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《論文：軸流轉(zhuǎn)漿式水.2014.02.24.》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)產(chǎn)生抬機(jī)的原因及防止方法四川省機(jī)械設(shè)備進(jìn)出口有限責(zé)任公司閔建秋軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)，因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在反水錘及泵升力等作用下容易產(chǎn)生抬機(jī)。我們在敘利亞承建的迪什林水電站所用軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)組自1999年11月投運(yùn)以來，十年間發(fā)生了24次抬機(jī)。抬機(jī)發(fā)生時，機(jī)組轉(zhuǎn)動部分上抬了25-30毫米，造成水輪機(jī)工作密封跳出、接頭撕裂、集電環(huán)碳刷和刷架損壞……特別是伴隨著抬機(jī)產(chǎn)生的反水錘給輪葉造成了很大的損傷，給電站運(yùn)行帶來了諸多麻煩。一，機(jī)組的基本情況迪什林水電站位于敘利亞境內(nèi)幼發(fā)拉底河上，共6臺機(jī)組，單機(jī)容量是105MW，總裝機(jī)容量630MW，額定轉(zhuǎn)速90.9轉(zhuǎn)/分
2、，選用ZZ440a-LH-750型軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)，SF105-66/12800型發(fā)電機(jī)。電站為一調(diào)峰電站，為平衡電網(wǎng)無功，機(jī)組還要承擔(dān)調(diào)相運(yùn)行任務(wù)。前述10年間發(fā)生的24次抬機(jī)中，有詳細(xì)記錄的為19次。其中，水中調(diào)相（轉(zhuǎn)輪圖1水輪機(jī)輪葉的受力（p為水流與輪葉的作用力,R為合力,v、w、u為水的速度,）(a)為水輪機(jī)工況，(b)為水泵工況室中的水未排出，而機(jī)組進(jìn)入了調(diào)相運(yùn)行工況）610次；在停機(jī)過程中，機(jī)組發(fā)生故障，保護(hù)裝置動作，快速停機(jī)(二段關(guān)閉閥未投入)6次；在運(yùn)行過程中，機(jī)組發(fā)生故障，保護(hù)裝置動作，快速停機(jī)(二段關(guān)閉閥未投入)7次。一，機(jī)組的五種典型運(yùn)轉(zhuǎn)工況
3、1，機(jī)組的正常發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)工況：發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)連接，水輪機(jī)的導(dǎo)葉開啟時的正常發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)工況。這時，由于上游水位比下游水位高得多，毛水頭（上、下游水位差）壓在輪葉上。作用在輪葉上的各力的合力方向向下。輪葉片受力如圖1(a)所示。2,機(jī)組正常停機(jī)工況：機(jī)組從正常發(fā)電轉(zhuǎn)為導(dǎo)葉逐步關(guān)閉，至一定程度后，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)解列的停機(jī)過程。按原設(shè)計，導(dǎo)葉和輪葉先按預(yù)先設(shè)定的協(xié)聯(lián)關(guān)系(如圖2)關(guān)閉，導(dǎo)葉的開度從100％關(guān)至20％后，導(dǎo)葉和輪葉解除協(xié)聯(lián)關(guān)系。然后，導(dǎo)葉繼續(xù)關(guān)閉至開度為0，輪葉則關(guān)閉至–13o,待停機(jī)過程完成后，輪葉開啟至啟動角，為下次啟動做好準(zhǔn)備。3，機(jī)組的空載運(yùn)轉(zhuǎn)工況：機(jī)組從正
