万家寨水电站水轮机抗磨蚀的主要措施.doc

1、万家寨水电站水轮机抗磨蚀的主要措施一、概述黄河万家寨水利枢纽水电站共装有 6 台立轴混流式水轮发电机组单机容量为 18 万 kW，总装机容量为 108 万 kW，设计年发电量 27.5亿 kW.h。万家寨水电站为多泥沙河流电站，其泥沙特征为：设计多年平均输沙量为1.49 亿，设计多年平均含沙量6.6kg/3实测多年平均含沙量为5.7kg/3(其中直径大于0.05的有害颗粒含量为1.378kg/3，占其总量的24.2%)，实测最大含沙量河口镇水文站1955年9 月1 日为 37.6kg/3；预测建库后排沙期时段平均过机含沙量为812kg/3建库后多年平均含沙量见表。在排沙期，除了高含沙水流直接对

2、水轮机进行磨损破坏外，还由于电站低水头运行，造成水轮机偏离设计工况，机组振动加大，从而使过流部件的气蚀加重；即使在非汛期，由于万家寨水电站被山西电网确定为第一调潮流电厂，机组参与潮流调节，同样使得机组经常在偏离设计工况的区域运行，振动加剧，产生气蚀破坏。根据黄河中下游多泥沙水电站尤其是三门峡水力发电厂运行的实际情况，万家寨水电站水轮机采取了优化水库泄流排沙设计、合理选择有关参数、优化水力设计和结构设计、采用优质母材和抗磨材料、避开机组振动区域运行等主要措施 以增加水轮机的抗磨蚀性能。二、优化水库泄流排沙设计，降低过机含沙量1.利用泄洪底孔作为枢纽主要排沙建筑物大坝左侧 5 10 号坝段的 8

3、个泄洪底孔进口底坎高程为915.0蓄水前坝前库底高程为899.0，比机组进水口低17，比引黄取水口低37，在库水位970水库最高洪水位时，单孔泄量为6603/。泄洪底孔能够排走水库中大量泥沙，有效控制泥沙主流，减少过机含沙量，维持有效库容。2.设置 5 个电站坝段排沙孔在大坝右侧 1317 号坝段设置 5 个电站坝段排沙孔， 其位置在机组进水口左下侧912.0高程处 (其中 5、6 号机组共用 1 孔)，主要控制直径大于 0.05的有害颗粒泥沙过机。 在水库最低运用水位952.0高程时，其孔泄流量为603/。排沙孔能将有害颗粒泥沙排至下游，减少有害颗粒过机；同时也可以排走水库右侧大量泥沙，有效

4、防止机组检修时进水口下部泥沙淤积。根据三门峡、龚嘴等电厂的运行经验，电站坝段排沙孔排走的有害颗粒泥沙应为机组的善水轮机的运行条件，减轻对水轮机的磨蚀。10 倍左右，可大大改三、合理选择水轮机参数，降低磨蚀的影响1.合理选择转轮流道中的水流速度转轮流道中含沙水流的相对速度是影响水轮机磨损强度的重要因素。根据黄河上多泥沙电站的水轮机运行情况和有关含沙水流磨蚀试验资料，结合本电站运行特点按照多泥沙河流适当降低水轮机参数水平的原则，参考已建电站的设计运行经验，确定万家寨水轮机的比转速为 220.kW 并使得额定工况下转轮叶片出口相对流速小于38/，最小水头、导叶全开工况下，转轮叶片出口相对流速小于34

5、/；高含沙量排沙期时段，导叶区最大流速小于20/，从而减轻高速含沙水流对水轮机部件的磨蚀。2.合理选择水轮机的吸出高度和安装高程在含沙水流条件下，气蚀往往提前发生，而且气蚀与磨损的联合作用又将进一步加重水轮机的磨蚀损坏程度。本电站按排沙期5 台机组运行、 1 台机组检修来选择水轮机最大吸出高度为5.0即能满足各种可能的运行工况，这时水轮机安装高程应该为895.0。而实际最终确定的水轮机安装高程为894.5，实际水轮机允许吸出高度为3.58，真机装置气蚀系数与模型临界气蚀系数的比值在含沙水流条件下大于 2，在清水条件下大于1.5，使得气蚀有较大的安全余量，保证水轮机能在高含沙水流条件下更有效地抗气蚀磨损，长期高效运行。3.合理选择水轮机设计水头水轮机运行工况直接影响着水轮机的磨蚀程度。合理选择水轮机设计水头，使水轮机在汛期也能有相对较好的运行工况，可以大大降低磨蚀对机组的影响。万家寨水利枢纽采用”蓄清排浑 ”的运用方式，电站每年 8、9 两个月为排沙期，水库从防洪限制水位966.0高程下降到 957.0952.0高程之间水轮机在低水头5055、含沙水流条件下担任调峰运行；其余的水轮机正常运行时段，水轮机在较