多泥沙电站水轮机的选型、水力设计和结构优化-论文.pdf

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1、第36卷第2期水电站机电技术V0l_36No．22013年4月Mechanical＆ElectricalTechniqueofHydropowerStationApr．2013多泥沙电站水轮机的选型、水力设计和结构优化曾毅，樊世英(1．中国电器科学研究院，广东广州510300；2．东方电机有限公司，四川德阳618000)摘要：泥沙是水电站必须面对的重要问题，它会侵蚀和破坏电站设备，尤其是对水轮机过流部件的磨蚀，不仅降低了机组效率和可用率，而且危及电站运行安全。作为对策，本文概述了多泥沙电站水轮机的选型、水利设计、材料选择和结构

2、设计几个方面需要注意的细则，并对电站工程设计、机组运行管理和维护检修提出了建议。这些细则和建议是从许多工程运用实例中提炼和总结出来的，已被许多工程实例证明是行之有效的，可以从根本上应对泥沙对水轮机过流部件的磨蚀。关键词：泥沙；水轮机；磨蚀；选型；水力研发；结构优化；维护检修中图分类号：TK730文献标识码：A文章编号：1672—5387(2013)02-0001—06大渡河、岷江等河流上陆续建设了刘家峡、盐锅峡、0前言八盘峡、青铜峡、龚咀、鱼子溪等骨干电站。通过这些我国河流多泥沙，尤以汛期更甚，使得为数可观电站的设计和运行实践

3、，取得了宝贵的工程防沙设的水电站饱受泥沙之害，导致水轮机过流部件破坏计与运行经验，归纳起来有：迅速、机组效率下降、可用率和可靠性降低，危及安(1)合理规划枢纽不知，将机组段不知在有利于全运行。若不得以频繁检修，则既损失电能又增加检减少泥沙过机的位置。修费用。近年来，由于各流域上游水土保持状况有所(2)解决好工程排沙措施，减少泥沙过机。设计改善，水轮机磨蚀机理和防腐蚀方法研究的深入，以上合理布置导沙、排沙、冲沙设施，根据模型实验结及水轮机材料、设计制造和运行管理技术的进步，情果或类同电站的实际经验，将坝区泥沙、厂前泥沙合况有所缓

4、解。但磨蚀机理十分复杂，我国河流的泥沙理调度，使其沿泄洪排沙闸、机组排沙底孔排向下治理工作也难以在短期内取得突破性进展，电站运游，减少过机水流泥沙含量，特别是尽量减少粗硬沙行调度由受到方方面面的制约，水轮机的优化运行粒过机。难以完全事先。此外，一些水轮机设计者在抗泥沙设(3)充分考虑多泥沙这一特殊条件，优化结构、计细节方面的考虑不够精细，致使水轮机的泥沙磨增大操作力度，解决好排沙底孔、排沙洞闸门的灵活蚀问题依然十分突出。笔者在本文中根据多年实践开启关闭问题。工作经验，提出了有关多泥沙电站工程设计、水轮机2水轮机选型选型、水力设

5、计、材料选择、结构设计细则、运行管理和检修方面的一些建议，供有关人员参考。2．1机型一般认为，水轮机部件的磨蚀量与含沙水流相1工程设计对速度的三次方(或更高)成正比。为减轻磨蚀，多泥黄河三门峡电站是我国在多泥沙河流上兴建的沙电站水轮机应选择相对速度偏低的机型。例如：按第一个大型水电站，当时人们还缺乏对泥沙规律和现今的技术水平，灯泡贯流式水轮机的最高使用水危害的认识，由前苏联帮助所做的工程设计严重先头可以达到25m以上，作为黄河小浪底反调节工程天不足，带来了一系列严重后果。后几经改造，采取增加枢纽排沙设施、降低电站使用水头、更换

6、水轮机收稿日期：2013-01-05作者简介：曾毅(1971一)，男，工程师，从事水电设备安装服务及机型等措施，电站才逐渐步人正轨。后来又在黄河、销售工作。2水电站机电技术第36卷的西霞院电站，最高水头仅13．5m，但考虑机组停机突变的地方应修磨平整，避免局部凹凸不平引起脱时，高浓度含沙水中泥沙的沉淀，有可能堵塞转轮二流，造成局部磨蚀。选择了轴流转浆式机组；三门峡电站最高水头52m，3．1．2固定导叶和导叶一期工程采用了轴流转浆式机组，使电站吃尽泥沙固定导叶和导叶构成转轮外部的双环列叶栅，之苦。而其扩机工程改用P045型混流式

7、水轮机，效该区域水流相对速度与绝对相同，并从固定导叶进果就比较好；水头在300400m以上的多泥沙电站口起逐渐增加，到导叶出口达到最大值。高水头混流宜选择磨蚀相对较轻、维护检修方便的水斗式水轮式水轮机导叶出口处的最大流速可达50～60m／s甚机，尽管一次性投资较高，但其磨蚀寿命相对较长、至更高，造成该区域的磨蚀远过于转轮。可采取以下维修容易、检修周期短、低负荷运行效率高，长期运措施降低导叶区域的流速：行考虑是有利的。(1)合理放大导叶布置圆直径；2．2额定转速(2)适当增大导叶相对高度，并采用负曲率翼水轮机额定转速对转轮中的最

8、大相对流速有决型；定性影响，多泥沙电站额定转速的选择，应满足转轮(3)采用相对较多的导叶数，固定导叶与导叶数口处的圆周速度不大于38—40m／s。额定转速的大小量相同。这样可以使水流更均匀，而且多而薄的固定对导叶区域的相对速度没有明显影响，因此对高水导叶和导叶可减少排挤，降低