水轮发电机组修复与现代化改造

水轮发电机组修复与现代化改造摘要：论述了我国水电机组的技术改造的必要性，本文立足于混流式机组的技术性能，就其关键性技术修复升级和现代化改造及发展进行探讨。关键词：中小型水电站；水轮发电机组；混流式机组技术改造；Abstract:ThispaperdiscussesChinashydropowerunittechnicalreformnecessity,basedonthetechnicalperformanceofmixedflowhydraulicturbine,thekeytechniquefortherepairofupgradeandmodernizationanddevelopmentarediscussed.Keywords:hydropowerstation;hydraulicturbine;turbinetechnology;中图分类号：TM31文献标识码：A引言当前，我国水电建设迎来了一个跨跃式发展的黄金时代。具体表现在：一是优先发展水电，加快水电项目开发步伐，大幅度增加水电装机；二是对老水电机组的运行特性，抗泥沙磨损、性能等进行技术改造和扩机增容改造；三是依靠科技进步和创新、强化科学管理、高度重视发电设备的健康与安全，挖掘潜力和提高能效。1现代化改造的必要性水电厂的技术改造，是紧紧围绕着水轮发电机组的技术改造和增容进行的。这对于提高出效率及安全运行水平，较好地满足电力市场对水电厂调峰，调频，快速响应要求和提高经济效益都是行之有效的措施。水电厂的技术改造，从经济角度讲是投资省、见效快、收益大的项目，经济效益和社会效益明显。从电力系统角度讲，由于提高了设备的可靠性和自动化水平及调节能力，因而对提高电力系统的安全可靠性和经济效益也是有利的。目前，我国水电厂的技改潜力很大，是电源结构调整的重要组成部分。现运行的水轮发电机组,一般都经过多年运行实践,证明其基本结构是可靠的,又大多具备增容的裕度,同时机组或多或少存在一些影响安全运行的缺陷。普遍存在发电效率低,定子线圈绝缘老化严重，普遍有沥青绝缘脱壳现象。定子及转子绕组温升均偏高,定子铁芯叠片松动、错位、振动大,定子槽楔松动、脱落,通风系统不良,定子铁芯和线圈沿轴向温度分布不均等问题,。进行现代化改造势在必行。2水轮发电机组修复后进行技术升级和现代化改造对运行了十年左右机组出现的问题，经过针对性的修复处理后，机组仍能正常运行，事实证明有必要对这样的机组进行升级和现代化改造。机组关键部件及应用材料的技术进步。早期水轮机转轮多采用铸件或铸焊结构，由于不锈钢材料价格昂贵，所以多采用普通钢制造，在叶片的易发生空蚀破坏的部位采用复合不锈钢或堆焊不锈钢保护层。这在运行中造成了很大的麻烦。葛洲坝水电站因水中含有泥沙，经相关部门讨论决定，转轮采用不锈钢材料，为国内大型水轮机采用不锈钢材料开创了先河。改革开放后从国外进口的机组，大多采用不锈钢叶片，其抗空蚀、抗磨蚀性能明显优于普通钢叶片。随着冶金技术的进步和材料质量的不断提高，材料综合性能也大大提高，在应用上，由原来低强度的碳素钢(屈服强度2700kgcm2)发展到高强度的不锈钢(屈服强度6000kgcm2)。随着各种焊接技术的不断完善，除部分中小型转轮叶片还应用20SiMn外，大部分叶片采用不锈钢材料与采用碳素钢的上冠和下冠焊接成整体转轮。现代化的大型水力发电机组，转轮叶片和上冠、下环均采用不锈钢材料。经实践运行证明，转轮及过流部件抗磨损汽蚀性能大大增强，运行效果良好因此，在大型水轮机转轮升级和现代化改造中，全都应用不锈钢材料。机组部件加工装备和加工工艺的技术进步。过去转轮叶片从未进行过机械加工，因为没有加工复杂空间曲线形状的加工机床。20世纪70年代葛洲坝水电站机组联合设计时，曾提议研制叶片加工专用机床，以提高叶片加工质量。