混流式水輪機穩(wěn)定運行的主要水力因素分析

1、混流式水輪機穩(wěn)定運行的主要水力因素分析摘 要：隨著科學技術的不斷發(fā)展，水電事業(yè)也得到了很 大的進步，混流式水輪機在水電站的應用，其穩(wěn)定性直接影 響著水電站的經濟效益。隨著混流式水輪機機組容量、尺寸 與轉速越來越大，其內部結構也越來越復雜，混流式水輪機 的穩(wěn)定性問題也日益突出。該文針對型號為hl100-lj-100 混流式水輪機穩(wěn)定性在水力方面存在的問題進行分析，并提 出有效對策。關鍵詞：混流式水輪機穩(wěn)定性水電事業(yè)中圖分類號：tk733. 1文獻標識碼：a文章編號： 1674-098x (2014) 01 (b) -0069-01穩(wěn)定性問題是現(xiàn)代水輪機正常運行的重要指標之一，其 不穩(wěn)定性現(xiàn)象是其

2、本身的固有特性。由于早期水輪機的容量 小，穩(wěn)定性問題不是很明顯。但隨著科學技術的發(fā)展，大型 混流式水輪機的生產，在不同程度上存在著水力方面的不穩(wěn) 定性問題也越來越明顯，給電站造成很大的損失。因此，本 文通過對天臺縣龍溪水力發(fā)電站混流式水輪機的穩(wěn)定性進 行研究，對提高混流式水輪機在水力方面的穩(wěn)定性是十分重 要的1。1混流式水輪機穩(wěn)定運行的水力因素1.1混流式水輪機處于低水頭大流量運行工況混流式水輪機處于低水頭大流量運行工況時，水輪機為 了滿足容量的需求，其流量必然增大，使水輪機的葉片受到 水流的負沖角繞流，致使葉片頭部受壓力側造成脫流現(xiàn)象， 使水流分離成片狀渦串，通過水輪機的上冠、下環(huán)與葉片組

3、成的流道流出。在這種情況下，由于水輪機負沖角小，而水 輪機葉片將無法形成空化脫流現(xiàn)象，就算發(fā)生此種情況，對 水輪機也不會造成大的威脅，通常采用水輪機尾水管補氣方 式，就可以產生明顯的效果。1.2混流式水輪機處于高水頭小開度運行工況混流式水輪機處于高水頭小開度運行工況下，由于轉輪 出口環(huán)量過大，容易造成水輪機在運行過程中出現(xiàn)局部真空 現(xiàn)象，造成水輪機周圍出現(xiàn)復雜旋渦運動，隨著旋渦振擺幅 度增大，導致水輪機發(fā)生低壓力脈動，而旋渦由于受到水輪 機尾水管壁的作用，會形成一個上、下反復幅動的激振源， 使水輪機的上冠、下環(huán)與葉片組成的流道不斷受到壓力，破 壞水輪機的尾水管壁，使水輪機在運行中出現(xiàn)不穩(wěn)與噪音

4、現(xiàn) 象，及不利于水輪機的正常運行2。1. 3設計時水輪機最大運行水頭與額定水頭比值過大根據(jù)hl100-lj-100混流式水輪機額定水頭234.0 m可 以得出，當hl100-lj-100混流式水輪機的最大運行水頭大 于或者等于273.0 m時，混流式水輪機處于不穩(wěn)定區(qū)域運行 中，這是由于水輪機水頭高于273. 0 m時，遠離最優(yōu)設計工 況，這時水輪機轉輪進口水流沖角大，導葉開度小，造成水 輪機葉片頭部形成局部真空或者側脫流空化現(xiàn)象，而由于水 流受力不均勻，導致其流動不均，容易產生二次流動，增加 渦流的不穩(wěn)定性，嚴重時會破壞水輪機的葉片頭部。1. 4混流式水輪機處于負荷變化過大工況當混流式水輪機

