東方電機(jī)水力開發(fā)技術(shù)的進(jìn)步

東方電機(jī)水力開發(fā)技術(shù)的進(jìn)步

1999年，東方電機(jī)以三峽左岸電氣工程為契機(jī)，全面轉(zhuǎn)讓和引進(jìn)了三峽左岸電氣工程vgs的聯(lián)合水壓工程技術(shù)人員，以及一套完整的電氣工程設(shè)計(jì)、流量分析和電氣模擬測(cè)試技術(shù)的硬臺(tái)。在全面消化吸收引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,以大量水電工程為依托,通過二次創(chuàng)新和實(shí)際應(yīng)用,東方電機(jī)的水力開發(fā)技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。在短短的幾年內(nèi),東方電機(jī)的巨型混流式、大型軸流轉(zhuǎn)槳式和大型貫流式水輪機(jī)水力開發(fā)技術(shù)已達(dá)到了世界先進(jìn)水平,縮小了與國(guó)外30多年的差距,實(shí)現(xiàn)了歷史性的跨越。1東方電機(jī)的水力試驗(yàn)驗(yàn)證目前,水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片及過流部件的三維交互式設(shè)計(jì)、流體動(dòng)力分析和性能預(yù)估等技術(shù)已經(jīng)成為東方電機(jī)水力設(shè)計(jì)的日常工具,這些現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的技術(shù)含量和水平有的與國(guó)外著名公司所使用的技術(shù)相當(dāng),有的領(lǐng)先于國(guó)外技術(shù)。新技術(shù)在水輪機(jī)水力設(shè)計(jì)中的全面采用大大提高了水輪機(jī)的水力性能品質(zhì),提高了水輪機(jī)水力開發(fā)的命中率,縮短了水輪機(jī)水力開發(fā)周期,降低了研發(fā)成本,水輪機(jī)的水力開發(fā)在東方電機(jī)已經(jīng)成為一種高技術(shù)活動(dòng)。模型水輪機(jī)的制造全面采用五軸數(shù)控加工技術(shù),迄今,東方電機(jī)專門為模型水輪機(jī)的制造配備了3套五軸數(shù)控加工中心。除轉(zhuǎn)輪葉片采用五軸數(shù)控高速切削加工外,模型水輪機(jī)的其它過流表面如蝸殼、座環(huán)、導(dǎo)葉和尾水管也全部采用數(shù)控加工技術(shù),大大提高了模型水輪機(jī)的加工精度,保證了模型水輪機(jī)與真機(jī)的相似性,滿足甚至超過了IEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)相似性的要求。無論是模型水輪機(jī)的水力型線偏差控制還是過流表面的光潔度,東方電機(jī)均不遜色于國(guó)外任何一家公司。截止2007年,東方電機(jī)擁有3座高精度的高水頭水力試驗(yàn)臺(tái)和1座高精度的貫流式模型水輪機(jī)試驗(yàn)臺(tái),都經(jīng)過國(guó)內(nèi)權(quán)威計(jì)量鑒定單位的鑒定,滿足IEC規(guī)程對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的要求。3座高水頭水力試驗(yàn)臺(tái)可進(jìn)行混流式和軸流式模型水輪機(jī)各種水力特性的測(cè)試,并可進(jìn)行水泵水輪機(jī)全特性的試驗(yàn)。貫流式模型水輪機(jī)試驗(yàn)臺(tái)是國(guó)內(nèi)目前唯一一座可進(jìn)行貫流式水輪機(jī)模型試驗(yàn)驗(yàn)收的試驗(yàn)臺(tái),該試驗(yàn)臺(tái)裝備的高精度靜壓軸承從瑞士引進(jìn),精度高,運(yùn)轉(zhuǎn)靈活可靠。所有試驗(yàn)臺(tái)均配備當(dāng)今世界最先進(jìn)的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和處理系統(tǒng),并裝備有先進(jìn)的光纖內(nèi)窺鏡流態(tài)觀測(cè)系統(tǒng),可進(jìn)行水輪機(jī)內(nèi)部流態(tài)、空化、葉道渦和尾水管渦帶的實(shí)時(shí)觀測(cè)。截止2007年底,在東方電機(jī)的水力試驗(yàn)臺(tái)上已完成國(guó)內(nèi)外近40個(gè)水電站水輪機(jī)的模型驗(yàn)收,其中巨型機(jī)組包括三峽右岸單機(jī)容量700MW混流式水輪機(jī)、金安橋單機(jī)容量600MW混流式水輪機(jī)、瀑布溝單機(jī)容量550MW混流式水輪機(jī)、錦屏一級(jí)單機(jī)容量600MW混流式水輪機(jī)。