,設(shè)計(jì)點(diǎn)真機(jī)效率為84.2%。4.3.2空化性能分析對(duì)出力有關(guān)聯(lián)的臨界空化系數(shù)來(lái)講,輪轂體直徑和尾水管高度的作用大一些,尾水管高度低,臨界空化系數(shù)將變?。惠嗇烍w直徑大,臨界空化系數(shù)將變大。在空化系數(shù)修正時(shí),把原空化系數(shù)乘上1.1為龍鳳水庫(kù)電站轉(zhuǎn)輪的臨界空化系數(shù)值。
2技術(shù)比較
經(jīng)過(guò)五種方案的性能分析我們得出結(jié)論,方案五JK508型轉(zhuǎn)輪與方案四JP502型轉(zhuǎn)輪效率偏低,綜合指標(biāo)不符合,流道和ZD661型轉(zhuǎn)輪相差很大,輪轂比,ZD661型轉(zhuǎn)輪輪轂直徑為0.24m,JK508與JP502型轉(zhuǎn)輪輪轂直徑為0.27m,并過(guò)流能力不好,因此不用。方案一ZD987型轉(zhuǎn)輪、方案二K408-01/4型轉(zhuǎn)輪和方案三ZD660型轉(zhuǎn)輪比較,屬于目前國(guó)內(nèi)最為先進(jìn)的轉(zhuǎn)輪。從模型曲線圖查到,K408-01/4型轉(zhuǎn)輪最高效率能達(dá)到91%,ZD660型轉(zhuǎn)輪最高效率只能到90%,ZD987型轉(zhuǎn)輪最高效率能到89.2%,可K408-01/4型轉(zhuǎn)輪和ZD660型轉(zhuǎn)輪由于流道的偏差導(dǎo)致真機(jī)效率均低于ZD987轉(zhuǎn)輪,工況偏差較大,經(jīng)過(guò)綜合比較分析,最終選擇方案一ZD987作為龍鳳水庫(kù)電站增容改造轉(zhuǎn)輪。
3水輪機(jī)安裝高程的復(fù)核
根據(jù)額定水頭計(jì)算Hs值,并用最大、最小水頭校核。Hs值按下式計(jì)算:Hs'=Hs+XD1(X取0.41)▽安=Zd+Hs'根據(jù)電站水輪機(jī)采用不銹鋼轉(zhuǎn)輪的要求,經(jīng)計(jì)算最小水頭下Hs=+2.98m,設(shè)計(jì)水頭下Hs=+2.86m,最大水頭下Hs=+3.86m考慮一定余量,電站最低尾水位373.3m,計(jì)算水輪機(jī)的安裝高程(導(dǎo)葉中心)為376.41m,高于原有水輪機(jī)安裝高程(導(dǎo)葉中心)的375.56m,說(shuō)明本轉(zhuǎn)輪的汽蝕性好,綜合確定水輪機(jī)的安裝高程(導(dǎo)葉中心)取與原機(jī)組相同,即為375.56m。
3.1改造后的主要參數(shù)
水輪機(jī)參數(shù):型號(hào)ZD987-LH-60,轉(zhuǎn)輪直徑0.6m,額定水頭9.4m,額定流量1.99m3/s,額定轉(zhuǎn)速750r/min,飛逸轉(zhuǎn)速1560r/min,額定效率88%,最高效率88.2%,吸出高度2.014m。發(fā)電機(jī)參數(shù):型號(hào)SF150-8/740,額定容量150kW,額定功率161.8kW,額定電壓0.4KV,額定功率因數(shù)0.8,額定轉(zhuǎn)速750r/min。
3.2水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算
本電站三臺(tái)機(jī)組合用一根引水管,按三臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷考慮。當(dāng)額定水頭Hr=9.4m、P=150kW時(shí),Q=2.1m3/s,∑LV=494.53m2/s,導(dǎo)葉分段關(guān)閉時(shí)間Ts1=5s,Ts2=10s,分段點(diǎn)為導(dǎo)葉全開度的50%,甩三臺(tái)機(jī)組全負(fù)荷,機(jī)組最大速率上升βmax=24%,蝸殼進(jìn)口壓力相對(duì)于額定水頭上升43.2%,蝸殼承壓13.1m,尾管進(jìn)口真空度為3.6m水柱。當(dāng)最大水頭Hmax=13m、P=150kW時(shí),Q=1.62m3/s,∑LV=381.49m2/s,導(dǎo)葉分段關(guān)閉時(shí)間Ts1=5s,Ts2=10s,分段點(diǎn)為導(dǎo)葉全開度的50%,甩二臺(tái)機(jī)組全負(fù)荷,機(jī)組最大速率上升βmax=18.5%,蝸殼進(jìn)口壓力相對(duì)于額定水頭上升38.5%,蝸殼進(jìn)口承壓15m,尾管進(jìn)口真空度為3.1m水柱。根據(jù)《小型水力發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50071-2002)規(guī)范要求,水輪機(jī)蝸殼最大允許壓力上升率不得大于70%,機(jī)組額定出力甩全負(fù)荷時(shí),最大轉(zhuǎn)速上升率不宜大于50%,本計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。
4結(jié)論
水庫(kù)電站水輪機(jī)增容改造是在保持原有流道及部分參數(shù)不變的情況下,通過(guò)采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提高了水輪機(jī)效率及過(guò)流量,增加了水輪機(jī)出力。經(jīng)過(guò)計(jì)算分析后確定的增容改造方案,不僅是可行的,而且是穩(wěn)妥可靠的。該電站通過(guò)改造,使機(jī)組消除了安全運(yùn)行隱患,到達(dá)增容增效安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的。
作者:鞠萬(wàn)昌 楊雷 單位:吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院