5、處于負荷變化過大工況，水輪機水頭向 高水頭方向移動，水輪機葉片正面受到水流的沖擊力的作 用，當水頭沖擊力大于設計水頭的沖力1.1倍時，容易造成 水輪機葉片背面出現(xiàn)脫流現(xiàn)象，因此水輪機在水力方面的穩(wěn) 定性主要取決于水輪機在高水頭運行時的穩(wěn)定狀況。當水輪 機水頭向低水頭方向移動時，水輪機葉片正面所受的水流沖 擊力小，在水流量大的區(qū)域內容易導致水輪機葉片正面進口 處形成較強的水輪機尾水管渦流與脫流空化渦流現(xiàn)象，在水 輪機額定輸出功率控制范圍外。水輪機水頭向高水頭方向移 動時，其葉片所受水流沖力主要是由于水輪機額定水頭低于 水輪機水頭，導致水輪機導葉開度變小，水輪機處于偏離最 優(yōu)工況運行，發(fā)生水流與水

6、輪機葉片撞擊現(xiàn)象。因此水輪機 處于高水頭段容易發(fā)生不穩(wěn)定運行現(xiàn)象3。2提高混流式水輪機穩(wěn)定性措施混流式水輪機的穩(wěn)定性問題會使水電站受到不同程度 的影響，導致水輪機無法正常運行，影響水電站的經濟效益, 因此采取一定的措施，提高混流式水輪機運行的穩(wěn)定性是非 常重要的。2. 1提高制造安裝檢修工藝水平所謂提高混流式水輪機的制造安裝檢修工藝，就是要求 混流式水輪機生產商盡可能的提高混流式水輪機的加工精 度，提高混流式水輪機的水平度、同心度等，還要提高水輪 機主要機械部件的強度，例如主軸、座環(huán)等?；炝魇剿啓C 的檢修則需要檢修單位對水輪機在運行過程中存在的問題 及時進行維修，做到精修、細修，把握好水輪機

7、檢修質量要 求。2. 2選擇合理的運行方式作為hl100-lj-100混流式水輪機的管理者應當根據(jù)天 臺縣龍溪水力發(fā)電站的環(huán)境與hl100-lj-100混流式水輪機 運行數(shù)據(jù)，對水輪機的長期運行狀態(tài)進行分析，確保水輪機 在穩(wěn)定的工況下運行，并根據(jù)水電站的環(huán)境制定出合理的運 行方式，例如水輪機在平水期、檢修期的運行方式等，保證 水輪機在各種情況下達到合理的運行方式。2. 3加強設備的整治和改造在混流式水輪機生產運行期間，生產運行單位應做好水 輪機設備的整治與改造工作，將水輪機存在的小問題的根源 扼殺在搖籃中，避免水輪機故障的擴大化。對于水輪機存在 的大一些的問題應積極主動地進行檢修處理，對于處理

8、不了 的問題，應及時向上級管理部門、生產商、設計方進行溝通 協(xié)商，尋找解決方式，確保水輪機的整治與改造工作的合理 性，從而提高水輪機的運行穩(wěn)定性，避免影響水電站的經濟 效益。3結語混流式水輪機的穩(wěn)定性問題直接影響著水電站的經濟 效益，因此為了確保混流式水輪機的穩(wěn)定運行，就必須從混 流式水輪機制造安裝檢修工藝水平、運行方式與設備的整治 和改造等方面進行全方位的提高，使混流式水輪機在安全的 運行規(guī)范標準下運行，進而提高水電站的經濟效益5。參考文獻1黃漢云，朱桂林混流式水輪機穩(wěn)定運行的主要水 力因素淺析j.水電站機電技術,2010, 126 (5)： 115-117.2吳次光，青長庚混流式輪機電站運行穩(wěn)定性與裝 機容量選擇的探討c/大中型混流式水輪機運行穩(wěn)定性專 輯，2009.3韋彩新，韓鳳琴，孫建平大型混流式水輪機小負 荷工況振動研究j.中華理工大學學報，2009, 26