居龙滩水电站水力机械设计概要

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1、居龙滩水电站水力机械设计周永忠 (赣州市水利电力勘测设计探讨院 江西赣州 341000许荣贵 (抚州市水利电力勘测设计探讨院 江西抚州 344000 【摘 要】 居龙滩水电站是江西省赣州电网一座装机 60MW 的水电站 , 安装了 2台灯泡贯流式水轮发电机组 , 是赣州 市水利电力勘测设计探讨院自行设计装机容量最大的水电站 。对其水轮机的主要性能参数 、水轮机的结构特点 、油气水 、 水力测量等协助设备系统及桥式起重机的设计作了简要的介绍 。【关键词】 水电站 水力机械设计 协助设备1 工程简介居龙滩水利枢纽工程是一座以发电为主 , 兼顾防洪和浇灌 、 供水 、 合利用工程 。 建设 , ,

2、512亿元人民币 。 , 距赣县县城 28km , 装机容量 230MW , 其主体工程已于 2004年 8月 开工建设 。2 电站参数居龙滩水电站属径流式日调整水电站 , 主要参 数如下 。正常 蓄 水 位 :122100m ; 上 游 校 核 洪 水 位 (012% :122142m ; 上 游 设 计 洪 水 位 (2% :119125m ; 发电死水位 :117100m ; 下游防洪水位 (015% :116170m ; 下 游 设 计 洪 水 位 (2% :115105m ; 2台机满发尾水位 :106122m ; 1台机满 发尾水位 :105126m ; 最低发电尾水位 :1041

3、50m (相当过机流量 117155m 3/s 。最大水头 :1810m ; 最小水头 :915m ; 加权平均水头 :15130m ; 年平 均发电量 :19730万 kW h ; 年利用小时 :3288h ; 证出力 :6745kW 。3 水力机械设计311 水轮机主要参数通过具体的技术经济比较 , 居龙滩水电站最终安装 了 由 东 芝 水 电 设 备 有 限 公 司 生 产 的 G Z (B34 WP 520型灯泡贯流式水轮机 。 其水轮机 直径 D 1=512m , 单机容量 30MW , 就此两项指标 而言 , 居龙滩水电站的机组是我省目前最大的灯泡 贯流式机组 。 :; 额定水头

4、:H r =水 :5m ; 额 定 出 力 :30; 流 量 :236115m 3/s ; 额 定 转 速 :125r/min ; 飞逸转速 :286r/min (协联工况下 ; 额定 点 模 型 效 率 :92183%; 额 定 点 原 型 效 率 :94112%;转轮直径 :512m ; 水推力正向 :2960kN (在最不利运行工况下 ; 反向 :4000kN (在最不 利运行工况下 ; 水轮机主轴中心高程 :93120m ;导水叶数量 :16; 桨叶数量 :4; 水轮机总重 :346t ; 312 水轮机主要性能保证 31211 出力保证水轮机额定出力为 30193MW ; 在最小水头

5、 915m , 额定转速运行时 , 其出力不小于 1419MW ; 水轮机最大出力为 3414MW , 此时所需的最小水头 为 1518m 。 31212 水轮机效率保证1 原型水轮机加权平均效率不低于 9316%, 模型水轮机加权平均效率不低于 9213%, 加权平 均效率计算公式为 :cp =(11+22+ +33 /100。2 原型水轮机的最高效率不低于 9511%, 模 型水轮机的最高效率不低于 9318%。3 原 型 水 轮 机 额 定 工 况 点 效 率 不 低 于 94112%, 模 型 水 轮 机 额 定 工 况 点 效 率 不 低 于 92183%。 31213 空蚀保证水轮

6、机在本电站规定的水质 、泥沙特性及水 头 、 尾水位范围内运行 , 自投入商业性运行之日起 运行 8000h (不含启动和停机过程 , 其中高于各42 规划设计 S M A LL HY DRO POWER 2008No1,Total No139种水头下保证出力的运行时间不超过 100h , 低于 35%保证出力的运行时间不超过 800h , 空蚀保证 同时满意 :1 转轮叶片表面的最大空蚀剥落深度不超过 9mm , 空蚀面积不超过 3120cm 2, 因空蚀作用金 属失重量不超过 13kg 。2 单个叶片的空蚀面积及金属失重量不大于 全部叶片平均损坏量的 2倍 。3 水轮机导水机构 、转轮室和

7、尾水管里衬全 部空蚀面积之和不超过 1560cm 2, 金属失重量之 和不超过 615kg , 最大空蚀深度不超过 9mm 。 31214 运行稳定性保证1 在空载状况下能稳定地运行 。2 在 18m 至 915m 水头范围内 , 水轮机在各 相应水头下机组最大保证功率的 30%100%范围 内稳定运行 。3 在上述规定范围内 , 原型水轮机尾水管内的 压力脉动值 (双幅值 不大于相应水头的 7%, 轴承 支架或轴承的垂直振动值小于 0108m m ( 31215 噪音保证运行工况下 ,方 1m 处 , 90dB (A 和 80dB (A 。 31216 调整保证1 机组甩负荷时 , 转速上升

