1、双沟水电站水轮机模型验收试验5O第 29 卷第 6 期2006 年 12 月水电站机电技术MechanicalElectricalTechniqueofHydropowerStationVo1.29No.6Dec.2006双沟水电站水轮机模型验收试验王环东(松江河发电厂,吉林抚松)摘要:针对松江河发电厂双沟电站的模型验收工作, 对效率试验,飞逸试验,空化试验,补气试验与预试验结果进行对比,通过复核试验验证了 HA883 一 LJ 一 400 型水轮机在各项性能及指标上均满足合同要求.从而确定了机组的安装高程及流道尺寸,并为双沟电站水轮机运行提供了可靠的依据.关键词:模型验收;效率 I 飞逸;空
2、化;补气中圈分类号:TK730.7 文献标识码:B 文章编号:16725387(2006) 03双沟水电站位于第二松花江上游的松江河上,是松江河梯级电站的第二级,电站总装机容量为 2140Mw,额定水头 97m,水库总库容 3.91 亿m.,利用小时数为 1380h,多年平均发电量 3.868亿 kW?h,电站计划 2008 年 12 月首台机组投产发电.双沟水电站水轮发电机组由哈尔滨电机厂设计制造,水轮机型号 HLA883 一 LJ 一 400.水轮机模型验收试验于 2005 年 3 月 18 日至 2005 年 3 月 25 日在哈尔滨大电机研究所水轮机研究室高水头试验 II台进行.1 模
3、型验收目的模型验收的主要目的是通过对模型水力特性的试验,预测真机的水力特性,并验收真机测量和试验困难的项目,以验证新开发的转轮的各项水力性能参数是否满足合同规定的保证值,并将模型试验结果作为机组运行的依据.2 模型试验装置简介哈尔滨大电机研究所高水头水力机械模型试验台(简称高 台), 建成于 2000 年,它是一座高参数,高精度的水力机械通用试验装置.高台所有试验参数,特别是模型尺寸,试验水头,雷诺数均满足 IEC 有关规程的规定,高台模型试验的综合效率误差范围士 0.29,6.它的主要功能如下:a)可以进行反击式水力机械的水力性能试验,试验项目包括效率,空化,飞逸,力特性,转轮叶片应力,各部
4、位压力脉动等,可以进行流场测试及流态观测.b)设有两个试验工位,可以分别对贯流式,轴流式及混流式水力机械进行模型试验.c)试验台可以适应立式和卧式机组模型试验3 双沟水轮机模型试验参数定义3.1 双沟水轮机模型装置主要参数转轮型号:A883转轮名义直径:D.=372.2mm转轮叶片数:Z:14固定导叶数:24活动导叶数:Z.一 24活动导叶高度:B.一 0.287D.进口过流断面面积:Al 一 0.m出口过流断面面积:A2=0.ITI.3.2 水轮机试验时的试验参数水头 H:E=P 一 .IO00/AWD+Q2(1/Al21/Az2)H=E/g式中:E(J/kg):比能.H(mH2O):净水头
5、 .P 一.(kPa):蜗壳进口和尾水管出口间压差.A,A.(m):模型机组进出口的过流面面积.g(m/s.):重力加速度(9.80665).AWD(kg/m.)进口处和出口处水的平均密度.输入功率 PH:PH(kw)=EIWDXQ式中:IWD(kg/m.):进口处水的密度 .Q(m./s):流入蜗壳的流量.输出功率 PM:PM(kW)一(丌“T)13o收稿日期:2006-0908作者简介:王环东,工程师,从事水电站机械设备技术管理工作第 6 期王环东:双沟水电站水轮机模型验收试验 5l式中:n(r/rain): 测功机转速.丁(N?m):力矩.效率 EFF:EFF=PH/PM()单位流量 Q
6、Q=Q/(D.H/)式中:D:模型转轮名义直径(m)单位转速,f1:n11 一(N D1)/H空化系数 CF:CF 一(TWLC1000PVA1000+QOWD/2A2)/(Pt121000)式中:丁 WLC(kPa):尾水压力.P(kPa):水的汽化压头.OWD(kg/m.):出口处水的密度 .Ptl 一 2(kPa):净水头.4 模型验收内容4.1 效率试验效率试验的主要目的是确定各种工况下水轮机的效率,可按公式刁一 P(kW)/9.81QH 来计算,此次试验水头为 25ITI,效率试验的单位转速范围是从70r/rain 至 85r/min,试验是在等开口和水头为常数的条件下进行.导叶开度
7、从 6mm 至 36ram(导叶开度级差为 2ram)所对应的单位流量 ,单位转速的等效率线,每一工况点的采集时间为 60s.我们选取了 13 个不同的工况点进行复核试验,经过复核所有模型试验点效率与预试验时该点效率之差均小于士 0.2.验收试验效率值与预试验效率值相符.原型水轮机加权平均效率预试验为 94.O7,验收试验为 94.OO9,6,满足保证值不低于 93.94 的要求.水轮机模型加权平均效率预试验为 92.64,验收试验为 92.58,满足保证值不低于 92.5O 的要求.HA883 转轮综合特性曲线如图 1.图 1A88337.2 综合特性曲线4.2 飞逸复核试验飞逸试验是指当水
