田坝水电站水轮机选型及结构设计

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1、722012年5月中国制造业信息化第41卷第9期田坝水电站水轮机选型及结构设计林其文(江苏航天水力设备有限公司，江苏高邮225600)摘要：根据田坝水电站的水头参数、泥沙含量及运行情况，在水轮机选型时充分考虑能量特性、汽蚀特性及稳定性等方面的因素，选用2种转轮直径(两大一小)的水轮发电机组。在水轮机结构设计时，考虑到机组均属于中高水头小型水轮机，对水轮机的强度、刚度和狭小空间及抗磨蚀方面有着特殊的要求，因而在结构、材质及制造方面相应地采取了一些措施。关键词：中高水头；水轮机；选型；结构设计中图分类号：TH122文献标识码：B文章编号：1672—1616(2012)09—00

2、72—04田坝水电站属于中高水头小型电站，电站的泥调节灵活，安全可靠；尽可能选择较小尺寸的水轮沙含量也较多，在选择水轮机参数时不能简单地追机。求经济效益，应当综合考虑各种因素，才能保证电水轮机的效率是评价水轮机能量特性的重要站的正常运行。指标，直接影响水电站的经济效益。因此转轮应选电站所装3台水轮机皆属于小型机组，转轮直用效率高、高效区宽的模型。对于中高水头电站机径为1．2m(大机)和1．0re(d,机)，出力为8．33MW组来说，稳定性非常重要，为此转轮压力脉动应相(大机)和5．20MW(小机)，出力较大，机器内部空对值较低，过大的压力脉动可能引起机组的振动，间小，布置困

3、难，本文在如何兼顾水轮机强度、刚度危害机组的稳定运行。与狭小空间以及水轮机抗磨蚀方面，在结构、材质额定转速的选择不仅要保证水轮机获得较高及制造工艺上采取了一些措施。的加权平均效率，而且也要防止在高水头工况下，其单位转速偏离最优单位转速过多，以避免导水机1电站概况构出来的水流对转轮进口的冲角过大，引起水力脱田坝水电站位于陕西省镇巴县楮河上，电站总流，甚至产生附加压力脉动，从而影响水轮机的稳定运行。装机容量21MW，保证出力3．93MW，多年平均发电量6500万kw-h，开发方式为引水式，厂内装有转轮直径的选择：主要受汛期来水的影响，保证不弃水或者少弃水；在额定水头工况时有超发

4、的3台混流式水轮发电机组，单机容量为2×8．0+5．0MW。电站最大水头145．3m，额定水头123．0m，能力；为了提高水轮机过流部件抗磨蚀性能，考虑加权平均水头138．5m，多年平均流量11．65m3／s，多到泥沙对水轮机的磨损与水轮机流道的流速和流年平均含沙量1．942kg／m3。电站装2台大机和1台态有关，所以适当减低水轮机的比转速7"／，以降低小机，为了在汛期不弃水或者少弃水，要求大机能够水轮机过流表面的水流速度，特别是水轮机转轮出超发10％，同时为保证电站在枯水期不停机，要求口流速不能超过38m／s。小机在保证流量下能够正常发电。综合上述因素，确定本电站的水轮机

5、为2台HLJH45一LJ一120(大机)和1台HLJH45一LJ一2选型设计100(小机)。2．1选型措施HIjH45一LJ一120水轮机基本参数如下：额定选型的目的主要是：具有优良的能量指标，所流量为7．31m3，额定转速为600r／min，额定效率为选择的水轮机应能经常运转于高效率区；具有良好94．5％，最高效率为95．1％，额定出力为8．33MW，的空蚀性能及工作稳定性，机组的压力脉动要小，飞逸转速1080r／rnin，吸出高度为一2．50m。收稿日期：2012—02—21作者简介：林其文(1968一)，男，江苏高邮人，江苏航天水力设备有限公司工程师，主要从事水轮机设

6、计工作。·应用研究·林其文田坝水电站水轮机选型及结构设计73HtJH45一LJ一100水轮机基本参数如下：额定流38m／s较好，据水利部天津院对Q235A、0Crl3Ni6Mo量为4．569m3／s，额定转速为750r／min，额定效率为等材料的试验成果，参照已运行电站的磨蚀现状，认94．5％，最高效率为95．1％，额定出力为5．20MW，飞为当含沙量≤5／m3时，U2<40m／s，较为合适，而逸转速1350r／min，吸出高度为一0．50m。W2通常取值≤32m／s。经计算本站大机的U2=电站最高水头为145．3m，额定净水头为21．93m／s，W2=23．30mA，小机

7、U2=22．85m／s，123m，机组旋转方向都为俯视顺时针。W，=23．93m／s。由此可见，本站的水轮机参数选2．2比转速的比较择较为合理，可以减小泥沙磨损量，使机组能在安全比转速，z能直接反映水轮机制造水平、能量稳定的范围内长期运行。特l生、汽蚀性能。不同水头段的水轮机转轮的比转速不同。目前世界上通常采用比转速系数K值3结构设计来表达水轮机的技术水平，而相应的比转速竹值HLJH45一LJ一100水轮机与HLJH45一LJ一则代表水轮机在该水头段或额定水头段的技术经120水轮机相比，转轮直径小，空间更小，结构更