顶盖取水技术在水电站上的应用.doc

顶盖取水技术在水电站上的应用张鹏程 龚舰 （浙江杭州 杭州国电电站装备有限公司 310030） （北京 中国水利电力物资公司 100045）摘要介绍顶盖取水技术的结构设计、水力计算、系统布置等关键词水电站 顶盖取水 技术供水 应用电站技术供水系统一般包括水轮机主轴密封润滑水、机组各轴承冷却水、发电机定子空冷器用水、消防用水及厂房其它方面用水等。水轮机顶盖取水是将转轮上冠止漏环密封处的漏水用作机组供水水源，即将弃水回收利用。它对简化机组供水系统，降低工程造价有较大的意义。与常规供水系统相比，具有以下特点：1.与采用水泵供水或蜗壳取水相比，可节省大量电能和水量;2.具有稳定的供水压力;3.水质清洁，不需另设过滤装置。本文介绍顶盖取水的系统布置、顶盖取水水压及漏水量的计算、机组水主供管路的布置、水泵补充供水管路的布置、供水箱的布置等。1顶盖取水系统布置：为了确保不因顶盖取水而降低水轮机效率，因此转轮上冠止漏环密封处的间隙设计为正常值。机组刚投入运行初期，止漏环的漏水量相对小些，随着止漏环密封处磨损的增加而导致止漏环密封间隙增大，漏水量也相应增加。另外，与额定工况相比，在低水头工况运行时漏水量要略小些。无论机组在刚投入运行还是投入运行后，顶盖取水的流量会随运行工况的变化而变化，如果机组水用量超过转轮止漏环处的实际供水量，不足部分还需水泵供水补充。因此，顶盖取水为主供水源，水泵供水为补充供水水源。为确保机组取水管中水压的稳定和充足的水量，给水管路在通向一定高度处布置一供水池，供水池的水位通过设在水池内的液位信号器和溢流管来进行控制。设置稳压水池的目的：1）可避免不稳定工况的出现，保证水管的水压平稳。2）保证足够的供水量，顶盖取水仅为正常漏水量，不足部分由水泵供水。机组供给水的系统布置如下图1所示：2顶盖取水口水压的计算 图1 机组供给水系统布置图考虑到管路的沿程损失等因素，为保证一定的技术供水压力，须根据机组的运行范围和结构特点，合理设置取水口位置、管径和数量。机组冷却供水管路进口侧的水压计算如下：Hq=Z+ili/2gdi*(4Qq/di)2+i/2g*(4Qq/di)2 （1）式中：Hq为机组主供水管进口侧水压（m） Z为机组主供水管路进、出口高度差（m） Qq为机组主供水供水量(m3/s) i为主供水各管路段沿程损失系数 i为主供水各管路段局部损失系数 li为主供水各管路段各管段长度（m） di为机组主供水各管路段各管段的直径（m） g为重力加速度3.顶盖止漏环处漏水量的计算顶盖取水的水量来自转轮上冠止漏环的漏水,顶盖取水口设在止漏环的出口,因此取水口的水压就是止漏环出口的压力。转轮上冠止漏环密封处（见图2）的漏水量计算如下：Qq=Ds(2gH)1/2 （2）式中：为流量系数 其中=1/（L/2+1.5M） （3） 图2 转轮上冠止漏环密封图Ds为转轮上冠止漏环密封处的平均直径（m） 为转轮上冠止漏环密封处的单边间隙（m） L为上冠止漏环密封槽的长度（m）M为止漏环密封槽槽数 H为止漏环密封内、外侧的压力差（m）H=He-V2/2g-Hq （4）式中：He为机组运行水头（m） Hq为主供水管进口侧水压（m） V为转轮上冠进口处水流速度（m/s）V=Vr/sin （5）Vr=Q/D11B0 （6）式中：Q为各种工况下的水轮机流量（m3/s） B0为导叶高度（m） D11为转轮上冠进口处直径（m） 为导叶相对于各工况时的导叶出口角顶盖取水水压与漏水量不仅与转轮上冠止漏环的结构布置和水力参数有关，还与主供水管路的布置和参数有关。4顶盖取水管路的布置机组顶盖取水口的水压由取水管路和供水水池的布置所决定。为了减少机组取水管路的阻力损失，保证管路的供水量，管路布置的管径必须足够大，以降低取水管路的水流速度。一般取水管路的管径应大于DN150,管路中流速应小于3m/s。为了减少阻力增加供水量和机组安全运行的需要，取水管路的弯头应尽量少，管路中不设闸阀或截止阀以免误动作而使取水系统不畅通或增加沿程损失。为减轻或消除取水支管与总管连接处因水流的冲击扰动产生的噪音和振动，支管和总管的连接应顺水流光滑过渡，避免直角拐弯。5供水池的布置为了保证机组供水管路中的水压和水量的稳定，机组取水和水泵补充供水通向一只设在一定高度的敞开的供水池。供水池可设在厂房顶部一角。供水池设有溢流隔板，将水池分为储水池和溢流池。当水池的水量过多时，可通过溢流管把溢流池中的水排到尾水。在储水池设有高、低位水位信号器，用于自动控制水泵的启动、停止。为避免水流的涌动，顶盖取水管和水泵补充水管均设在储水池的底部。考虑到管路的沿程损失等因素，供水箱位于发电机层高20m左右，供水箱的容量应能在供水断路情况下，机组能正常运行不小于5分钟。6水泵补充供水管路布置机组以顶盖取水为主供水源，水泵供水为补充供水水源。为节省电能，供水水源可取自尾水管下游的出口端。水泵补充供水采用间歇式供水，通过供水池中水位控制装置自动操作控制水泵的开启、关闭。为保持水泵供水的水质清洁，在供水管路中设有过滤器。7使用实例：浙江遂昌应村电站顶盖取水计算结果及运行情况应村电站设计水头为Hr=220m,最高水头为Hmax=258.33m,最低水头为Hmin=202.55m,额定流量为Qr=8.23m3/s,机组转速为n=750r/min,装机容量为2x16MW,水轮机型号为HL(F613)-LJ-135。取水口压力：考虑到管路的沿程损失等因素，取水口压力为0.45Mpa左右。顶盖取水的计算成果：流速系数=0.37，取、供水速度V3m/s, 正常冷却需水量30.0/s。顶盖止漏环漏水量计算结果： 最大水头258.33m Nmax=18250kwQmax=34.5l/s 额定水头220mNs=16580kwQr=31.8l/s 额定水头220m80%Nr=13264kwQ=31.5l/s 额定水头220m60%Nr=9948kwQs=31.11/s 最小水头202.55m NS=14330kw Qmin=30.5l/s应村电站自2003年底投运以来，机组供水基本来自顶盖取水，备用水泵较少启