8、率不超过 60%。2 机组甩全负荷时 , 导叶前的最大压力上升 率不超过 60%。31217 飞逸保证1 设置关闭重锤 (要求双接力器 , 拐臂限位 爱护装置等 。 当调速系统故障时 , 水轮机可利用导 叶的水力矩自关闭趋势 、 重锤和接力器自动排油阀 自动关机 。 同时设置事故闸门 。2 水轮机允许在最高飞逸转速下运行 5min 而不对各种部件产生有害变形 。31218 牢靠性保证在规定的运行工况下 , 机组及其附属设备的可 靠性指标规定如下 :可用率 :不小于 9915%;无故障连续运行时间 :不小于 8000h ;扩大性大修间隔时间 :不小于 8a ;退役前的运用期限 :不小于 40a

9、;允许操作次数 :机组年开停次数不小于 1000次。 313 水轮机主要结构特点31311 转轮转轮直径为 512m , 桨叶数量为 4个 , 轮毂比 为 01428。桨叶密封采纳 “ V ”型密封结构 , 可在 不拆卸叶片的状况下更换桨叶密封 。 桨叶采纳含铬 13%17%、 含镍 4%6%超低碳精炼不锈钢 , 该 材料具有强度高 、 抗疲惫性好 、 可焊性好 、 抗空蚀 性较好等特点。 转轮高度 3330m m , 运输重量 30t 。 31312 导水机构导水机构主要包括内外导水环 、 导叶 、 导叶轴 承 、 导叶操作环 、 重锤及连杆拐臂等部件 。 在导叶 关闭过程中 , 当 2只导

10、叶之间卡有异物时 , 为能保 证其它导叶全部关闭 , 每台机组设置 8套弹簧连 杆 。 在正常状况下 , 弹簧连杆与一般连杆作用相 同 , 当导叶卡有异物时 , 通过弹簧连杆的伸长来保 证其它导叶的关闭 。导叶内外轴套共 32只 , 采纳有自润滑性能钢 背聚甲醛制作的轴套 , 结构上便于更换 , 不需另设 润滑系统 。导水机构最大外径为 7600mm , 为了削减安 mm 2300mm , 31水轮机和发电机共用 1根主轴 , 主轴为空心 轴 , 采纳 20SiMn 锻钢锻制 。主轴外径为 875mm , 长度为 6360mm , 运输重量 21t 。主轴密封采纳盘根形式 , 密封材料为碳素纤

11、维 盘根 , 密封压紧有弹簧调整装置 。 在主轴布置主轴 密封处敷设 1个抗磨环 , 抗磨环厚度为 15mm , 抗 磨环最大允许磨损量为 1m m , 当磨损量大于 1m m , 应更换该抗磨环 。 主轴密封采纳水润滑冷却 , 依据 双富公司供应的资料 , 其用水水压为 01150125MPa , 用水量 112m 3/h 。检修密封为充气围带式 , 用以检修及更换主轴 密封时封水 , 检修密封的充气压力为 017MPa 。 31314 支撑机组支撑采纳以管形座为主支撑 , 发电机侧设 置 3个协助支撑的方式 。1 主支撑 。机组主支撑为管形座 , 机组自重 及外界荷载主要通过管型座传递到混

12、凝土基础 , 它 既是流道又是整个机组的安装基础 。 管形座为钢板 焊接结构 , 由内管形壳 、 外管形壳 (由 6瓣钢件组 成 , 在现场工地组焊 、前锥体 、上部竖井和下部 竖井组成 , 上 、 下竖井内设有爬梯和平台 , 供检修 通行 及 布 置 管 路 、电 缆 用 。管 型 座 外 形 尺 寸14400mm 9900mm 3350mm , 运输重量 80t 。2 协助支撑 。协助支撑包括 1个下部垂直支 撑和 2个左右水平支撑 。 垂直支撑位于发电机灯泡 体处 ; 水平支撑位于发电机定子外壳 。 5 2小水电 2008年第 1期 (总第 139期 规划设计314 协助机械设备居龙滩水

13、电站协助机械设备包括技术供水系 统 、 排水系统 、 压缩空气系统 、 透平油和绝缘油系 统 、 水力测量系统及厂内桥式起重机等 。 31411 技术供水系统技术供水主要满意水轮发电机组用水要求 , 技 术供水的用户有 :轴承油冷却器供水 、 发电机空冷 器供水 、 主轴密封供水 。 轴承油冷却器的用水量为 21m 3/h , 进口压力 : 013MPa , 内部压力降 : h =0106MPa ; 发 电 机 空 冷 器 的 用 水 量 为 14014m 3/h , 进口压力 : 013MPa , 内部压力降 : h =010224MPa ; 主轴密封的用水量为 214m 3/h , 进口压

