昌馬舊總干龍騰電站水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)

張麗

(甘肅省疏勒河流域水資源管理局，甘肅 玉門735211)

摘要：水輪機(jī)作為電站的最重要部件之一，實(shí)現(xiàn)了水流由動(dòng)能到電能的轉(zhuǎn)換，選型的好壞直接關(guān)系到水電站的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)能否與水輪機(jī)的主要性能指標(biāo)參數(shù)相匹配，關(guān)系到電站能否充分利用水能資源達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益。本文結(jié)合昌馬舊總干龍騰電站實(shí)際，借助水輪機(jī)型譜模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線圖分析，進(jìn)行小型水電站水輪機(jī)選擇設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：龍騰電站；水輪機(jī)選擇；機(jī)型分析

中圖分類號(hào)：TK73

Changma Old General Main Channel Longteng Power Station Turbine

Model Selection Design

ZHANG Li

(GansuShuleRiverBasinWaterAuthority,Yumen735211,China)

Abstract：As one of the important parts of power station, turbine realizes the conversion of water flow from kinetic energy to electrical energy Mode selection quality directly affects whether actual operation parameters of hydropower station can be matched with main performance indicator parameters of turbine or not, which is related to whether the power station can fully utilize hydropower resources to reach the best economic performance or not. In the paper, small hyropower station turbine type selection is designed based on actual situation of Changma Old General Main Channel Longteng Power Station and turbine type spectrum model rotation wheel comprehensive characteristic curve analysis.

Keywords：Longteng Power Station; turbine selection; model analysis

1工程概況

昌馬舊總干渠位于甘肅省玉門市境內(nèi)的疏勒河中游，總長(zhǎng)42.2km，渠道落差大，設(shè)有陡坡建筑物52座，設(shè)計(jì)流量35m3/s,是調(diào)引疏勒河水向昌馬、雙塔、花海三大灌區(qū)8.93萬hm2耕地輸水的主動(dòng)脈。龍騰電站位于昌馬舊總干渠12號(hào)陡坡至15號(hào)陡坡之間，利用昌馬舊總干渠的農(nóng)業(yè)灌溉水量進(jìn)行發(fā)電。電站共裝機(jī)3臺(tái)，總裝機(jī)容量為6600kW(3×2200kW)。水電站自從建成開始，每年的發(fā)電量平均在3000萬kW·h左右，年平均利用小時(shí)達(dá)到了5167h以上。水電站與玉門市玉門鎮(zhèn)開關(guān)站通過110kV線路相連，所發(fā)電量并入酒嘉電網(wǎng)。

2電站基本參數(shù)

2.1水頭參數(shù)

根據(jù)昌馬舊總干渠渠首多年平均水位、渠道輸水損失及運(yùn)行方式，確定水頭參數(shù)。

a.最大水頭：Hmax=23.2m。

b.最小水頭：Hmin=22.1m。

c.設(shè)計(jì)水頭：Hd=22.5m。

2.2流量參數(shù)

a.最大流量：Qmax=12.6m3/s(單臺(tái))。

b.最小流量：Qmin=9.2m3/s(單臺(tái))。

c.設(shè)計(jì)流量：Qd=11.5m3/s(單臺(tái))。

3水輪機(jī)選型

水輪機(jī)作為電站的核心部件，能通過轉(zhuǎn)輪將水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能進(jìn)而轉(zhuǎn)化成電能。每個(gè)水電站的水頭和流量往往不盡相同，并且每一種類型的水輪機(jī)其轉(zhuǎn)化能量的參數(shù)特征和能力也不同，因此，合適的水輪機(jī)型號(hào)對(duì)水電站能否高效利用水能資源具有重要影響。

龍騰電站發(fā)電水頭22.2～23m，單機(jī)發(fā)電流量9.5～11.67m3/s，屬中低水頭、中流量型引水式電站。龍騰電站的水頭和發(fā)電流量變化較小，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比較可知，軸流式水輪機(jī)比較可行。

目前，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行電站水輪機(jī)選型的理論和方法較多，而通過水輪機(jī)型譜轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線進(jìn)行水輪機(jī)選型的方法使用較廣。通過較流行的軸流式轉(zhuǎn)輪型譜，適合該電站的機(jī)型初步選擇ZDJP502和ZD500兩種，其主要指標(biāo)參見表1[1]。

表1　所選水輪機(jī)性能指標(biāo)

從表1可以看出，在最優(yōu)工況下ZD500(φ=10°)機(jī)型單位轉(zhuǎn)速高，單位流量大，但效率比ZDJP502(φ=0°)機(jī)型低，汽蝕系數(shù)較大。在限制工況下ZDJP502(φ=0°)機(jī)型單位流量大，效率高。

3.1轉(zhuǎn)輪直徑初選

計(jì)算。

式中Nr——水輪機(jī)額定出力,Nr=2200/0.95=2316kW;

