灯泡贯流式水轮机导叶桨叶协联变化的关系和消除振动方法.docx

文章编号: 10062610( 2012) 06006703灯泡贯流式水轮机导叶 、桨 叶 协 联 变 化的关系和消除振动方法 许惠敏( 蜀河水力发电厂，陕西省旬阳县725271)摘 要: 以蜀河水电站机组为例，介绍了灯泡贯流式机组的特点和结构，重点介绍了机组运行中水头随水位的变化而协联关系的不同，在实际运行中采用适当手动调节水轮机协联关系，使机组达到最佳运行工况。关键词: 灯泡贯流式水轮机; 机组振动; 协联关系; 调整; 蜀河水电站中图分类号: TK733 + 8文献标识码: ACoherence Variation Relationship and Vibration Elimination Methods betweenWicket Gate and Runner Blade of Bulb Tubular TurbineXU Hui min( Shuhe Hydropower Station，Xunyang，Shaanxi 725721，China)Abstract: In the paper，features and structure of bulb tubular turbine are introduced with example of Shuhe Hydropower Station It em-phasizes the different coherence relationship of the unit in operation while head changes with water level In actual operation，the tur- bine coherence relationship is manually adjusted properly so as to have the unit reach the optimum operation conditionsKey words: bulb tubular turbine; unit vibration; coherence relationship; adjust; Shuhe Hydropower Station0引言11 1灯泡贯流式水轮机的结构特点支撑方式灯泡贯流式水轮机的整个灯泡是一个大型薄壳蜀河水电站安装有 6 台灯泡贯流式机组，单机容量 45 MW，工 作 水 头 为 19 6 m，最 大 水 头 26 3 m，最小水头 10 5 m。目前在中国同类型机组中，单 机容量最大。水轮机是水电站主设备之一，它担负 着将水流机械能转化成旋转机械能的重要任务，其 运行质量或损伤都将关系着整个水力发电厂的经济 性、安全性及机组的使用寿命。在水轮机实际运行 中，振动对机 组 损 害 影 响 较 大，如缩短机组检修周 期，增加维护工作量等。外压容器，除承受机组本身的自重外，还要承受水压力、浮力、正向水推力、反向水推力、振动力矩、电磁 力矩等荷载，因此对灯泡机组的支撑体起着举足轻 重的作用。主 支 撑 由 管 型 座 ( 俗 称 座 环) 承 担。上 下支柱为管型座的主要组成部分，各种荷载主要通 过管型座传递给基础，支柱中为空心，作为运行检修 人员的上下通道。1 2 轴 承机组转动部分为二支点双悬臂结构，设有发电 机组合轴承和水导轴承，2 套轴承共用 1 套 轴 承 润滑油装置。组合轴承位于发电机的下游侧，由正向推力轴承、反向推力轴承和发导轴承组成; 水导轴承收稿日期: 2012-10-25作者简介: 许惠敏 ( 1958 ) ，男，陕 西 省 洛 南 县 人，工 程 师，从 事专业: 发电厂运行工作68许惠敏 灯泡贯流式水轮机导叶、桨叶协联变化的关系和消除振动方法在水轮机大轴密封的上游侧。在蜀河水电站设计中要求正、反向推力轴承可承受 575 t 的连续荷载，发 导和水导轴承是支撑发电机转子、水轮机以及大轴 等重量的重要设备。也要使机组运行得到安全稳定。4手动调整运行机组协联关系机组运行中水头随水位的变化而变化，不同的水头对应的协联曲线不同，也就是说同样的导叶开度，桨叶开度不同。由协联关系曲线( 见图 1) 可知， 当水头 H 不 变 时，桨叶与导叶开度成正比例关系; 当导叶开度不变时，桨叶开度与水头成正比例关系。 由此可见，水轮机调速器人工水头的设置非常重要。 机组运行中由于水头在不断变化，也就是说协联曲 线也在变化，机组的出力、振动、摆度随之变化，这时 运行人员要及时调整导叶开度，使得水轮机调速器 自动将导叶、桨叶调整到对应协联曲线上。实际运 行中自动协联不准确，往往需要运行人员手动调整。2运行现象灯泡贯流式机组由于其结构的特殊性，它靠管型座、灯泡头底部的主支撑以及 2 根斜支撑固定整个机组，机组稳定性有其先天不足，故相对其它形式 的机组而言，振动对其质量的影响更为严重。