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HL160型水轮机的增容改造技术(1)程力学毕业论(2)

2013-10-30 01:21 2 以更换新型转轮的形式增容改造
2.1 d06a与hl160转轮的性能比较
    曲库水电站hl160机组导叶相对高度是0.224，单位转速62.5r／min，额定出力时单位流量0.67 m³／s，而改造后的转轮限制单位流量期望值是0.835 m³／s。经分析已有几何参数相近的性能较优转轮后，初选d06a转轮。二者参数对比见表1。
2.2 机组预期最大出力
    d06a-84转轮的过流能力远大于hl160。查其综合特性曲线，在单位转速62.5 r／min时，q₁₁达到0.825 m³／s，模型效率η_m为87%。设发电机效率保持在2 000 kw时的值不变，机组出力可达到2 420 kw，增幅在20%左右，可使发电机容量得到比较充分的利用。
2.3 空化系数比较
    一般来说，空化系数随比转速的增加而增加。由表1可见，d06a转轮与hl160转轮相比，前者的过流能力远大于后者，而空化系数σ却明显小于后者，体现了d06a转轮的优越性能。
    曲库水电站hl160机组的单位转速是62.5 r／min，据此查两种转轮模型综合特性曲线，hl160转轮的限制单位流量是0.67 m³／s，空化系数是0.06；而d06a转轮的限制单位流量是0.83 m³／s，空化系数是0.054。由此可见，d06a转轮比起hl160转轮，过流能力大为提高，空化系数不但没有增加反而有较大幅度下降。
2.4 效率特性比较
    根据d06a和hl160转轮模型综合特性曲线，得两转轮的q₁₁对应的模型效率η_m在n₁₁=62.5 r／min时的对比数据见表2。

    由表2可知，在q₁₁＜0.6 m³／s的运行区域，d06a的η_m比hl160的η_m要小2%左右，但1号机组和另外两台小机组合理分配负荷完全可避免在此小流量区域运行。而在0.6 m³／s＜q₁₁＜0.67 m³／s的运行范围内，即hl160从最优到限制单位流量范围内，处在d06a的最优单位流量附近，η_m较前者高出0～1.5%左右；0.67m³／s＜q₁₁＜0.825 m³／s的范围即增容流量区，处于d06a的最优到限制单位流量段，其效率在87%～90%之间。也就是说，除增加过流量带来的发电量外，更换转轮还能额外获得水力效率提高而增加的发电量。 （转载自http://zw.NSEAC.com科教作文网）
3.5 转轮流道形状比较
    将改造前后转轮剖面图绘在一起，见图2。

    图中虚线所示为曲库电站hl160.84转轮剖面图，实线所示为d06a-84转轮剖面图。
    d06a转轮下环锥角是6°10′，与hl160的6°30′相差不大，下环外径尺寸可不改变；由图2可见，d06a转轮的上冠流道曲线比hl160抬高了很多，使上冠部分变得较薄，从强度角度考虑，新型转轮上冠顶盖侧形状在原hl160转轮基础上做了修改，把凹面改为平面，使上冠厚度增加；随上冠型线的改变，上冠中心铸造空腔做了相应改变；泄水孔出口在d06a叶片流道出水边之后，泄水孔位置、角度均不发生变化。
    综上所述，d06a转轮的性能优于hl160，且与d06a转轮的互换性很好。用d06a-84转轮替换hl160.84，可使机组出力从2 000 kw增至2 420 kw。
2.6 导水机构的改造
    几何相似导叶位置可表达为：

    据模型参数推算出该导水机构设计最大开度为6574 mm，而更换d06a转轮后要求最大开度达到82 mm。现场实测表明，导水机构开度增至82 mm时，导叶出水边仍然不会与叶片进水边相碰。
    参考hl160-wj-84导水机构s-a₀图和实测结果，确定了改造后控制环耳环的最大行程s_max。但调速轴转臂的最大转角45°是不可更改的，那么，s_max取决于调速轴转臂销孔的旋转半径r，其值愈大则s_max越大。它们的关系可表达为：

式中，θ为调速轴转臂转角。
    据此制造了新尺寸的调速轴转臂，并与调速轴重新配钻了键孔。
2.7 转轮换型增容的结果
    改造后的机组实际最高出力达到2 400 kw。运行1年3个月，累计增发电量200万kw·h，电价按0.2元／kw·h计，增容改造直接经济效益达40万元，全部增容改造费用仅12万元，不到5个月便可收回全部成本。

（转载自http://www.ＮＳＥＡＣ.com中国科教评价网）

3 结论
    (1)hl160-wj-84型水轮机转轮切割出水边20mm，机组出力可增加25%。
    (2)用hld06a转轮替代hl160转轮后，增容幅度可达20%，且空化性能也能大幅改善。
    (3)在增容改造工作中，导叶最大开度的改变可通过更换旋转半径不同的调速轴转臂来实现。
    (4)在类似机组增容改造中，应注意增容幅度要合理。因为机组流量增加过多，使管道水力损失增加，水轮机的工作水头会明显减小，会影响整体经济效益。此外，该方法在多泥沙河流上使用应慎重。

参考文献

［1］华东水利学院.水轮机(下册)［m］.北京：电力工业出版社，1980
［2］高建铭.水轮机设计原理［m］.北京：水利电力出版社，1982

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