出口機(jī)組包括敘利亞迪斯林大型軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī),埃塞俄比亞特可澤混流式水輪機(jī),越南波夏河、邦威、邦圖颯、同奈3、同奈4混流式水輪機(jī),印度布迪赫爾混流式水輪機(jī)。貫流式水輪機(jī)包括大言、紅花、黃潭、桃江等電站。2混流式轉(zhuǎn)輪應(yīng)用從2000~2007年的8年間,東方電機(jī)共為國(guó)內(nèi)外70余座水電站成功開發(fā)水力性能居國(guó)際先進(jìn)水平的各類水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪120余個(gè)及配套的水力通道。其中混流式轉(zhuǎn)輪近100個(gè),覆蓋了從40~500m水頭的幾乎全部混流式水輪機(jī)的水頭應(yīng)用范圍,在未來市場(chǎng)潛力巨大的50~250m水頭范圍,共開發(fā)水力性能居世界先進(jìn)水平的混流式轉(zhuǎn)輪近80個(gè);開發(fā)軸流轉(zhuǎn)槳式模型轉(zhuǎn)輪10個(gè),覆蓋的水頭范圍為10~50m;開發(fā)貫流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪10余個(gè),覆蓋的水頭范圍為3~25m。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2000~2007年,共有約40個(gè)新開發(fā)轉(zhuǎn)輪成功用于國(guó)內(nèi)外近50個(gè)新建電站和改造機(jī)組,其中包括三峽右岸、瀑布溝、錦屏一級(jí)、金安橋等巨型機(jī)組。2.1新一代三峽右轉(zhuǎn)三在經(jīng)過上世紀(jì)90年代對(duì)高效率的追求之后,業(yè)內(nèi)更加關(guān)注的穩(wěn)定性問題逐漸成了新型轉(zhuǎn)輪開發(fā)的難題。三峽左岸電站的轉(zhuǎn)輪水力穩(wěn)定性問題就曾一度為專家所注目,能否克服此問題,成了三峽右岸電站機(jī)型能否如期選擇的焦點(diǎn),為此東方電機(jī)開發(fā)了新一代三峽右岸轉(zhuǎn)輪D399。以近年來國(guó)內(nèi)大中型電站蓬勃發(fā)展的市場(chǎng)為依托,東方電機(jī)開發(fā)的混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪已成功用于包括三峽右岸、瀑布溝、金安橋、錦屏一級(jí)、漫灣二期、瓦屋山、小天都等國(guó)內(nèi)外30多個(gè)水電站,大大加強(qiáng)了東方電機(jī)的技術(shù)儲(chǔ)備。這些轉(zhuǎn)輪的綜合水力性能均達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平?，F(xiàn)舉以下三例,它們分別是三峽右岸D399轉(zhuǎn)輪、瀑布溝D416A轉(zhuǎn)輪和錦屏一級(jí)D438C轉(zhuǎn)輪。2.1.1與三峽左、綜合地臺(tái)水力性能的比較D399轉(zhuǎn)輪最主要的水力性能特點(diǎn)是徹底消除了三峽左岸電站水輪機(jī)高部分負(fù)荷壓力脈動(dòng)帶,大大降低了尾水管及導(dǎo)葉后轉(zhuǎn)輪前的壓力脈動(dòng)幅值,具有很高的效率水平和很大的出力余量,且保證在三峽整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)無空化運(yùn)行。表1給出了三峽右岸D399轉(zhuǎn)輪與三峽左岸VGS轉(zhuǎn)輪F599的水力性能比較。D399與F599效率水平和空化性能基本相當(dāng),但尾水管壓力脈動(dòng)與導(dǎo)葉后轉(zhuǎn)輪前無葉區(qū)的最大壓力脈動(dòng)D399比F599分別降低了6%和22%,水力穩(wěn)定性得到根本性改善,為促進(jìn)三峽右岸電站建設(shè)提供了有力支持。2.1.2模型主要水力性能比較瀑布溝電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪是東方電機(jī)開發(fā)的又一性能優(yōu)越的轉(zhuǎn)輪,并已中標(biāo)進(jìn)入制造。