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抽水蓄能电站水泵水轮机吸出高度选择.pdf

抽水蓄能电站水泵水轮机吸出高度选择.pdf

上传者: 手机用户_UC 2012-02-12 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《抽水蓄能电站水泵水轮机吸出高度选择pdf》,可适用于工程科技领域,主题内容包含第卷第期年月水电站机电技术抽水蓄能电站水泵水轮机吸出高度选择周跃武中南勘测设计研究院,湖南长沙摘要水泵水轮机吸出高度的合理选择,对节约工程投资、保证符等。

第卷第期年月水电站机电技术抽水蓄能电站水泵水轮机吸出高度选择周跃武中南勘测设计研究院,湖南长沙摘要水泵水轮机吸出高度的合理选择,对节约工程投资、保证机组安全、稳定运行等具有重要意义。文章主要从水泵水轮机的空蚀限制条件、影响水泵水轮机空化性能的主要因素等方面入手,结合漂阳抽水蓄能电站实例,对抽水蓄能电站水泵水轮机吸出高度选择进行简单分析。关键词水泵水轮机空化性能吸出高度中图分类号文献标识码文章编号一一一概述我国大型抽水蓄能电站建设大致可分为三个阶段,第一阶段以世纪年代末开始兴建的广蓄一期、十三陵、天荒坪到近期正在建设的西龙池、张河湾电站为代表,其机组及配套设备均通过国际公开招标,由国外制造商负责设计、制造、供货、督导安装和调试第二阶段为消化过渡时期,年开始,由广东惠州、河南宝泉和湖北白莲河三座大型抽水蓄能电站共台套机组,组成的国际打捆招标,国内厂家逐步引进抽水蓄能电站机组设备设计和制造技术。并通过蒲石河、黑糜峰、深圳、呼和浩特等座蓄能电站机组设备作为国产化后续工作的依托项目,哈电和东电将逐步掌握、吸收蓄能机组技术,为国内厂家将来立足于独立设计和制造大型抽水蓄能机组创造了条件第三个阶段,将以哈电和东电和国内有条件的合资厂为主,实现蓄能电站机组设备的完全国产化。由于我国抽水蓄能电站的建设起步较晚,国内制造厂对可逆式机组的研发及设计、制造技术尚未成熟,对机组吸出高度的选择也处于不断的摸索之中。对于国外有能力生产可逆式机组的制造厂来说,各厂之间技术的特点也不尽相同,根据其水力设计、结构设计等方面的差别,水泵水轮机空化性能也有所差别。我们知道,水泵水轮机参数的合理选择,对节约工程投资、提高电站效益以及将来安全、稳定运行均具有重要意义。吸出高度的选择,将直接影响到整个地下厂房枢纽建筑物的布置。抽水蓄能电站建设的前期工作,往往是在没有确定机组厂家的情况下,地下厂房枢纽的布置要基本确定,地质勘探要达到相应的深度。因此,在前期设计阶段尤其是可行性研究阶段,机组吸出高度的选择显得尤为重要。对于每个电站的地理条件、技术参数的不同,机组吸出高度也差别较大。因此,机组吸出高度的选择,要权衡各方面因素综合考虑,既要保证机组将来能安全稳定运行,留有一定的空蚀余量,又不致使厂房开挖过深,增加土建工程量和进厂交通洞、施工支洞的施工布置难度。吸出高度的选择既要考虑到当前水泵水轮机发展的趋势,又要结合目前水泵水轮机的现实水平既要考虑到电站投资和经济效益,又要考虑到机组运行的安全稳定。水泵水轮机的空蚀限制条件水力机械首先发生空蚀的部位一是沿叶型表面上的低压区,一是叶片头部与水流发生撞击后的脱流区。水泵水轮机水泵工况时,进口撞击和低压区都发生在叶片进口处,因此水流的动压降较大,空化性能较差而水轮机工况水流撞击多发生在叶片进口边,叶片低压区发生在出口附近,两者不重迭,因此水流动压降比较缓和,空化性能较好。另外,从水力机械空化系数的定义上亦可分析在两种工况空化性能上的差别。水泵工况空化系数定义为‘一万诸一抢“一几云而收稿日期一一作者简介周跃武一,男,高级工程师,从事抽水蓄能电站技术和管理工作。第期周跃武抽水蓄能电站水泵水轮机吸出高度选择式中空蚀裕量,或叫空蚀净正吸上水头,国外通称久,水流绕流叶片的动压降系数,或称叶栅空蚀系数几水流进人叶片以前的综合压降系数。水轮机工况空化系数可定义为雏,式中认叶栅空蚀系数卒尾水管恢复系数根据一般研究和试验成果,离心水泵的又,值一般为。。从值一般为一混流式水轮机的又值在一之间,,值一般为一。