2021新版萬家寨水電站水輪機抗磨蝕的主要措施

2021新版萬家寨水電站水輪機抗磨蝕的主要措施Securitytechnologyisanindustrythatusessecuritytechnologytoprovidesecurityservicestosociety.Systematicdesign,serviceandmanagement.to（安全管理）單位：姓名：日期：編號：AQ-SN-0747

電力安全技術(shù)IPowerSafetyTechnology電氣安全六、避開機組振動區(qū)域運行根據(jù)水輪機特性，兩制造廠家對機組運行給出了一定的條件，要求機組在相應(yīng)水頭允許出力的40%?100%范圍內(nèi)運行，這種工況能保證水輪機穩(wěn)定運行，其中包括尾水管壓力脈動、頂蓋垂直振動、水導(dǎo)軸承的擺度以及噪聲。在相應(yīng)水頭允許出力的40%以下運行，屬于機組振動區(qū)域，機組振動劇烈，水輪機磨蝕加大，對機組各零部件造成較大的損害。針對這種情況本電站主要根據(jù)水庫來水情況向山西、內(nèi)蒙古兩電網(wǎng)調(diào)度申請合理的負荷，使得網(wǎng)調(diào)分配的負荷盡量在機組振動區(qū)域之外；同時要求運行人員根據(jù)實際情況合理分配機組之間的負荷，盡量避開機組的振動區(qū)域運行或盡量減少在振動區(qū)域的運行時間，從而在一定程度上降低水輪機磨蝕的程度。采取以上抗磨蝕措施的主要目的是保證水輪機過流部件免遭嚴重危害，確保汛期正常發(fā)電，創(chuàng)造更大的效益。但是本電站機組投產(chǎn)時間較短，抗磨蝕措施的效果還需隨著水庫的運用和機組的運行實際逐步驗證。電力安全技術(shù)PowerSafetyTechnology電氣安全XXX電力安全技術(shù)XXX圖文設(shè)計本文檔文字均可以自由修改XXX圖文設(shè)計XXX圖文設(shè)計本文檔文字均可以自由修改第10頁電力安全技術(shù)IPowerSafetyTechnology電氣安全2021新版萬家寨水電站水輪機抗磨蝕的主

要措施說明：安全技術(shù)防范就是利用安全防范技術(shù)為社會公眾提供一種安全服務(wù)的產(chǎn)業(yè)。既然是一種產(chǎn)業(yè)，就要有產(chǎn)品的研制與開發(fā)，就要有系統(tǒng)的設(shè)計、工程的施工、服務(wù)和管理。可以下載修改后或直接打印使用。一、概述黃河萬家寨水利樞紐水電站共裝有6臺立軸混流式水輪發(fā)電機組單機容量為18萬kW,總裝機容量為108萬kW,設(shè)計年發(fā)電量27.5億kW.h。萬家寨水電站為多泥沙河流電站，其泥沙特征為：設(shè)計多年平均輸沙量為1.49億t,設(shè)計多年平均含沙量6.6kg/m3實測多年平均含沙量為5.7kg/m3（其中直徑大于0.05mm的有害顆粒含量為1.378kg/m3,占其總量的24.2%）,實測最大含沙量河口鎮(zhèn)水文站1955年9月1日為37.6kg/m3;預(yù)測建庫后排沙期時段平均過機含沙量為8?12kg/m3電力安全技術(shù)IPowerSafetyTechnology電氣安全建庫后多年平均含沙量見表。在排沙期，除了高含沙水流直接對水輪機進行磨損破壞外，還由于電站低水頭運行，造成水輪機偏離設(shè)計工況，機組振動加大，從而使過流部件的氣蝕加重；即使在非汛期，由于萬家寨水電站被山西電網(wǎng)確定為第一調(diào)潮流電廠，機組參與潮流調(diào)節(jié)，同樣使得機組經(jīng)常在偏離設(shè)計工況的區(qū)域運行，振動加劇，產(chǎn)生氣蝕破壞。根據(jù)黃河中下游多泥沙水電站尤其是三門峽水力發(fā)電廠運行的實際情況，萬家寨水電站水輪機采取了優(yōu)化水庫泄流排沙設(shè)計、合理選擇有關(guān)參數(shù)、優(yōu)化水力設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計、采用優(yōu)質(zhì)母材和抗磨材料、避開機組振動區(qū)域運行等主要措施以增加水輪機的抗磨蝕性能。