大变幅-高水头-大容量贯流式水轮机稳定性研究

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1、大变幅高水头大容量贯流式水轮机稳定性研究　　摘要：本文通过对两型灯泡贯流式机组选型，分析大变幅、高水头、大容量贯流式水轮机组在参数选择、应用水头、水力和结构方面对稳定性的影响。关键词：大变幅高水头大容量水轮机贯流式稳定性中图分类号：TV136+.1文献标识码：A一、概述大型河流的贯流式水电站一般规模巨大，单机容量大。为了追求更高的经济效益和发电量，贯流式水电站水头越来越高，水头变幅也越来越大。因此，水轮机运行稳定性、转轮水力设计和制造、发电机参数和结构等的设计和制造难度都较大，都必需进行大量的研究工作，特别是大变幅、高水头、大容量贯流式水轮机的稳定性问题更需重点研究

2、。二、稳定性说明影响大型贯流式水轮机组稳定性的因素有参数选择、应用水头、水力方面、结构方面及运行方式等多个方面1、参数选择7灯泡贯流式水轮机转轮直径的选择不同于常规机组，机组实际运行时，随着水头的变化，叶片的来流冲角不断变化，因此，对于每一个转轮，都只有狭窄的一条区域是水流冲角比较理想的运行区域。由于机组在额定水头以上运行的时间较长，因此，在转速的选择上应使其运行在高效率区，从而获得更多的电能。转轮直径过大，将导致单位转速较高，偏离最优工况单位转速太远，妨碍水轮机在低水头下的运行；转轮直径太小，使用了较大的单位流量和较大的空化系数，又会导致在高水头大出力时空蚀状况恶化。

3、综合以上因素，以及机组出力、效率等性能指标，应使水轮机的运行范围位于综合特性曲线的理想区域，为保证机组长期稳定运行奠定了良好的基础。根据模拟电站的参数匹配情况，同时兼顾发电机方案的可行性等因素，选择了以下二个方案进行专题研究，具体参数如下表。项目单位方案一方案二水轮机型号GZA818a-WP-660GZA818-WP-650转轮公称直径D1m66006500水轮机额定功率MW58.558.5最大水头m28.028.0加权平均水头m22.7822.78额定水头m18.018.0最小水头m0.00.0额定转速r/min100.0107.17飞逸转速(协联)r/min2562

4、60飞逸转速(非协联)r/min335340额定流量m3/s~354.8~357.9额定点单位转速r/min155.56164.08额定点单位流量m3/s1.9191.996按空化要求计算的允许吸出高度m-11.3-12.3正向水推力t930900反向水推力t930900桨叶数枚552、应用水头灯泡贯流式水电站的水头变幅远远高于常规机组，电站的Hmax/Hmin一般比值为3，有的甚至高达6。即使是额定水头相同，不同电站的最高水头和最小水头的离散性也不同。针对模拟电站的额定水头为18m时，目前国内外最高水头用到24m，最小水头低值9m，选择发电运行时最小使用水头9m左右。

5、这样可以避免使用水头过低，偏离最优工况单位转速过高的不利影响，有利于机组的安全稳定运行。3、水力方面3.1进口脱流7贯流转桨式水轮机是一种活动导叶和转轮叶片双调节式水轮机，转轮运行于协联工况，叶片进口冲角小，因此引起的脱流的危害也很小。定桨式水轮机或混流式水轮机的通性是最大的危险运行工况多发生于（40～60）％的水轮机额定负荷区域，所以，通过正确的水轮机选型及合理选择运行区，控制最高水头对应的单位转速不低于最优单位转速太远，以免在高水头进入背面空化脱流严重区域，避免进口脱流的影响。3.2出口涡带贯流式水轮机定桨工况下的叶片出口涡带的变化是：在等单位转速下，在效率最大值所

6、在开口左侧，当导叶开口从小到大变化时，涡带从无到有，从小到大，再逐步减弱到无，这个区域的涡带为正环量涡带，当开度再往大变化时，涡带又以新的形式重新生成。各单位转速下的无涡带的各点构成了无涡线在叶片的中、小转角时，叶片的角度线基本重合于无涡线，这时，出口水流基本为法向出口，不产生压力脉动或产生压力脉动很小；大转角时叶片的角度线位于无涡线的右侧，但是偏离角度线的距离较近，因此，即使有涡带，也是很小的稳定型涡带，大开度下的稳定型小涡带不会产生危害运行的压力脉动。在协联工况运行时，贯流转桨式水轮机一般不会产生尾水管涡带，所以也不会发生涡带压力脉动引起的运行不稳定。3.3压力脉动

7、7贯流式流道选择直轴式引水室以及直锥式尾水管，流道平直，水流平顺，其尾水管的流动特性和立轴机相比得到了很大的改善，水力损失较小。因此，尾水管流动性能的改善对于提高水轮机的稳定性无疑是很有利的。另外，贯流式水轮机一般是安装在平原河流上的超低水头电站，即使有脉动，其绝对值也很小，所以根本不会对水轮机的稳定运行产生影响。3.4空蚀影响模型水轮机尺寸小，空蚀影响可忽略不计，但是真机转轮直径很大，空化系数的差别也随之增大，由于卧式机组仅当其叶片旋转至顶部位置时，才有可能发生空蚀，而在其它部位空蚀可能性较小。选择不同的计算点，吸出高度HS会有较大的差