李家峽水電站400MW混流式水輪機分瓣轉輪組合與焊接

1概述由于水輪發(fā)電機組單機容量的增大,水輪機轉輪尺寸和重量也相應增大。為了解決運輸和起重設備限制,提高混流式機組轉輪的制造和安裝精度,國內設計制造的混流式轉輪多采用分2瓣制造現場組焊的結構方式。水輪機轉輪的安裝對整臺機組的安裝有著重大影響。因此,分瓣轉輪的現場組裝焊接是必須認真解決的施工關鍵技術。

似．瓣撒．繃q咎 李家峽水電站4oomw機組分瓣轉輪現場組焊 李家峽水電站400mw機組 9分瓣轉輪現場組焊下7．； ，a1tf，v?v~47l6 水電四局機電安裝分局(蘭州730060)許春江王遠江牟官華 ，———————一 1概述 由于水輪發(fā)電機組單機容量的增大，水 輪機轉輪尺寸和重量也相應增大。為了解決 運輸和起重設備限制，提高混流式機組轉輪 的制造和安裝精度，國內設計制造的混流式 轉輪多采用分2瓣制造現場組焊的結構方 式。水輪機轉輪的安裝對整臺機組的安裝有 著重大影響。因此．分瓣轉輪的現場組裝焊接 是必須認真解決的施工關鍵技術。 我國自6o年代初開始進行現場分瓣轉 輪組焊，依靠自己的技術力量首先在三門峽 電站焊接成功，現已完成施工投入運行的分 瓣轉輪4o余臺。位于青海省境內黃河上

通過幾個電站混流式水輪機的現場水壓脈動檢測試驗發(fā)現,在機組額定出力的20%～30%范圍內出現過水系統(tǒng)整體(蝸殼進口、頂蓋、尾水管)水力共振,頻率為轉頻的1～1.4倍,嚴重地影響機組穩(wěn)定運行。將在實際工程試驗中遇到的有關混流式水輪機水力振動及相關問題解決方法進行介紹。

介紹混流式水輪機導水機構在制造過程中需要注意的幾個問題,以及為了保證質量而采取的措施。

介紹了彭水電站混流式水輪機轉輪焊縫的超聲波探傷方法。

巖灘水電站和李家峽水電站在機組運行半年至兩年的時間內，幾臺機組的水輪機相繼出現了轉輪葉片與上冠間焊縫和葉片與下環(huán)間焊縫的開裂。造成或引發(fā)轉輪裂紋的原因很多，但主要是制造和運行方面的原因，如鑄造及焊接質量、焊后熱處理未能消除較大的內應力、運行時機組的振動等。筆者提出了根據各電站不同情況避開不利水頭、避開機組振動區(qū)運行、增大尾水補氣強度等措施，并介紹了這兩個電站轉輪裂紋的處理辦法，可供有關人員參考。

介紹了混流式水輪機蝸殼的設計和結構特點。

將碳化鎢涂料運用到混流式水輪機的轉輪和導葉上,是一種全新的抗沖蝕磨損的處理方法。經過該方法處理的水輪機已在最大含沙量和過機泥沙量分別達20g/l和240kg/s的條件下成功運行至今。以加華水電站為例,對其添加涂層后的新轉輪和導葉進行的效率試驗過程以及直觀檢查的結果進行了簡要介紹。

水輪機轉輪是整個水輪發(fā)電機組的核心工作部件,含沙水流中的轉輪容易遭受磨蝕破壞,是一個普遍存在的問題,并且也是一直困擾多泥沙河流水電站的難題。長期的研究與實踐表明,恰當的選型與良好的水力性能、合適的材質與優(yōu)良的制造工藝是水輪機抗磨蝕的最根本方法。但對已建成的水電站而言,采用合理的運行方式和一定的檢修措施,可延緩或減輕水輪機的磨蝕。

從水輪機選型設計的主要內容、所必需的資料及主要參數選擇等幾個方面簡述了小型水電站混流式水輪機的選型設計,探討了混流式水輪機選型設計應注意的問題,為小型水電站混流式水輪機的選型設計及研究提供參考。

為了探究混流式水輪機改造前后轉輪泥沙磨損情況,采用固液兩相流模型對某電站改造前后的混流式水輪機進行全流道數值模擬,分析不同工況下轉輪葉片表面泥沙分布,轉輪葉片表面固液兩相速度差,以及水輪機效率。結果表明:小流量工況下泥沙磨損最嚴重;水輪機改造后,葉片表面泥沙體積分數下降,固液兩相速度差減少,泥沙磨損減弱,水輪機效率較改造前提升了5.5%。該研究可為水輪機改造提供一定的參考。

結合藏木水電站高比轉速水輪機參數優(yōu)化項目,通過cfd分析,對模型水輪機的蝸殼、尾水管、轉輪等水力過流部件進行了全面優(yōu)化設計。通過模型試驗驗證,藏木水電站水輪機水力性能研究達到了預期目標,cfd分析結果與模型試驗結果基本吻合,為高比轉速轉輪的水力性能優(yōu)化提供參考。