二、優(yōu)化水庫泄流排沙設(shè)計，降低過機含沙量.利用泄洪底孔作為樞紐主要排沙建筑物大壩左側(cè)5?10號壩段的8個泄洪底孔進口底坎高程為915.0m蓄水前壩前庫底高程為899.0m,比機組進水口低17m,比引黃取水口低37m,在庫水位970m水庫最高洪水位時，單孔泄量為660m3/so泄洪底孔能夠排走水庫中大量泥沙，有效控制泥沙主流，電力安全技術(shù)IPowerSafetyTechnology電氣安全減少過機含沙量，維持有效庫容。.設(shè)置5個電站壩段排沙孔在大壩右側(cè)13?17號壩段設(shè)置5個電站壩段排沙孔，其位置在機組進水口左下側(cè)912.0m高程處（其中5、6號機組共用1孔），主要控制直徑大于0.05mm的有害顆粒泥沙過機。在水庫最低運用水位952.0m高程時，其孔泄流量為60m3/s。排沙孔能將有害顆粒泥沙排至下游，減少有害顆粒過機；同時也可以排走水庫右側(cè)大量泥沙，有效防止機組檢修時進水口下部泥沙淤積。根據(jù)三門峽、龔嘴等電廠的運行經(jīng)驗，電站壩段排沙孔排走的有害顆粒泥沙應(yīng)為機組的10倍左右，可大大改善水輪機的運行條件，減輕對水輪機的磨蝕。三、合理選擇水輪機參數(shù)，降低磨蝕的影響.合理選擇轉(zhuǎn)輪流道中的水流速度轉(zhuǎn)輪流道中含沙水流的相對速度是影響水輪機磨損強度的重要因素。根據(jù)黃河上多泥沙電站的水輪機運行情況和有關(guān)含沙水流磨蝕試驗資料，結(jié)合本電站運行特點按照多泥沙河流適當降低水輪電力安全技術(shù)IPowerSafetyTechnology電氣安全機參數(shù)水平的原那么，參考已建電站的設(shè)計運行經(jīng)驗，確定萬家寨水輪機的比轉(zhuǎn)速為220m.kW并使得額定工況下轉(zhuǎn)輪葉片出口相對流速小于38m/s,最小水頭、導(dǎo)葉全開工況下，轉(zhuǎn)輪葉片出口相對流速小于34m/s；高含沙量排沙期時段，導(dǎo)葉區(qū)最大流速小于20m/s,從而減輕高速含沙水流對水輪機部件的磨蝕。.合理選擇水輪機的吸出高度和安裝高程在含沙水流條件下，氣蝕往往提前發(fā)生，而且氣蝕與磨損的聯(lián)合作用又將進一步加重水輪機的磨蝕損壞程度。本電站按排沙期5臺機組運行、1臺機組檢修來選擇水輪機最大吸出高度為一5.0m即能滿足各種可能的運行工況，這時水輪機安裝高程應(yīng)該為895.0m。而實際最終確定的水輪機安裝高程為894.5m,實際水輪機允許吸出高度為一3.58m,真機裝置氣蝕系數(shù)與模型臨界氣蝕系數(shù)的比值在含沙水流條件下大于2,在清水條件下大于1.5,使得氣蝕有較大的安全余量，保證水輪機能在高含沙水流條件下更有效地抗氣蝕磨損,長期高效運行。.合理選擇水輪機設(shè)計水頭電力安全技術(shù)IPowerSafetyTechnology電氣安全水輪機運行工況直接影響著水輪機的磨蝕程度。合理選擇水輪機設(shè)計水頭，使水輪機在汛期也能有相對較好的運行工況，可以大大降低磨蝕對機組的影響。萬家寨水利樞紐采用〃蓄清排渾〃的運用方式，電站每年8、9兩個月為排沙期，水庫從防洪限制水位966.0m高程下降到957.0?952.0m高程之間水輪機在低水頭50?55m、含沙水流條件下?lián)握{(diào)峰運行；其余的水輪機正常運行時段，水輪機在較高水頭68?75m基本上是在清水條件下?lián)畏搴蛇\行。兼顧上述兩種運行工況，使水輪機盡可能少偏離最優(yōu)工況區(qū)，既能多發(fā)電量，又可減輕磨損。經(jīng)計算和比擬，水輪機設(shè)計水頭最終確定為68m。四、優(yōu)化水力設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高水力性能.