瀑布溝電站與龍灘電站的特征參數(shù)非常接近,所以東方電機(jī)開發(fā)的D416A轉(zhuǎn)輪與國(guó)外某公司為瀑布溝電站開發(fā)的轉(zhuǎn)輪(以下簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)輪A)及國(guó)外另一公司為龍灘電站開發(fā)的轉(zhuǎn)輪(以下簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)輪B)均有一定的可比性。模型主要水力性能比較見表2?？梢钥闯?D416A與國(guó)外優(yōu)秀轉(zhuǎn)輪相比,除了具有基本相當(dāng)?shù)男仕?其空化性能和水力穩(wěn)定性均優(yōu)于國(guó)外兩個(gè)轉(zhuǎn)輪。2.1.3d438c轉(zhuǎn)輪錦屏一級(jí)電站水輪機(jī)是近年來東方電機(jī)中標(biāo)的最高水頭(240m)巨型水輪機(jī)(單機(jī)容量600MW)。東方電機(jī)開發(fā)的D438C轉(zhuǎn)輪在水科院試驗(yàn)臺(tái)上完成了復(fù)試,各項(xiàng)指標(biāo)均滿足投標(biāo)保證值,與國(guó)外三個(gè)著名廠商(以下分別簡(jiǎn)稱為轉(zhuǎn)輪C、轉(zhuǎn)輪D和轉(zhuǎn)輪E)的投標(biāo)值相比,有相當(dāng)接近的效率水平,且D438C轉(zhuǎn)輪的空化性能和水力穩(wěn)定性優(yōu)于其它轉(zhuǎn)輪。該轉(zhuǎn)輪與國(guó)外相近轉(zhuǎn)輪的主要水力性能比較見表3。2.1.4技術(shù)2.1.4.世界先進(jìn)水平在混流式水輪機(jī)40~500m水頭應(yīng)用范圍,東方電機(jī)開發(fā)的模型轉(zhuǎn)輪最高效率在93.5%~95.3%之間,處于國(guó)際先進(jìn)水平。在市場(chǎng)潛力巨大的50~250m水頭范圍,絕大部分轉(zhuǎn)輪模型最高效率均穩(wěn)定在94.5%以上,有些轉(zhuǎn)輪甚至達(dá)到95.2%~95.3%,加權(quán)平均效率和額定工況效率也與國(guó)外水平相當(dāng)。2.1.4.水輪機(jī)運(yùn)行數(shù)對(duì)比東方電機(jī)開發(fā)的混流式轉(zhuǎn)輪其臨界空化系數(shù)和初生空化系數(shù)基本上均優(yōu)于國(guó)外水平,可保證水輪機(jī)在無空化條件下運(yùn)行。此外,采用光纖內(nèi)窺鏡流態(tài)觀測(cè)技術(shù),東方電機(jī)開發(fā)的混流式轉(zhuǎn)輪可確保在電站運(yùn)行范圍內(nèi)轉(zhuǎn)輪進(jìn)口無空化。2.1.4.東方電機(jī)在降低混流式織物各部位壓力脈動(dòng)方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)尾水管及導(dǎo)葉后轉(zhuǎn)輪前無葉區(qū)壓力脈動(dòng)水平略優(yōu)于國(guó)外,但東方電機(jī)在降低混流式水輪機(jī)各部位壓力脈動(dòng)方面有自己獨(dú)到的技術(shù),尤其在消除高部分負(fù)荷壓力脈動(dòng)帶方面有自己的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。2.2軸流轉(zhuǎn)槳式轉(zhuǎn)輪東方電機(jī)將混流式水輪機(jī)水力開發(fā)技術(shù)成功應(yīng)用于軸流轉(zhuǎn)槳式和貫流式水輪機(jī)的水力開發(fā),使其水力性能有了顯著的提高:軸流轉(zhuǎn)槳式水輪最高模型效率較原有轉(zhuǎn)輪提高了3%以上,額定效率甚至提高了5%以上;貫流式水輪機(jī)最高效率提高了2%,額定效率提高了4%,空化性能也有所改善,尾水管的壓力脈動(dòng)均在6.0%以下。近幾年開發(fā)的軸流轉(zhuǎn)槳式轉(zhuǎn)輪已用于喜河、土卡河、巴江口、萬安等電站;貫流式轉(zhuǎn)輪用于大言、紅花、黃潭、桃江等電站,其水力性能均達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。2.2.1軸速和槳式旋轉(zhuǎn)2.2.1.平班電站轉(zhuǎn)輪模型效率模型最高效率92.8%,額定效率90.5%,臨界空化系數(shù)0.7,同水頭段Voith的平班電站轉(zhuǎn)輪模型最高效率92.9%,額定效率89.5%。2.2.1.2萬安某局c345e車輪模型最高效率92.75%,額定效率89.2%,臨界空化系數(shù)0.7,國(guó)外同水頭段轉(zhuǎn)輪模型最高效率為92.5%~92.8%。2.2.1.國(guó)外轉(zhuǎn)輪模型的主要效率轉(zhuǎn)輪改型前后主要水力性能比較見表4。