8、轮机突然甩负荷时,水轮机转速将迅速上升,当输入的水流能量与转速升高时产生的机械磨擦损失能量相平衡时,转速达到一个稳定的最大值.飞逸转速特性试验是在测功机转速为常数(900r/min) 的条件下进行 ,通过调节试验水头使测功机输出力矩近似为零,采集数点,然后确定飞逸转速值,将试验结果中的导叶开口,飞逸转速及飞逸流量关系画在一张曲线上.以求得水轮机飞逸特性,用以检验原型水轮机的飞逸转速保证值.此次我们选取导叶在 26mm,28mm,30mm 三个开度进行复核,验收试验结果与预试验结果相符.按临界开口 A.=26mm 的单位飞逸转速 (135.82r/rain)计算,水轮机在最大水头 107.5m
9、下飞逸转速为 n=351.05r/rain,满足合同保证值不大于 360r/rain 的要求.详见飞逸对比曲线(图 2):从曲线可以看出所复核的三个点均与预试验结果一致.-I,+试验?验收试验严 lII/ll0+l50.Z50.,j0.45 口.摹摹 U.5 口0.日 j 口事 I?U,Q(m/)图 2 飞逸对比曲线4.3 空化复核试验空化试验是定单位转速情况下,通过改变尾水的压力来改变空化系数的方法进行,即逐步改变尾水真空度,使转轮发生空化(或者达到真空设备的极限为止),然后将空化系数与效率,力矩,单位流量的关系画在同一张曲线上,并绘出等临界空化系数特性曲线.测出给定的每个运行条件对应的临界
10、空化系数,初生空化系数,装置空化系数.空化试验共选取 11 个不同工况点进行,试验结果与预试验同符,临界空化系数盯 c:0.102 满足合同要求.图 3A88337.2 等 l 临界空化系数曲线O070!兰 mm 肿哪 mmmm 袖52 水电站机电技术第 29 卷4.4 压力脉动复核试验由于转轮出口处的旋转水流及脱流旋涡和空蚀等影响,在尾水管内常引起水压脉动.尤其是在尾水管内出现大涡带后,涡带以近于固定的频率在管内转动,引起水流低频压力脉动.从而引起尾水管壁,转轮,导水机构,蜗壳,压力管道的振动.当其频率与发电机或电力系统的自振频率接近时,将发生共振,引起机组出力大幅度波动,可能会导致水工建筑
11、物损坏,因此了解机组压力脉动变化是保证机组安全稳定运行的前提.此次复核试验在水轮机全部运行水头与出力范围内选取 15 个特征点进行,在电站装置空化系数条件下,测定与水流不稳定或尾水管有关的压力脉动振幅与频率,测量用安装在蜗壳进口,导叶后转轮前,锥管上游,锥管下游.锥管上下游位置位于距转轮出 1:30.4D 处,压力脉动幅值采用 97 置信度取法.此次复核试验结果与预试验值相当,满足合同要求.通过试验我们可以清楚地了解到机组在各运行工况下的脉动变化,从而尽量使机组避开脉动区运行.0.8l位流量(m./s)图 4 加权平均水头 101.9m 压力脉动4.5 补气复核试验当水轮机室真空度达到一定值时
12、,水轮机会产生不同程度的振动和空蚀现象,对真空区进行补气能够形成气泡,这是一种吸收振动的减辐介质,此外,补进的空气冲散涡带,并以气泡填充转轮下部和尾水管上部整个空间,因补气对破坏空腔空蚀,吸收空蚀有一定的作用.此次试验补气方式采用模拟大轴中心孔补气,补气量分别为额定实际流量的0.3,0.6,19/6.在补气试验过程中对涡流及叶道涡进行了成像观察,以确定涡流产生过程助记词产生点,以便机组避免在此工况下运行.此次试验各部位的试验结果基本一致.图 5 是锥管下游补气试验结果.00+.2图 5A883 锥管下游测点补气试验结果从图 5 中可以看出,对于锥管下游测点而言,补气对高水头段,高负荷区压力脉动
13、无明显效果;随着补气量的增加,高水头段,低负荷区压力脉动幅值明显下降.也就是说 HA883 一 LJ 一 400 型水轮机在高水头段,高负荷区压力脉动无明显效果;随着补气量的增加,高水头段,低负荷区压力脉动幅值明显下降.因此在以后机组运行过程中尽量避免在此工况下运行,以减少脉动对水轮机的损害.4.6 尺寸抽查验收组成员对模型水轮机自蜗壳进 1:3 至尾水管出口的通流部件尺寸及形状进行了抽查,抽查结果与设计值的偏差满足 IEC 标准要求.5 结论(1)模型水轮机效率试验,飞逸试验,空化试验,压力脉动试验,补气试验,蜗壳压差测流试验测量值均与预试验值相符,满足合同要求.(2)在整个保证运行范围内,转轮叶片正,背面无脱流现象发生;除机组运行工况在小于 Hp=97m,P:=64.3MW 及 Hp=107.5m,P=98.0MW两点连线的高水头低负荷区域外,其它机组保证运行范围内均未发生转轮叶道涡现象.(3)经验收组研究决定,同意按本次试验的模型水轮机通流部件尺寸进行原型水轮机的生产.参考文献:1河海大学. 水轮机M.中国水利水电出版社UU0O0OO00H0一司%y 睾日罂蒋蕾 R