改進水輪機的水力設(shè)計在水輪機模型試驗中，對轉(zhuǎn)輪運行范圍及尾水管肘管進行了深入的研究與分析，進行了水輪機模型的清水和渾水的能量與氣蝕對比試驗、清水流跡和渾水磨痕試驗與修型以及流場壓力分布測定，經(jīng)過屢次試驗，不斷改進轉(zhuǎn)輪（包括葉片型線和葉片數(shù)量）及導(dǎo)水機電力安全技術(shù)IPowerSafetyTechnology電氣安全構(gòu)等過流部件的水力設(shè)計，并采用目前國際上最先進的CFD技術(shù)ComputerFie1dynamic--計算機流體動力學(xué)計算，又稱計算機流體仿真計算，對速度場和壓力場進行了計算和優(yōu)化，對各部件之間的流動干擾進行了分析，最大限度地減少水力損失和空化的發(fā)生，從而保證水輪機具有較高的水力性能，較好的氣蝕性能和運行穩(wěn)定性，使選用的轉(zhuǎn)輪及其過流部件適應(yīng)含沙水流條件，以到達機組水力設(shè)計在最優(yōu)工況。.優(yōu)化過流部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(1)適當減小轉(zhuǎn)輪出口直徑，下環(huán)采用零錐角或小錐角。1?4號水輪機轉(zhuǎn)輪進水口直徑6.0874m,轉(zhuǎn)輪出水口直徑6.1042m；5、6號水輪機轉(zhuǎn)輪進水口直徑5.848m,轉(zhuǎn)輪出水口直徑5.996m。采用這些結(jié)構(gòu)設(shè)計減小了葉片的彎曲度，改進了轉(zhuǎn)輪葉片出水邊與下環(huán)的連接過渡，使水流順暢，不產(chǎn)生加速突變、回流和旋渦，改善了水力性能，消除局部氣蝕，減輕葉片出水邊反面和下環(huán)內(nèi)側(cè)外表的磨蝕損壞，提高了設(shè)備本身的抗磨蝕能力。(2)提高水輪機導(dǎo)葉相對高度，并適當加大導(dǎo)葉分布圓直徑。保電力安全技術(shù)IPowerSafetyTechnology電氣安全證在一定出力條件下導(dǎo)水機構(gòu)有足夠的過水斷面面積，降低導(dǎo)葉出口流速，改善導(dǎo)葉區(qū)的流態(tài)，減輕導(dǎo)水機構(gòu)的磨蝕損壞。(3)增加座環(huán)、頂蓋、底環(huán)的剛度，并適當減少導(dǎo)葉上下斷面間隙的設(shè)計值和制造誤差。頂蓋和底環(huán)抗磨板采用可拆式結(jié)構(gòu)，在導(dǎo)葉處于關(guān)閉狀態(tài)的各間隙部位加裝耐磨蝕的止水密封，減輕汛期水輪機停機狀態(tài)下，導(dǎo)葉間隙射流所引起的磨蝕損壞。(4)提高水輪機過流部件的加工精度，提高翼型外表質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量，降低其外表粗糙度，也從一定程度上減輕了磨蝕的影響。.采用易于檢修維護的結(jié)構(gòu)方案本電站各機組均在水輪機室設(shè)有可拆卸的吊環(huán)，能在不拆卸發(fā)電機的情況下，在水輪機室內(nèi)整體起吊水輪機頂蓋、活動導(dǎo)葉以及底環(huán)，并固定在發(fā)電機下機架上，從而可以方便地檢查及修補水輪機的上下止漏環(huán)以及轉(zhuǎn)輪葉片、下環(huán)等易磨損部位。五、采用優(yōu)質(zhì)的母材料和抗磨材料.母材1?4號水輪機轉(zhuǎn)輪為鑄焊結(jié)構(gòu)，母材為目前抗磨蝕性能較好的電力安全技術(shù)IPowerSafetyTechnology電氣安全ZG0Crl6Ni5M0o導(dǎo)葉采用ZG270—500整體鑄造。5、6號水輪機轉(zhuǎn)輪為整體鑄焊結(jié)構(gòu)，采用ZG0Crl3Ni4Mo不銹鋼材料，導(dǎo)葉采用ZG0Crl3Ni4Mo不銹鋼整體鑄造。.抗磨材料1號水輪機轉(zhuǎn)輪由于制造工期等原因沒有涂抗磨涂層。2、3號水輪機轉(zhuǎn)輪及導(dǎo)葉的過流外表均涂以具有韌性的以聚氨酯為基底的加入TiNi高硬度微粒所組成的非金屬材料耐磨涂層（俗稱軟涂層）；導(dǎo)葉立面堆焊抗磨蝕不銹鋼，以堆焊層金屬直接接觸的方式來密封;導(dǎo)葉端面