因此从以上两式可以看出,如果水泵的进口相对流速,和绝对流速珑相等,则水泵的空化系数将比水轮机的高出很多,尤其对于高比转速水泵水轮机。因此,水泵工况空化过程是水泵水轮机空化与空蚀特性的关键,是影响转轮叶片设计和机组选型的重要因素,通常将水泵工况的空化特性作为其限制条件。影响水泵水轮机空化性能的主要因素比转速对水泵水轮机空化性能的影响比转速是现代水力机械专业中使用很广泛的水力参数,它代表了水力机组的综合特性。虽然水泵工况和水轮机工况所使用的比转速表达方式有所不同,但无论哪种工况,一般来说其运行水头越高,其比转速则越小。对于相同运行水头的水泵水轮机来说,其比转速越高,则其同步转速也越高对于相同尺寸的水泵水轮机来说,其比转速越高,则其转速越高,或其流量越大,或者是两者兼有总的来说水泵水轮机比转速越高,其转速也越高。从能量角度分析,水泵水轮机在水流能量与机械能之间相互转化的过程中,以采用较高的比转速为好。但是,对于相同运行水头和功率的水泵水轮机来说,随着比转速的增加,水泵水轮机尺寸随之减小,其转速则随之增加。水力机械空蚀破坏的程度一般认为与其流速的次方成正比,也就是说随着比转速的增加,其空化系数也随之增加。在已运行的机组上曾有大量的实际观测资料可供分析比转速与空蚀破坏间的关系。曾有实例可提供数量上的概念安装在南斯拉夫的巴斯塔可逆式水泵水轮机,,基本上是安装在日本的大平水泵水轮机的复制品,,。两种机组是水力相似的,但是前者的转速比后者高,大平机组在运行了数千小时后空蚀不严重,但是巴斯塔机组在运行同样时间后空蚀相当厉害,如按的次方计算,后者的空蚀损伤应约为前者的倍,实际观测大致证实了这种损伤的相对程度。因此,对于较高运行水头的蓄能电站来说,采用较高比转速的水泵水轮机,既要保证机组的机械强度条件,又需要更大的淹没深度以换取良好的空化性能。水头及其变幅对水泵水轮机空化性能的影响对于不同比转速的水泵水轮机来说,总的倾向是运行水头较高的水泵水轮机受到的空蚀强度较大。对于水头较高的水泵水轮机,因为空蚀的浸蚀趋势很强烈,现在公认空蚀破坏程度与水头的,次方成比例,并要求机组在运行中完全不发生空化。对于同一水泵水轮机来说,其偏离最优工况越远,其受到的空蚀强度越大。在高扬程、小流量工况,大多数流线处为较大的正冲角,在叶片吸力面的负压区易产生空蚀在低扬程、大流量工况,叶片压力面负冲角较大,易出现脱流现象,进而导致叶片压力面的空蚀。一般对于水头变化幅度较大的电站,空化系数也相应较大,以较低的安装高程才能满足在低扬程及高扬程工况运行时完全不发生空化。因此,水头变幅较大,其吸出高度值也相应加大才能满足条件。其它因素水泵工况时叶片进口边的形状对空化的发生也有很大影响,叶片形状上微小的差别可以造成空化特性很大的变化。但随着计算机技术的高速发展,以及技术在水泵水轮机设计方面的成熟应用,设备制造工艺、加工手段的不断进步,这些因素的影响完全可以减小到最小程度。另外,材料对水泵水轮机空化性能也有一定影响,抗空蚀材料应具有韧性强、硬度高、抗拉力强、疲劳极限高、应变硬化好、晶格细、好的可焊性等综合性能。一般来说,采用以镍路合金为基础的不锈钢材料,具有较好的抗空蚀性能。漂阳电站水泵水轮机吸出高度选择按统计经验公式分析有些研究者根据统计资料对水泵工况空化系数谜一眼水电站机电技术第卷提出一种经验计算公式,将空化系数表示为比转速的函数叮。一,‘美国垦务局的斯蒂尔策建议对临界空化系数用一,初生空化系数用一奥地利克莱恩建议对电站空化系数取一。另外,国外制造厂通过统计在运行中的各种蓄能机组,也总结出了比速系数值与电站吸出高度的经验公式。根据各种统计经验公式计算得出其相应的空化系数和吸出高度值,见表。表用统计公式计算空蚀系数和吸出高度汇总表。,,,,,公式来源统计公式口口北京院口一。冈一一东芝公司美美斯捷潘诺夫苏克莱恩奥地利,一州一一口临界,初生一一一一一。‘刀,网一一外叩‘一一注,二一。。、设备制造厂统计分析本阶段,我们与国外几大可逆式机组制造厂进行了广泛的技术咨询与交流,就机组吸出高度问题,各家均提出了初步建议值,各制造厂商提供的初步方案处于一一一之间。,〕之台巴良八月如好切冲知相“阵犷卜位八比。洲幽幽,”『‘,“于沙」二,,,,厂厂喻喻喻喻喻喻喻喻喻喻喻喻喻喻喻喻喻喻彩彩井州州口口口‘。