在蜀 河水力发电厂曾多次出现滑环碳刷被磨损，造成其 更换频繁，备品消耗严重; 由于振动，多次出现导叶、 浆叶位置传感器电气连接插把松动脱位而引起调速 器故障; 另外，水轮机室的噪音也特别大( 有时高达93 db) ，对运行人员身心健康不利。下 面 就 蜀 河 水 电厂灯泡贯流式水轮机协联 关系破坏后引起的振 动、危害、处理方法、运行经验及注意事项进行简单 叙述，为机组的安全运行和维护提供依据。3机组运行协联控制灯泡贯流式机组一般采用水轮机的导叶和桨叶同时参与调节的双重调节方式，这样可以保证机组始终运行在高效率区内，使机组能在更宽水头范围 内高效率运行。 = f( H，)式中: 为水轮机的效率; H 为水轮机的有效水头; 为水轮机的导叶开度; 为水轮机的桨叶开度。水轮机在出厂前，厂家根据模型绘制了相应的 各水头模式下的协联关系曲线，作为水轮机调速器 协联 调 节 的 依 据。但在实际运行中，由 于 制 造、加 工、安装等诸多因素的影响，使得这一理想关系曲线 与实际工况有一定的差别。通过蜀河水电厂 2 号机 组和 5 号机组分别手动调整协联关系试验发现，在 某一水 头，原 设 计 协联关系曲线时的负荷为 17MW，在不改变导叶开度的情况下，手动调节桨叶开图 1 协联关系曲线图在导叶自动，桨叶手动方式下，首先了解水轮机 的实际水头，水头高时( 18 m 以上) 导叶与桨叶开度 的比例就大 一 些 ( 根 据 实 际 经 验，各台机组均不一 样) ; 水 头低时导叶与桨叶的开度比例就小一些。 实践证明，实际水头在 18 m 以上，导叶开度在 75% 及以上时，桨叶开度要大于导叶开度 5% 10% ; 导 叶开度大于 80% 时，桨叶开度要大于导叶开度 7% 10% 。运行经验值如表 1。表 1 导叶与桨叶开度协联关系表( 假定实际水头在 16 18 m)导叶开度桨叶开度50%60%70%75%80%30% 35%40% 50%60% 65%80% 85%87% 90%度，改变协联关系后，最大负荷可增 加 到 21MW。误差高达 20% ，且机组振动明显减小。可 见，在 机组投产后，应该及时做协联关系曲线的试验，绘制新 的协联关系曲线，及时更改调速器的协联关系曲线 以求机组运行在高效率的协联关系上，当然在求最 高运行效率的情况下也需要考虑机组运行时的振动5手动调整协联关系的注意事项( 1) 调整前检 查 、核对水轮机实际水头，检 查机组各部振动、摆度值和压油装置正常。( 2) 检 查调速器导叶在自 动，桨 叶 在“电 / 手因素( 避开振动区运行) ，既要保证机组的高效运行西北水电2012 年第 6 期69动”方式，操作中要缓慢，一人操作一人检查协联情由表 2 可以看出，在耗水率不变的情况下，不仅增加了机组有功出力 15% 20% ，还 消 除 了 振 动、 摆动，改善了机组运行工况，使机组处于安全健康的 状态下运行。况，操作过程中如果出现导叶自动动作的情况时，立即停止调整，待自动调节稳定后视情况再调整。( 3)调整结束，全面检查机组在新的工况下的运行情况。7结语6实际应用情况运行中工况调整前后比较，见表 2。表 2 协联关系修改对机组的影响表灯泡贯流式水轮机水力振动主要由以下原因引起，即: 涡带振动、卡门涡列、狭缝射流、协联关系不 正确等因素。这里只针对协联关系破坏后引起的水 力振动进行分析实验和调整。目前蜀河水电厂在实 际运行中采用适当手动调节水轮机协联关系，使机 组达到最佳运行工况。由于在中国同类型机组中， 蜀河水电厂单机容量最大、运行工况复杂且为新投 运机组，希望本文介绍能为该类机型的设计和运行 管理提供一定的参考。导叶开度/ %桨叶开度/ %转轮室水 转轮室垂机组手动调整前后负荷/ MW平 + X 向振动 / m直 + Y 向振动 / m调整前调整后 调整前 调整后 调整前 调整后 调整前 调整后 调整前 调整后 调整前 调整后38413235374138413942394280 6780 6771 7671 76777775 475 483 183 180 780 782 7687 270 5477788473 58184 52908487 94418128607345711030610722610224210120943217861481077794706431998G1G2G3G4参考文献:G51王旺宁 乌金峡水电站灯泡贯流机组初期运行问题分 析J西北水电，2010，( 1) : 45 49G6欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈欈( 上接第 66 页)4结语( 2)方案 2循环油流方向 由 下 端 Y 方 向 流 进，+ X 方 向流出，此种方案也可以避免断油烧瓦的可能，可以为 运行人员赢得宝贵的紧急处理时间。而且在我们外 出学习培训的发电厂也是这种设计方式，机组运行 一直比较平稳。蜀河水电厂东电产机组轴承润滑油流方向在设计上，为避免机组断油烧瓦还存在探讨和改进的必 要，笔者倾向于方案 3，如此经由冷却器冷却的冷油 由底部进入，对于下部承重的径向瓦的冷却有更大 的效果，对于延长径向瓦的使用寿