14、力 : 012MPa 。因上游水位不能满意各供水对象的水压要求 , 故居龙滩水电站技术供水采纳水泵单元供水方式 。 共设 4台技术供水泵 , 其中 2台工作泵 , 为增加供 水的牢靠性 , 另设 2台备用水泵 。 技术供水泵的流 量 Q =200m 3/h , 扬 程 H =32m , 电 机 功 率 N =30kW 。贡江水质条件较好 , 沙量也不大 。 , 用自流减压方式从高位水池内的清泉水引入 。 为满 足水质要求 , 在上下游取水口设置拦污栅和反充水 管 ; 取水口后设置自动滤水器 , 河水经过滤水器后 再进入各用水对象 。水泵取水口为常开式 , 共设 4个 , 上下游各 2个 。 取

15、水管滤水器为全自动型 , 当滤水器前后压力 差大于 0102MPa 时 , 排污电磁阀自动开启排污 。 每台机组设两路全自动滤水器 , 当主滤水器检修 时 , 备用滤水器马上投入运用 。发电机空冷器 、 轴承油冷却器的冷却水流量由 冷却器后的闸阀手动调整 , 冷却器的出口段还装设 有流量开关 , 当冷却水流量小于设定值时发出报警 信号 , 提示机组事故停机 。 31412 排水系统居龙滩水电站排水系统包括机组检修排水 、 渗 漏排水 、 厂区防洪排涝 3部分 。1 检修排水检修排水包括解除机组流道积水以及解除上 、 下游闸门漏水 。 排水量按两者之和计算 , 共设 2台 检修排水泵 , 每台泵

16、的额定排水量应大于上下游闸 门漏水量 。每台同组流道上下游侧各设有 1根 D g300排水 管通向检修排水泵 , 每根排水管上设有手动闸阀 。 机组检修排水时打开闸阀 , 流道内积水通过排水管 由检修水泵排出至下游 。依据水泵生产率和工作方式 , 全厂选用 2台卧 式蜗壳双吸泵。 其流量 Q =711m 3/h , 扬程 H =27m , 电机功率 N =75kW 。机组检修时 , 2台检修排水泵全部手动开启 , 以便快速排空流道积水 ; 积水排空后停止 1台水 泵 , 另 1台水泵由压力变送器限制自动启停 , 以便 解除上下游流道闸门漏水 。2 渗漏排水全厂渗漏排水包括机组技术排水 、 水工

17、建筑物 排水 、 消防排水和其它排水 。在主厂房高程 85130m 设有渗漏集水井及 2台 潜水排污泵 。 机组灯炮体排水通过机组排水总管排 到渗漏集水井 ; 油冷却器 、 滤水器排污干脆排至渗 漏集水井 ; 水工建筑物的排水全部排至水轮机廊 道 , 再流至渗漏集水井 。 , 出口高程 11个微阻缓闭止 , 以防止下游尾水倒灌至厂房 。同 时可以在突然停泵时消退管道中的水锤作用 , 保证 水泵及厂房平安 。依据水泵生产率和工作方式 , 选用 2台潜水排 污泵 , 单台泵流量 Q =250m 3/h , 扬程 H =40m , 电机功率 N =55kW 。 其中 1台泵工作 , 1台备用 。渗漏

18、排水泵启停由集水井内液位信号器自动控 制 。 渗漏集水井内设有压阻式液位变送器 1个 , 监 测 4个水位高程 : 停泵水位 ; 工作泵启动水 位 ; 备用泵启动水位 ; 报警水位 。 当水位高于 时 , 主用泵启动排水 ; 当水位高于 时 , 备用泵 启动排水 ; 当水位高于 时 , 主 、 备用 2台泵同时 工作 , 并发出报警信号 。3 厂区防洪排涝厂区防洪排涝标准按 10年一遇 24h 暴雨选择 抽排流量 , 扬程按下游最高防洪水位 116170m 时 计 算 。选 用 2台 潜 水 排 污 泵 , 单 台 泵 流 量Q =200m 3/h , 扬程 H =1215m , 电机功率 N

19、 =11kW 。 31413 压缩空气系统全厂压缩空气系统包括高压气系统和低压气系 统 2部分 。1 低压压缩空气系统厂内低压压缩空气主要用户有 :机组制动 、 主 轴检修密封空气围带 、检修及清污吹扫 。机组制 动 、 主轴检修密封空气围带耗气量由制造厂供应 。依据电站检修及清污吹扫用气量 , 并考虑制动 用气的须要 , 经计算选用 1个容积为 6m 3、 018MPa62 规划设计 S M A LL HY DRO POWER 2008No1, Total No139的检修贮气罐 ; 为避开检修用气影响机组制动气 压 , 检修供气和机组制动供气采纳各自独立的干 管 , 并单独设置 1个容积为