盯丫,一目臼匕七丫丫丫”,阅、‘吧,“旧,,,,了了劣劣劣晰即口节日甲匕吃‘〕忠忠忠忠忠忠忠忠忠忠忠忠忠忠忠忠忠忠忠忠忠忠忠瓢。卜卜洲洲“,,’‘‘。一一一一一口口口口口︵又登‘己互︸一芝归︶耳﹀︸︹﹃止,︸内,二妞老,,心‘,二爪行伴酬一、了户日洲弓几了日介旧图电站空化系数与水泵比转速统计关系公司提供另外旧立公司根据多年的水泵水轮机设计制造经验,将已建成的主要电站实际淹没深度对应的空化系数及相应水泵比转速作了统计分析,提出最小空化系数的限制范围,并推荐漂阳电站可选两种不同转速方案合适的空化系数,见图。图中横坐标为水泵最小扬程下水泵比转速最大比转速,纵坐标为水泵最大扬程下空化系数最小空化系数。类似电站分析基于比转速与空化系数的统计关系,根据统计公式可以看出,最大吸出高度计算值一般发生在最大扬程或最小扬程工况,以最小扬程工况较多。因此以最小扬程进行统计比较,具有一定的代表意义和参考价值。下面列出了国内外已建及在建电站与漂阳电站相近水头段的扬程范围、最小扬程比转速、吸出高度用统计公式计算及电站实际取值,结果见表。从表可以看出,国内外近期已建及在建电站空化系数值,处在一之间,早期建成的吉原、腊孔山电站按统计公式计算偏差较大,电站实际值分别为和。综合分析统计公式计算、类似电站吸出高度取值以及部分厂家提供的初步方案,为使机组有足够的淹没深度,保证机组安全稳定运行,制造厂商提供的初步方案则处于一一一之间,电站值取左右比较合适,相应最小扬程下空化系数为,吸出高度值为一。第期周跃武抽水蓄能电站水泵水轮机吸出高度选择表类似电站空化系数及吸出高度统计公式计算值电站实际取值电站名运行年扬程范围最低扬程比转速口口。口。吉原日本一一,八腊孔美一一明湖台湾一一金谷德国一一桐柏在建,,一一张河湾在建一一白莲河在建一一黑康峰在建一一漂阳注统计公式。一一“,,按初生空化系数二计算一一一。,认。结论及建议对水泵水轮机而言,水泵工况的空化性能比水轮机工况差,在高扬程、小流量区域,叶片的背面负压区容易出现气泡产生空化在低扬程、大流量区域,叶片的正面正压区容易出现气泡产生空化。水泵工况的空化系数一般比较大,且水泵工况比转速增高使转轮空化性能下降。特别是高水头水泵水轮机其空化的侵蚀趋势发展很快,应确保水泵水轮机在整个运行范围包括频率变化不发生空化,在设计中须留有足够的淹没深度。一般电站的吸出高度是由最高扬程下的电站空化系数确定。但对下库水位变幅很小的电站,对吸出高度的选择不利,电站的吸出高度可能由最小扬程下的电站空化特性确定,这应引起设计的重视。国内外一些科研机构和制造厂根据已建电站设计和运行数据做了统计,并做了回归统计公式,可应用到电站吸出高度选择计算上,计算结果应留有一定裕度。同时应利用国内已完成模型试验的相似水头段水泵水轮机模型空化系数,进行新建蓄能电站水泵水轮机最高扬程和最小扬程下的埋深复核计算。若抽水蓄能电站厂房为地下厂房,考虑吸出高度增加其经济性不敏感,裕度可相对留大一些。对于水头扬程变幅范围较大的电站,水泵水轮机在低扬程大流量工况或高扬程小流量工况运行时,往往偏离最优运行工况较多,应留有足够的空蚀余量。水泵水轮机在上下库之间工作,机组运行时其上下库水位处于不断的变化之中,因此在不同运行工况下,吸出高度与工作水头间的关系也是变化的。对于不同地理条件的抽水蓄能电站来说,水泵水轮机吸出高度的选择应有一定的区别,与其下水库库盆大小和消落深度有一定关系。正常运行时,在水泵最大扬程时,下库水位往往处于最低水位死水位在水泵最小扬程时,下库水位往往处于最高水位正常蓄水位。对于下水库库盆较大、消落深度较小的电站,在最大扬程相应下库为死水位工况满足机组淹没深度要求的同时,应充分考虑最小扬程相应下库为正常蓄水位工况机组淹没深度的要求对于下水库库盆较小、消落深度较大的电站,在最小扬程相应下库为正常蓄水位工况满足机组淹没深度要求的同时,应充分考虑最大扬程相应下库为死水位工况机组淹没深度的要求。参考文献〔〕陆佑循,潘家铮抽水蓄能电站〔〕水利电力出版社,〔〕梅祖彦抽水蓄能发电技术〔〕机械工业出版社,〔〕刘大恺水轮机〔〕第三版中国水利水电出版社,邑,,,一,,,一一,,一,一,,,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