论水轮机映秀湾电站一号水轮机改造分析

论文导读：。水轮机改造后解决了转轮和导水机构存在的问题，水轮机水力性能得到明显改善，提高了水轮机效率，经济效益显著。1.转轮据映秀湾电站的水力资源情况和运行特点，水轮机技术改造的重点是通过采用更合适的转轮提高水轮机运行效率。从目前国内相应水头段的混流式优秀转轮中，选择转轮过流能力、最优单位转速及导叶相对高度与
摘要：映秀湾电站水轮机能量参数、效率设计值偏低，不利于水力资源的有效利用。水轮机导水机构过流部件磨损严重，导叶漏水大。转轮经过长期修复补焊叶片变形严重，已多处出现裂纹，机组稳定性变差，水力振动区大，急需对水轮机进行改造。针对1G机组水轮机运行中的问题对其改造方案进行详细分析。
关键词：映秀湾电站；水轮机；改造；安全生产
作者简介：唐军（1973-），男，四川彭州人，国网四川省电力公司映秀湾水力发电总厂发电部副主任，工程师。（四川 都江堰 611830）
1007-0079（2013）29-0235-02

一、工程概述

映秀湾电站位于阿坝藏族羌族自治州汶川县境内岷江上游左岸，电站设计水头54m，最高运行水头66m，最低水头47m，最大引用流量为240m3/s，电站装机容量45×3MW，实际最大发电能力为115MW。三台机组全部为哈尔滨电机厂制造，1972年竣工。电站采用径流引水方式，多年平均过机含沙量为0.33～0.37 kg/m3。
2008年5月12日因地震导致电站停产，2008年12月首台机组恢复发电，2009年5月8日全站3台机组全部恢复发电。2010年8月13日泥石流灾害后，映秀湾电站被水浸泡，水位至行车轨道以下约1m，设备锈蚀损坏严重。
电站于1971年9月第一台机组投产发电，设备运行时间长，存在问题较多，已投入运行30多年。转轮是以A36转轮为基础设计制造的，水轮机抗磨蚀能力差，过流部件磨蚀损坏严重。水轮机能量参数、效率设计值偏低，不利于水力资源的有效利用。水轮机导水机构过流部件磨损严重，导叶漏水大。转轮经过长期修复补焊叶片变形严重已多处出现裂纹，机组稳定性变差，水力振动区大。并且水轮机大修周期只有三年，频繁的拆装工作对机组造成了很大的损害。由于水轮机存在的问题已经严重威胁到机组的安全发电和经济运行，客观上要求对水轮机进行及时的技术改造。

二、改造方案

本次改造对1G机组水轮机转轮、导叶、底环、顶盖、主轴密封、源于：论文要求www.7ctime.com
接力器全部进行更换，其中水转轮、导叶、底环、主轴密封是重新设计制造的，顶盖、控制环是利用原有设备进行修复的。根据之前的水轮机改造可行性研究报告书中确定的方案，有利于转轮的选型设计，方案设计合理。导水机构的顶盖、控制环采用修复方案能部分降低设备改造费用，改造风险较小。水轮机改造后解决了转轮和导水机构存在的问题，水轮机水力性能得到明显改善，提高了水轮机效率，经济效益显著。
1.转轮
据映秀湾电站的水力资源情况和运行特点，水轮机技术改造的重点是通过采用更合适的转轮提高水轮机运行效率。从目前国内相应水头段的混流式优秀转轮中，选择转轮过流能力、最优单位转速及导叶相对高度与映秀湾现有水轮机相适应的转轮作为基础进行优化设计。
2.导叶
导叶体选用与蜗壳结构更匹配的对称型导叶结构，从多工况数值模拟分析的结果来看，在小流量工况时活动导叶与固定导叶的配合较好。为提高导水机构的抗空蚀、抗磨损能力，延长导叶的使用寿命，新导叶采用不锈钢材料制作，导叶立面采用金属接触式密封，端面采用橡胶密封。为了减小导叶的损坏，新导叶的设计将考虑减小轴颈尺寸以减少由于导叶肩部的“凸台”带来的空蚀破坏。[3]
3.顶盖
对旧顶盖进行修复，顶盖抗磨板及抗磨环更换为不锈钢材料，适当缩小导叶轴孔尺寸，对导叶轴颈密封、套筒密封进行改进。
4.底环
整体制作新的底环装配，底环抗磨板、止漏环采用不锈钢材料制作，底环采取不分半结构并改进底环与座环的连接方式。适当缩小导叶轴孔尺寸，对导叶下轴颈密封进行改造。