空化是一種具有較大破壞性的水力學現象,亦是威脅水輪機安全穩(wěn)定運行的常見因素,以民治水電站混流式水輪機的d568-f17模型水輪機為例,對其進行能量試驗,根據能量試驗結果,選擇合適的工況進行模型空化試驗,并根據空化試驗結果預期原型水輪機的空化特性。試驗結果表明,原型水輪機的最高效率、額定效率和加權平均效率均滿足水電站合同文件的相關技術要求;同時額定工況臨界空化系數、初生空化系數亦滿足水電站合同文件的相關技術要求。

文章對李家峽水電站雙排機布置水輪發(fā)電機組運行后出現葉片裂紋進行了統(tǒng)計,并對其裂紋成因進行了分析,提出了轉輪葉片裂紋的具體處理措施,對今后運行中防止裂紋的發(fā)生有一定參考價值。

水輪機轉輪是水電站發(fā)電機組的重要核心部件,制造工藝復雜,整體尺寸龐大,重量多達幾十甚至幾百噸.混流式水輪發(fā)電機轉輪目前絕大多數采用不銹鋼材質,其生產制造工藝大多采用將葉片鑄造成型后,由不銹鋼材料的上冠、下環(huán)和葉片3大部分組焊,打磨加工而成.由于設計、工藝、加工、運行等因素造成絕大多數不銹鋼轉輪出現比較嚴重的貫穿性裂紋.本文通過轉輪裂紋成因分析,探索其解決方法,最終徹底消除裂紋,為機組長期安全穩(wěn)定運行提供了技術保障.

因選型不當及下游修建電站的影響,周崗水電站的水輪機長期偏離最優(yōu)工況區(qū)運行,不僅運行效率低,而且轉輪空蝕破壞嚴重,導致機組穩(wěn)定性差、出力嚴重不足。為了節(jié)省電站改造成本,在不改動水輪機其他通流部件的條件下,通過只更換轉輪的技術手段來達到水輪機增容防蝕的目的。為此,新轉輪的設計借助先進的數值模擬軟件來評價其性能優(yōu)劣,縮短了轉輪的設計周期,降低了新轉輪的生產成本,有效提高了水輪機的效率和出力,取得了顯著的經濟效益。

隨著水輪發(fā)電機組單機容量不斷增大,大型混流式水輪機轉輪的制造尺寸和制造重量不斷增加,目前世界上制造的最大的混流式水輪機轉輪名義直徑已經超過10m。尺寸如此巨大的轉輪,如果不具備水運碼頭,是無法完成內陸運輸的。為便于運輸,一般采用分瓣式制造、工地組裝的方案,

采用混合物空化模型對混流式水輪機的內部流場進行了數值計算,得到了大流量工況、最優(yōu)流量工況、小流量工況水輪機的內部流動特性。計算結果表明:在大流量工況和小流量工況下,尾水管中心截面的低壓區(qū)與渦帶是相對應的,壓力脈動的幅值主要受尾水管渦帶直徑兩端壓力差的影響,其尾水管進口段左右兩側以及彎肘段附近均有較大的漩渦區(qū)域,造成較大的能量耗散,尾水管內有明顯的回流現象,水輪機內部流動比較紊亂。

近年來，我國大力扶持國內小水電增容改造，很多小水電制造企業(yè)都從中嘗到了其中甜頭，面對即將來臨的新一輪的小水電市場的增容改造，這對于國內新建中、小水電站日趨飽和，水電市場不景氣的大環(huán)境下，各個中、小水電設備制造廠家都想通過國家的一系列政策措施來擺脫目前企業(yè)所面臨的困境，可改造是把雙刃劍，效益很高，可機組改造所需要考慮的比新機組要多得多，一旦改造失敗就會面臨失去客戶的信任，失去龐大的小水電改造市場。

巖灘水電站的分瓣轉輪是我國首次生產的直徑大于8m的混流式轉輪,因轉輪的尺寸大,故對轉輪采用海洋—內河—公路相結合的運輸方式。本文從巖灘水電站1號機輪轉的實際運輸情況,分析轉輪采用分瓣結構的得失。

本文根據水輪機模型試驗及雙排機組，布置模型試驗的結果，結合有關機組的運行及測試，初步分析李家峽水電站機組的運行，為今后的運行提供參考。

黃河上游的李家峽水電站運行15年以來,水輪機轉輪上出現多條裂隙,嚴重影響機組運行效率,造成水資源利用效率低下,發(fā)電企業(yè)的經濟效益大幅降低。鑒于此,本文開展了李家峽水電站水輪機加權因子的研究：（1）分別采用數理統(tǒng)計法、基于綜合出力系數的改進數理統(tǒng)計法和旬電量平衡法,建立了李家峽水電站水輪機運行加權因子計算模型;（2）以2000—2014年水電站實測運行資料為準,設置了3種計算情景;（3）通過模型的對比分析,推薦基于效率系數的改進數理統(tǒng)計法計算的加權因子為最佳方案,確定了各水輪機運行效率的優(yōu)劣次序;（4）計算了水輪機轉輪改造后的預期加權因子、機組的特征水頭和增發(fā)電量,優(yōu)選了水輪機轉輪改造預期的特性參數。研究成果對于水電站經濟運行具有重要的指導意義和應用價值,為水輪機的轉輪改造提供了技術支撐。