Hr——設(shè)計(jì)水頭;

η——水輪機(jī)效率，初次計(jì)算D1時(shí)選最優(yōu)效率η。

通過計(jì)算可知, ZDJP502(φ=0°)機(jī)型D1=1.32m，ZD500(φ=10°)機(jī)型D1=1.35m。

在利用上式計(jì)算過程中，不同工況點(diǎn)參數(shù)的選擇對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大：限制工況點(diǎn)參數(shù)下將導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪半徑較小、轉(zhuǎn)速快；最優(yōu)工況點(diǎn)參數(shù)下將導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪半徑較大、轉(zhuǎn)速較低。因此，計(jì)算參數(shù)選取兩種工況點(diǎn)下的平均值和相應(yīng)的效率計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑，但具體問題應(yīng)具體分析，要結(jié)合來水流量范圍以及流量偏向趨勢(shì)的具體情況來確定，若流量今后有增大的趨勢(shì)，可考慮采用最優(yōu)工況點(diǎn)的參數(shù)。總之以出力最好效益最大為目的。

3.2水輪機(jī)轉(zhuǎn)速n的確定

Hav——加權(quán)平均水頭；

D1——轉(zhuǎn)輪直徑，取上述計(jì)算值。

經(jīng)計(jì)算參照發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速確定ZDJP502(φ=0°)型和ZD500(φ=10°)型的轉(zhuǎn)速n=428.6r/min。

3.3轉(zhuǎn)輪直徑D1確定

3.4工作范圍計(jì)算

水輪機(jī)直徑和轉(zhuǎn)速確定后，在不同的水頭和水流量情況下，將水輪機(jī)的相似工作范圍在轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線圖上繪出，根據(jù)運(yùn)行工作范圍區(qū)檢驗(yàn)是否包含了大部分高效區(qū)。

計(jì)算公式為

計(jì)算成果見表2。

表2　所選水輪機(jī)工作范圍

3.5兩種機(jī)型方案的分析比較

由水輪機(jī)工作范圍計(jì)算可知，在水頭和流量相同的工況下，ZDJP502(φ=0°)型水輪機(jī)效率比ZD500(φ=10°)型水輪機(jī)要高，ZDJP502(φ=0°)型和ZD500(φ=10°)型均包含了最優(yōu)工況點(diǎn)，但ZDJP502(φ=0°)型最優(yōu)工況點(diǎn)的效率為92.6%，而ZD500(φ=10°)型只有88.1%。ZDJP502(φ=0°)型的轉(zhuǎn)輪直徑小、過流能大，且機(jī)組價(jià)格低，汽蝕系數(shù)小，減小了廠房的開挖量，節(jié)省了土建投資。最終推薦ZDJP502(φ=0°)型作為龍騰電站的水輪機(jī)型號(hào)。

4結(jié)語(yǔ)

水輪機(jī)的選型要綜合考慮各方面的因素，根據(jù)每個(gè)電站的不同參數(shù)和特點(diǎn)綜合分析比較，選擇合適的型號(hào)。在保證水電站正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，盡量選擇技術(shù)先進(jìn)、性能較高的新型水輪機(jī)，增大水輪機(jī)工作效率，盡可能做到合理高效節(jié)能地利用水能。這就要求設(shè)計(jì)者在工作中應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備更新方面的知識(shí)，通過技術(shù)進(jìn)步和選型優(yōu)化提高水電站建設(shè)水平。

簡(jiǎn)訊

西藏多布水電站成功截流

12月12日，西藏多布水電站成功截流，為明年首臺(tái)機(jī)組發(fā)電奠定基礎(chǔ)。

當(dāng)日，隨著水電基礎(chǔ)工程局最后一車石料倒入截流龍口，奔流的尼洋河水，順從地流過泄洪閘，標(biāo)志著多布水電站截流成功。西藏尼洋河多布水電站于2011年開工建設(shè)，位于西藏林芝地區(qū)林芝縣境內(nèi)，裝機(jī)容量120兆瓦，年設(shè)計(jì)發(fā)電量5.06億度，總投資24.2億元人民幣。

該工程主要由攔河壩、泄水和發(fā)電等建筑物組成，是西藏第十二個(gè)五年規(guī)劃期間能源發(fā)展重點(diǎn)項(xiàng)目。

工程開工以來的1300多個(gè)晝夜，項(xiàng)目部攻克了軟基建壩、基坑排水、資金緊缺、進(jìn)度滯后等諸多難題。多布水電站是尼洋河綜合治理與保護(hù)規(guī)劃優(yōu)先項(xiàng)目，一旦投產(chǎn)發(fā)電，對(duì)緩解藏中電網(wǎng)供電緊張局面，促進(jìn)西藏經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要意義。

來源：中國(guó)新聞網(wǎng) 中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)網(wǎng)2014年12月16日

http://www.hydropower.org.cn/showNewsDetail.asp?nsId=15102