论文：轴流转浆式水.2014.02.24.

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1、轴流转浆式水轮机产生抬机的原因及防止方法四川省机械设备进出口有限责任公司闵建秋轴流转浆式水轮机，因其结构特点，在反水锤及泵升力等作用下容易产生抬机。我们在叙利亚承建的迪什林水电站所用轴流转浆式水轮机组自1999年11月投运以来，十年间发生了24次抬机。抬机发生时，机组转动部分上抬了25-30毫米，造成水轮机工作密封跳出、接头撕裂、集电环碳刷和刷架损坏……特别是伴随着抬机产生的反水锤给轮叶造成了很大的损伤，给电站运行带来了诸多麻烦。一，机组的基本情况迪什林水电站位于叙利亚境内幼发拉底河上，共6台机组，单机容量是105MW，总装机容量630MW

2、，额定转速90.9转/分，选用ZZ440a-LH-750型轴流转浆式水轮机，SF105-66/12800型发电机。电站为一调峰电站，为平衡电网无功，机组还要承担调相运行任务。前述10年间发生的24次抬机中，有详细记录的为19次。其中，水中调相（转轮图1水轮机轮叶的受力（p为水流与轮叶的作用力,R为合力,v、w、u为水的速度,）(a)为水轮机工况，(b)为水泵工况室中的水未排出，而机组进入了调相运行工况）610次；在停机过程中，机组发生故障，保护装置动作，快速停机(二段关闭阀未投入)6次；在运行过程中，机组发生故障，保护装置动作，快速停机(二

3、段关闭阀未投入)7次。一，机组的五种典型运转工况1，机组的正常发电运转工况：发电机与电网连接，水轮机的导叶开启时的正常发电运转工况。这时，由于上游水位比下游水位高得多，毛水头（上、下游水位差）压在轮叶上。作用在轮叶上的各力的合力方向向下。轮叶片受力如图1(a)所示。2,机组正常停机工况：机组从正常发电转为导叶逐步关闭，至一定程度后，发电机与电网解列的停机过程。按原设计，导叶和轮叶先按预先设定的协联关系(如图2)关闭，导叶的开度从100％关至20％后，导叶和轮叶解除协联关系。然后，导叶继续关闭至开度为0，轮叶则关闭至–13o,待停机过程完成后

4、，轮叶开启至启动角，为下次启动做好准备。3，机组的空载运转工况：机组从正常发电转为导叶逐步关闭，当开度达全开的11—13％时，维持此开度，同时，发电机与机组解列的运转工况。此时，10由于导叶的开度很小，水能所产生的动力很小，仅用于克服机组转动时的摩擦阻力，维持机组空载运转。4,机组的事故停机工况：在机组遇到紧急情况的时候，发电机立即与电网解列，同时，水轮机的导叶迅速并完全关闭的非正常停机工况。5,机组的调相运转工况：发电机与电网连接，水轮机的导叶完全关闭，同时，用压缩空气将转轮室的水压至尾水时的运转工况。此时，发电机失去了原动力，定子从电网

5、吸收有功，产生电磁力矩，使转子转动，发电机向电网送出无功。如前所述，当机组处于图1（a）所示的水轮机运转状态时，轮叶上的合力方向向下，不可能产生抬机；而当机组处于图1（b）所示的水泵运转状态时，轮叶上的合力方向向上，此时才有可能产生抬机。因此，研究抬机，着眼点就应放在导叶完全关闭以后至停机的这一段短暂时间内，即水轮机转变为水泵以后的受力情况和运转状况的变化。三，轴流转浆水轮的抬机机理1,转轮窒出现真空是抬机的根本原因从图3可以看出，水轮机轮叶以上abcd空间透过导叶与上游水体连系在一起，轮叶以下的空间透过尾水门与下游水体连系在一起。这时，这

6、些空间充满了水体，机组处于水轮机状态，不可能抬机。由于水不可压缩，导叶完全关闭后，水体abcd像一个“液体垫”隔在顶盖和轮叶之间，轮叶及转动部分要上移也是不可能的。只有当水体abcd被排出一部分，且上游水体不能进来补充，空间abcd出现真空时，轮叶及转动部分才可能上移，形成抬机。当机组从正常运转变为导叶迅速并完全关闭，如上述的第4种运行工况时,10由于导叶的关闭速度很快，当其完全关闭后，把上游水体与转轮室隔断。这时，一方面，转轮室内的水体会因惯性而继续流动，转轮室的水体会脱离导叶，在转轮室上部形图3机组水流示意图：1转轮室2主抽3导叶4轮叶

7、5下游水位6顶盖7上游水位8尾水门abcd空间转轮室成真空，在轮叶上下端形成压差；另一方面，由于导叶己完全关闭，发电机己与电网解列，水轮机会失去动力，在惯性作用下，变成一个惯性水泵将转轮室的水排出，并产生泵升力；转轮停止转动后，在压差作用下，水体会迅速返回，形成反水锤。泵升力按下列公式计算：Pp=KpR4ω2Pp---泵升力（吨）Kp---系数，前苏联模型试验结果为Kp≤0.05R---转轮半径（米），对于本案，R=7.5/2米ω---导叶开度关至0时机组的转速（弧度/秒）。对于本案，若属第4种工况，由于发电机与电网迅速解列，发电机失去了负

8、荷，转速会升高，导叶迅速关闭过程中，略有回落。粗略计算，若仍以原转速计，则ω=90，9转/分=9.5（弧度/秒）。这样，Pp=0.05*（7.5/2）4*9.52=892.4（吨