模型最高效率93.52%,額定效率92.5%,臨界空化系數(shù)1.3,尾水管最大壓力脈動(dòng)小于4.5%,該水頭段國(guó)外轉(zhuǎn)輪模型最高效率93.5%~94%,例如國(guó)外某公司為長(zhǎng)州電站開發(fā)的轉(zhuǎn)輪模型最高效率為94.1%,國(guó)外另一公司為橋鞏電站開發(fā)的轉(zhuǎn)輪模型最高效率為93.74%。2.2.2.臨界空化系數(shù)模型最高效率93.85%,額定效率92.5%,臨界空化系數(shù)1.3,尾水管壓力脈動(dòng)小于4.0%。電站運(yùn)行表明,在出力和運(yùn)行穩(wěn)定性方面優(yōu)于同電站的國(guó)外機(jī)組。2.2.3技術(shù)2.2.3.大流量區(qū)的流量分布在軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的常規(guī)應(yīng)用水頭范圍10~50m,模型最高效率92.5%~93%,與國(guó)外相當(dāng),但在大流量區(qū)的效率具有某些優(yōu)勢(shì)。在貫流式水輪機(jī)常規(guī)應(yīng)用水頭范圍3~25m,模型最高效率93.5%~94%,無論是模型最高效率、加權(quán)平均效率還是額定點(diǎn)效率均與國(guó)外相當(dāng)。2.2.3.2.空化性能無論是軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)還是貫流式水輪機(jī),東方電機(jī)轉(zhuǎn)輪空化系數(shù)與國(guó)外轉(zhuǎn)輪相差甚微。2.2.3.3.水流穩(wěn)定性壓力脈動(dòng)水平與國(guó)外相當(dāng),但對(duì)雙調(diào)節(jié)的軸流轉(zhuǎn)槳式和貫流式水輪機(jī)而言,壓力脈動(dòng)不是水輪機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的制約因素。3水泵水泵的水力開發(fā)根據(jù)我國(guó)抽水蓄能電站發(fā)展的需要,由國(guó)家有關(guān)部門組織和實(shí)施的抽水蓄能項(xiàng)目“打捆”招標(biāo),在抽水蓄能設(shè)備引進(jìn)的同時(shí),保證了關(guān)鍵技術(shù)引進(jìn)的順利進(jìn)行,通過人員培訓(xùn)和消化吸收,掌握了抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)的水力開發(fā)手段,并在軟硬件配置方面建立了與國(guó)外相同的技術(shù)平臺(tái),預(yù)計(jì)2008年前后東方電機(jī)將具備獨(dú)立開發(fā)滿足市場(chǎng)要求的水泵水輪機(jī)產(chǎn)品的能力。打捆招標(biāo)技術(shù)引進(jìn)工作已結(jié)束,軟硬件配置也已經(jīng)完成,有關(guān)人員已較熟練地掌握了水泵水輪機(jī)的水力開發(fā)手段,獨(dú)立開發(fā)水泵水輪機(jī)的基本條件已經(jīng)具備,對(duì)打捆招標(biāo)水泵水輪機(jī)的模型復(fù)試也已完成。以響水澗、仙游兩抽水蓄能電站為依托開展的200m和400m水頭段水泵水輪機(jī)的水力設(shè)計(jì)也接近完成,可望2008年即可開發(fā)出滿足電站要求的水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪,形成獨(dú)立開發(fā)大中型水泵水輪機(jī)水力設(shè)計(jì)的能力。4中國(guó)水電機(jī)組展望東方電機(jī)的水力開發(fā)能有今天這樣的技術(shù)進(jìn)步,是國(guó)家、業(yè)主和有關(guān)方面大力支持的結(jié)果。目前,東方電機(jī)已基本掌握水輪機(jī)水力開發(fā)的核心技術(shù),東方電機(jī)的水輪機(jī)水力開發(fā)技術(shù)已形成一個(gè)完整的體系,并具有自己的特色。許多開發(fā)手段日趨完善,功能不斷擴(kuò)充,水力開發(fā)質(zhì)量和成果的技術(shù)品質(zhì)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,可以滿足國(guó)內(nèi)大中型水電機(jī)組的技術(shù)要求。由于開發(fā)周期的縮短和開發(fā)質(zhì)量的提高,對(duì)市場(chǎng)也具有很強(qiáng)的快速反應(yīng)能力,完全可以應(yīng)對(duì)中國(guó)快速發(fā)展的水電市場(chǎng)。與此同時(shí),我們也清楚地認(rèn)識(shí)到,流體動(dòng)力分