20、 6m 3、 018MPa 制动贮 气罐 。 各机组段检修和制动供气支管分别从各自的 供气干管引出 。低压气系统设置 2台生产率为 210m 3/min , 额 定压力为 018MPa 的空压机 (SF 210/8型 , 自动 操作 , 互为备用 。 空压机的启停采纳压力限制 。 由 于空压机本身自带压力限制器 , 因此采纳分散控 制 , 即每台机依据储气罐上的压力显控器启停 。 低 压气系统正常工作压力为 016018MPa , 工作机启 动压力 0165MPa , 备用机启动并报警压力 0160MPa , 停机发信并报警压力 0183MPa , 气罐平安阀动作压 力 0183MPa 。2

21、高压压缩空气系统高压压缩空气系统主要用户为调速器油压装 置 。 油压装置额定压力为 613MPa , 采纳一级压力 的供气方式 。 选用 2台生产率 110m 3/min , 额定压 力为 614MPa 的空压机 。 另设置 1个容积为 1153, 额定压力为 614MPa103120m1根总管至储气罐 , 从储气罐出口引出 1根供气总 管至主厂房 , 然后分成 2路分别向 2台调速器油压 装置供气 。空压机采纳压力限制 , 即依据高压储气罐压力 限制启停。 高压气系统正常工作压力为 610616MPa , 工作机启动压力 610MPa , 备用机启动并报警压力 518MPa , 停机发信并报

22、警压力 618MPa , 气罐平安 阀动作压力 618MPa 。31414 透平油和绝缘油系统1 透平油系统透平油主要用户有机组调速器用油和轴承用 油 。 透平油库净油桶容量按 1台机组贮油量的 111倍设计 , 取为 20m 3。由于机组台数不多 , 所以按 1台机组检修考虑选择 1个净油罐 、 1个运行油罐 , 容积皆为 20m 3。净油设备选用 1台 Z JC Q 4型透平油滤油机 、 1台 Z JB6KY 型真空滤油机 。输油设备选用 1台 K C B 300型齿轮油泵 , 用于接受新油 、设备充油 、 排油和油的净化处理 。2 绝缘油系统绝缘油系统是为油浸式主变压器贮存 、 处理绝

23、缘油 。 绝缘油库净油桶容量按 1台最大变压器贮油 量的 111倍设计 , 取为 30m 3。 选择 1个净油罐 、 2个运行油罐 , 运行油罐的容积为 15m 3。油处理设备选用 1台 LY 300型压力滤油机 、 1台 Z JB6KY 型真空滤油机 。输油设备选用 1台 K C B 300型齿轮油泵 , 用于接受新油 、设备充油 、 排油和油的净化处理 。31415 水力测量系统居龙滩水电站水力测量系统包括机组段监测 、 全厂性监测 2部分 。机组段监测的测量项目有 :机组有效水头测 量 、 机组测流 、导叶前后测压 、转轮前后真空测 量 、 进水门平压 、 尾水门平压 、 拦污栅测差压

24、、 机 组冷却水温 、 冷却水压测量和主轴密封水压 。 全厂性监测的测量项目有 :上游水位测量 、 下 游水位测量 、 毛水头测量 、 、 厂房渗漏水3、转子 、 导水机构 、 主轴 、 管形座以及其它附 属设备的安装和检修 。 安装时搬运的最重部件是发 电机转子 , 重 11018t 。依据起吊件重量及机组台数等因素 , 采纳 1台 125/32t 电动双钩慢速桥式起重机 , 跨度 1815m 。 为满意主厂房内小件的起吊须要 , 每台桥机配备 1台 5t 电动葫芦 , 挂在桥机大梁下面 , 起重机另设 置有大屏幕数显式电子秤及超载限制器 。4 结 语居龙滩水电站的水力机械设计依据贡水及其支

25、 流 (桃江 的水文资料选择了灯泡贯流式水轮发电 机组 , 是江西省目前最大的该类型机组 。 2007年 3月底第 1台机组经过 72h 试运行后正式并网发电 , 2007年 5月 2台机组全部投入运行 。 我院对该类型 水电站有着丰富的设计阅历 , 经过机组的平安牢靠 运行 , 证明水力机械设计是胜利的 , 信任在今后的 运行中将进一步考验其功能和质量 。周永忠 (1965- , 男 , 工程师 , 主要从事水力机械设 计工作 。 Email :gzzyz 1631com许荣贵 (1963- , 男 , 工程师 , 主要从事水力机械设 计工作 。责任编辑 吴 昊 72小水电 2008年第 1期 (总第 139期 规划设计