4、常發(fā)電轉(zhuǎn)為導(dǎo)葉逐步關(guān)閉，當(dāng)開度達(dá)全開的11—13％時，維持此開度，同時，發(fā)電機(jī)與機(jī)組解列的運(yùn)轉(zhuǎn)工況。此時，10由于導(dǎo)葉的開度很小，水能所產(chǎn)生的動力很小，僅用于克服機(jī)組轉(zhuǎn)動時的摩擦阻力，維持機(jī)組空載運(yùn)轉(zhuǎn)。4,機(jī)組的事故停機(jī)工況：在機(jī)組遇到緊急情況的時候，發(fā)電機(jī)立即與電網(wǎng)解列，同時，水輪機(jī)的導(dǎo)葉迅速并完全關(guān)閉的非正常停機(jī)工況。5,機(jī)組的調(diào)相運(yùn)轉(zhuǎn)工況：發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)連接，水輪機(jī)的導(dǎo)葉完全關(guān)閉，同時，用壓縮空氣將轉(zhuǎn)輪室的水壓至尾水時的運(yùn)轉(zhuǎn)工況。此時，發(fā)電機(jī)失去了原動力，定子從電網(wǎng)吸收有功，產(chǎn)生電磁力矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)送出無功。如前所述，當(dāng)機(jī)組處于圖1（a）所示的水
5、輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時，輪葉上的合力方向向下，不可能產(chǎn)生抬機(jī)；而當(dāng)機(jī)組處于圖1（b）所示的水泵運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時，輪葉上的合力方向向上，此時才有可能產(chǎn)生抬機(jī)。因此，研究抬機(jī)，著眼點(diǎn)就應(yīng)放在導(dǎo)葉完全關(guān)閉以后至停機(jī)的這一段短暫時間內(nèi)，即水輪機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)樗靡院蟮氖芰η闆r和運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的變化。三，軸流轉(zhuǎn)漿水輪的抬機(jī)機(jī)理1,轉(zhuǎn)輪窒出現(xiàn)真空是抬機(jī)的根本原因從圖3可以看出，水輪機(jī)輪葉以上abcd空間透過導(dǎo)葉與上游水體連系在一起，輪葉以下的空間透過尾水門與下游水體連系在一起。這時，這些空間充滿了水體，機(jī)組處于水輪機(jī)狀態(tài)，不可能抬機(jī)。由于水不可壓縮，導(dǎo)葉完全關(guān)閉后，水體abcd像一個“液體墊”隔在頂蓋和
6、輪葉之間，輪葉及轉(zhuǎn)動部分要上移也是不可能的。只有當(dāng)水體abcd被排出一部分，且上游水體不能進(jìn)來補(bǔ)充，空間abcd出現(xiàn)真空時，輪葉及轉(zhuǎn)動部分才可能上移，形成抬機(jī)。當(dāng)機(jī)組從正常運(yùn)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)葉迅速并完全關(guān)閉，如上述的第4種運(yùn)行工況時,10由于導(dǎo)葉的關(guān)閉速度很快，當(dāng)其完全關(guān)閉后，把上游水體與轉(zhuǎn)輪室隔斷。這時，一方面，轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的水體會因慣性而繼續(xù)流動，轉(zhuǎn)輪室的水體會脫離導(dǎo)葉，在轉(zhuǎn)輪室上部形圖3機(jī)組水流示意圖：1轉(zhuǎn)輪室2主抽3導(dǎo)葉4輪葉5下游水位6頂蓋7上游水位8尾水門abcd空間轉(zhuǎn)輪室成真空，在輪葉上下端形成壓差；另一方面，由于導(dǎo)葉己完全關(guān)閉，發(fā)電機(jī)己與電網(wǎng)解列，水輪機(jī)會失去
7、動力，在慣性作用下，變成一個慣性水泵將轉(zhuǎn)輪室的水排出，并產(chǎn)生泵升力；轉(zhuǎn)輪停止轉(zhuǎn)動后，在壓差作用下，水體會迅速返回，形成反水錘。泵升力按下列公式計算：Pp=KpR4ω2Pp---泵升力（噸）Kp---系數(shù)，前蘇聯(lián)模型試驗結(jié)果為Kp≤0.05R---轉(zhuǎn)輪半徑（米），對于本案，R=7.5/2米ω---導(dǎo)葉開度關(guān)至0時機(jī)組的轉(zhuǎn)速（弧度/秒）。對于本案，若屬第4種工況，由于發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)迅速解列，發(fā)電機(jī)失去了負(fù)荷，轉(zhuǎn)速會升高，導(dǎo)葉迅速關(guān)閉過程中，略有回落。粗略計算，若仍以原轉(zhuǎn)速計，則ω=90，9轉(zhuǎn)/分=9.5（弧度/秒）。這樣，Pp=0.05*（7.5/2）4*9.52=89
8、2.4（噸