20世纪80年代，出现了三轴、五轴数控加工镗铣床，国内也在90年代开始采用。但其加工费用高，许多用户无法使用。以三峡水电站左岸技术机组转让为契机，实现了对形状怪异的x型叶片的数控加工，质量优异。在大中型水电机组现代化改造中，如岩滩水电站8m直径的新转轮叶片加工，已经采用五轴数控铣床加工。3中小型混流式水轮机的改造技术要点3.1混流式水轮机及其发电机组的概念混流式水轮机是指水流从径向流入转轮，在转轮中改变方向后从轴向流出的水轮机，其叶片固定，不能够进行转动和调节。混流式水轮机运行效率较高，结构紧凑，能够适应很宽的水头范围，是目前世界各国广泛采用的水轮机型式之一，当水流经过这种水轮机工作轮时，其水流会以轴向流出、辐向进入，因此也可把它叫做辐向轴流式水轮机，还可称之为法兰西斯式水轮机，水流从四周径向流入转轮，然后近似轴向流出转轮，其转轮由上冠、下环和叶片三部分组成。混流式水轮机适用于水头自20米到700米的范围之内，运行稳定、结构简单、效率高，单机出力从几十瓦到几十万瓦，目前，混流式水轮机最大出力已经超过70万千瓦，其运用范围是最广泛的，它由埋入部分、转动部分、导水机构、辅助部分、布置部分这些部分组成。混流式水轮发电机组(FrGs)主要是由发电机和水轮机构成，前者的作用是把旋转机械能转换成电能，后者的作用是把水的势能和动能转换成旋转机械能，它是原动机。两者通过主轴来连接，其发电机的输出功率大小由水轮机决定，水轮机的输出功率与水头(上下游水位的高程差)和引入流量成正比，水头或流量越大，水轮机的输出功率也会更大。3.2混流式水轮发电机组存在问题混流式水轮发电机组在运行中会伴随着一些问题，这些问题主要表现在：3.2.1强烈振动问题在相当长的时期内，混流式水轮发电机组在运行过程中会伴随着强烈振动问题，这严重影响了水电站的正常和安全稳定工作，在大流量水流、高水头、和强电磁场的共同作用下，发电机组的运行主轴系统会同时受到水力激励、惯性激励、电磁激励的联合作用产生强烈振动，其运行规律非常让人捉摸不透，至今仍然是一个难以彻底解决的问题。3.2.2设计存在问题混流式水轮发电机组在结构设计上存在着问题，没有根据其动力学原理进行设计，这就影响了其安全稳定地运行。混流式水轮发电机组的关键技术进步和其发展趋势在进行水电项目建设时，由于发电机组的质量与性能直接关系到电站运行的经济效益，因此，受到了人们的广泛关注。我国的一些大型水力发电设备企业通过自主引进和开发技术，尤其是通过三峡技术转让合作生产，在这个基础上进行了自主创新，逐步掌握了混流式发电机组的电磁、通风、水力设计、推力轴承、结构优化、绝缘、制造工艺等关键技术，并跻身国际先进水平行列，特别是在发电机组全空冷技术上走在前列，引领了技术的发展，在不到十年的时间，实现了我国水电重大装备制造业的30年跨越。3.3混流式水轮机关键技术现代化发展对于混流式水轮机来说，空化、能量及其稳定性一直是人们研究的重点和关注的焦点。随着其发电机组尺寸和容量的不断增大，机组振动问题影响到了其安全运行，在这种情况下，要使得空化指标符合条件，能量得到优化，同时要进行水轮机稳定安全运行范围宽的水力设计。近些年来，水力研究手段越来越多，计算机三维粘性流体动力学分析成为了水力设计者的常用手段和工具，在水力开发项目日益增多，技术日益积累的情况下，这种手段工具的使用效率也越来越高。对于混流式水轮发电机组来说，推力轴承技术是关键，因此要加强推力轴承的设计和制造技术，这是非常重要的，对水轮发电机组安全稳定运行有着重要意义。对于那些巨型的混流式水轮发电机组的推力轴承，可以选择小支柱双层巴氏合金瓦推力轴承和弹性油箱塑料瓦推力轴承。4结束语水轮机发电机组现代化改造工作要建立在严格、科学的基础上,必须经过慎密的可行性分析和试验考证，混