红旗电站转轮导水机构改造可行性

1潼南高肯红旗电站转轮、导水机构改造可行性红旗电站位于潼南县小渡镇黄坪村，距县城34.2公里，引琼江泾流河水发电，装机容量3*500kW（水轮机HL123-WJ-84，发电机SFW500-16/1180系重庆水轮机厂制造），1967年#3机投入运行，1971年#2、#3机投产发电。为适应电力自动调度的变化，2003年对该电站实行了综合微机自动化改造，近年来，分别将电站机械调速器改造改造为步进式可编程控制，将旋转励磁机改为静止可控硅励磁，这样发电机等已具备超负荷运行的潜力。为此，更充分发挥地设备的潜在能力，进一步提高电站的经济效益的设备改造可行性摆在了我们的面前。为了满足寻找既能保证稳定超负荷运行，又能最大限度地减轻过流表面气蚀磨损的水轮机，我们与不同的水轮发电机制造厂家和同类型的电站进行了多次衔接，了解不同水轮机转轮和导水机构的各种性能，在各电站的使用情况，制定出以下改造可行性方案。一、改造的必要性该站三台机组投入运行四十多年，水轮机转轮和导水机构锈蚀和磨损严重，机组现最高出力为460KW，已达不到额定负荷500KW，特别是已对发电机定转子线圈进行增容改造，在同等水头的情况下，增加水轮机的出力是增加机组发电量的必然。而采用原型号加工只是恢复额定负荷，随着技术水平的提高，新型的转轮和导水机构能满足机2组水轮机负荷的增长，更好地利用水源多发电，从而增加公司的经济效益。二、水轮机转轮改造方案：（一）转轮的选型该电站三台机组原用水轮机转轮为前苏联po123(在我国混流式水轮机型谱中为HL240)，最大适用水头为45m，导叶相对高度为0.365D1，是我国80年代前45米水头段被广泛使用的较好的转轮。目前适用45米水头段的转轮虽多，如：HL820，HLA904A、HLA551C、HLJP3160、HLJP3167等，但导叶相对高度为0.365D1的不多，我们目前收集到的有HL240（前苏联）、HLA904a（哈尔滨大电机研究所）、HL303C（东方电机厂）、HLX240b(西安理工大)、HL240C、HLD260A（东方电机厂）、HLA745(哈尔滨大电机研究所)、和HL240K等，其中HL240(即HL123)在贵州水电站现有工况下，且发电机功率因数不变，其最大出力只能达到537KW，不能满足贵公司技改要求550KW的目的；HLA904A由于导叶高度比HL240短51.2mm，要改造前后盖板，且单位转数偏低，效率不高,设计点又在出力限制线上(无超发能力)，因此不适合本改造项目；HL303C虽效率较高，但同样要.改造前后盖板，也不合适；其他转论不是单位转数偏高，就是设计点偏左，都不理想，唯HLD260A较为合适，其导叶高度和HL240（HL123）相同，设计点也比较合适，故我们推荐HLD260A作为该电站机组的转轮。各种转轮较详细比较见表13表1.红旗电站转轮改造方案比较额定水头：H=18.2m转轮直径：D1=0.84m额定转数：n=375r/min单位转数：n1=73.8r/min导叶高度：b0=306.6mm吸出高度：Hs=+2.5m效率修正：△η=－2%功率因数：cosφ=0.8发电机效率：ηG=0.916序号转轮型号NG=500NG=550备注QQ1ηTHSB0QQ1ηTHS1HL2403.4351.140.89306.63.7331.240.88+5导叶高度相同，只能达537kW2HLA904a3.4121.130.896255.44.01.330.84要改造前后盖板，单位转数偏低，效率不高,且设计点在出力限制线上.3HL303C3.41.130.899296.73.741.240.901+4.6要改造前后盖板，效率较HL240高、平均效率高4HLX240b3.4121.130.896306.63.7161.230.905+5.4导叶高度相同,效率较HL240高,、单位转数偏高、设计点偏左5HL240C3.531.170.866306.63.8231.270.88+2.62导叶高度相同、设计点偏左6HLD260a3.421.140.894306.63.741.240.901+4.6导叶高度相同、效率较HL240高、平均效率高7HLA7453.4821.160.878306.63.7751.2540.89+3.3导叶高度相同、设计点偏左,,单位转数偏低8HL240K3.4661.150882306.63.741.240.9+6导叶高度相同、设计点偏左说明:表中外文字母含义NG---发电机出力kWQ---流量m3/sQ1----单位流量m3/sηT----水轮机效率%HS---吸出高度mHL---混流4（二）新转轮水轮机的基本参数和保证值转轮型号:HLD260A转轮直径:84cm额定水头:18.2m最大水头:18.8m最小水头:13.5m额定转数:375r/min额定流量:3.74m3/s飞逸转数:775r/min额定出力:601.6kW吸出高度:+2.5m额定效率:90.1%最高效率：90.5%保证稳定运行的最小流量:2.318m3/s在额定水头、最小流量时的出力318kW在最大水头、原设计流量3.83m3/s时的出力634kW（三）模型参数：型号：D260A模型转轮直径：D1=350mm适应水头:≤45m比转数:257导叶相对高度：0.365D1导叶分布圆直径：1.18D1导叶数：24转轮叶片数：13最优单位转数:72.5r/min最大单位飞逸转数:143.5r/min最优单位流量：1.195m3/s限制工况气蚀系数：2.4最高效率：92.5%限制工况流量:1.454m3/s限制工况效率:88.4%导叶型线:正曲率（四）改造内容：制作HLD260A新转轮3个1.按HLD260A模型资料，根据原HL240转轮的外形尺寸，设计新5转轮。2.材料选择方案1：上冠采用ZG270-500铸钢，叶片、下环采用ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢方案2：上冠、叶片、下环均采用ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢3.结构和加工程序：上冠、叶片、下环分别铸造、退火、粗加工、打磨、组焊成型、探伤、退火，精车(与主轴配研锥度孔)、精打磨、探伤、抛光、校平衡，检查入库。注：在制造转轮，最好拆除机组水机轴，运至厂家，便于配套加工，满足转轮和水机轴的最佳配合。（五）检查验收标准：1.设计图纸2.GB/T15468-1995水轮机基本技术条件3.GB/T10969-1996水轮机通流技术条件4.JB/DQ1428-88中、小型水轮机产品质量分等5.GB11352-89一般工程用铸造碳钢6.GB7233-87铸钢件超声探伤及质量评级标准7.GB/T15469反击式水轮机空蚀评定。三、导水机构改造方案：（一）改造内容：1.根据HLD260A转轮的需要，按原导水机构的有关尺寸，设计导叶开口布置图，确定设计开度和最大开度，绘制开度----行程关系曲6线，设计导叶加工图。2.设计制作导叶拐臂3×14=42件、导叶连板3×14=42件、导叶副连板3×14=42件、连板销3×14=42件、偏心销3×14=42件、连板轴套（钢背复合套）3×28=84件、剪断销3×14=42件及锥销3×14=42件3.设计制作新导叶3×14=42件（1）材料：ZG270-500铸钢（2）制作：导叶采用整体铸造,退火、粗加工、粗打磨、精打磨、抛光、精加工、检查入库。4.导水机构装配，导叶间隙调整，打定位销。（二）质量保证：1.导叶铸造符合有关标准，导叶加工及型线符合图纸及有关标准；2.导叶拐臂、导叶连板、导叶副连板、连板销、偏心销、连板轴套（钢背复合套）、剪断销及锥销的材料及加工应图纸和相关标准；3.导叶装配后灵活自如、无卡阻现象；4.在额定水头下，导叶全关时，总漏水量不超过额定流量的1%；5.导叶开度、行程关系准确。（三）检查验收标准：1.设计图纸2.GB/T15468-1995水轮机基本技术条件3.GB/T10969-1996水轮机通流技术条件74.JB/DQ1428-88中、小型水轮机产品质量分等5.GB11352-89一般工程用铸造碳钢6.GB7233-87铸钢件超声探伤及质量评级标准7.GB/T15469反击式水轮机空蚀评定。四、制造工期：1.转轮制造工期预计为60天。2.导水机构制造工期预计为40天。要考虑运输到现场的时间，便于合理安排机组停机时间，确保水资源的最好利用。