三、施工情况

本次映秀湾电站1G机组水轮机改造工作于2012年2月23日开工，2012年5月22日竣工，共计90天。在施工过程中出现了较多问题并采取措施进行了针对性的处理。

1.整体中心处理

水轮机改造期间校核机组中心发现水轮机和发电机定子中心偏差达2mm。通过查阅之前的检修记录发现，该机组发电机和水轮机中心存在偏差主要是由于2008年“5·12”地震时造成和加剧的。本次水轮机改造在多次校核发电机和水轮机中心的情况下，为了能比较彻底地解决中心偏差的问题，在发电机定子不考虑移动的情况下，和技术部门共同商量决定以定子中心为基准移动水论文导读：
轮机中心，在满足发电机空气间隙符合规范要求的前提下移动水轮机底环和顶盖来达到技术要求。通过结果验证该处理方案达到了既定要求，机组中心、发电机空气间隙、机组水平等数据全部符合规范要求。

2.底环处理

根据制订的整体中心处理方案，在满足发电机空气间隙符合规范要求的前提下移动水轮机底环和顶盖来达到技术要求。但现场的实际情况却是底环、顶盖均没有足够的移动空间。由于映站水轮机几大部件需要用平板车进行交通洞的运输，对外联系厂家也无法保证加工时间，因此决定在现场进行处理。
（1）根据之前校核的发电机和水轮机中心来确定底环、顶盖需要移动的量。并在底环、顶盖中心校核中通过实际测量记录移动量。根据计算，确定底环各部位需要打磨的方位（+Y和-X）及打磨量（2mm）。
（2）现场采用风动和电动打磨工具进行打磨，由于顶盖主要打磨的是抗磨板边缘，该处又需要装配橡胶盘根密封，因此打磨要求很高。
（3）由于底环移动，现场又对8个把合螺栓孔进行了扩孔处理。在现场经过5天时间的手工打磨完成了该处理工作，通过最终的校核中心达到了预期目标。

3.导叶处理

导水机构的预装配在厂家完成，顶盖和底环的抗磨板高度和现场不一致。在安装底环、顶盖测量抗磨板高度时发现厂家加工的导叶高度无法满足端面间隙的设计要求，需要对导叶进行加工。根据测量的顶盖、底环抗磨板高度后，按照0.60～0.80mm的总间隙要求对导叶进行配车，加工后的导叶安装后间隙满足设计0.48～

1.08mm的技术要求。 4.控制环处理

1G机组水轮机改造的顶盖和控制环是在原设源于：毕业设计论文网www.7ctime.com
备的基础上修复的，在现场装配时发现控制环无法在顶盖上安装到位，接力器也无法正常安装。通过现场实际测量，对顶盖和控制环作如下处理：对顶盖上尺寸偏高的局部进行打磨；控制环按照底抗磨块的宽度将控制环底面车削8mm。通过以上处理，控制环能正确安装到顶盖上，并有3mm的磨损余量。

四、运行情况

该项改造工程于2012年5月22日完成，在随后的开机试验中一切正常。开机过程中监视机组各部摆度、振动及漏水情况、水导轴承油温、瓦温均正常。甩负荷试验分别按25%、50%、75%、100%水轮机额定负荷进行，甩额定负荷时涡壳水压上升率小于40%，转速上升率小于40%，主轴密封漏水正常，水轮机各部运行无异常。
2012年8月7日对1G水轮机进行检查，水轮机过流部件情况良好。转轮整体情况良好，冲刷表面光滑，无坑斑、裂纹等，泄水锥完好（见图1）。顶盖、底环抗磨板完好，无刮痕，无气蚀和磨损痕迹（见图

2、图3）。导叶在全开开度下留下的印迹，用手触摸无明显的凹凸感和边缘（见图4）。

五、改造效果

1.维持正常的安全生产

由于映秀湾电站水轮机已投产30多年，水轮机导水机构过流部件磨损严重，导叶漏水量大。特别是转轮叶片经过多次大修时的补焊、铲磨，转轮叶片多处出现裂纹，其过流面型线已与原设计有较大变化，对水轮机水力性能影响很大，近年水轮机部分异音和异常振动明显增大。现有的水轮机转轮经过多年修补已接近报废，通过本次水轮机改造增加了机组的可靠性，机组的安全运行得到了保证。

2.提高水轮机效率

映秀湾电站水轮机效率低，经济效益差。提高水轮机效率可以更好地利用有限的水力资源，增加发电量，为企业创造更大的经济效益。

3.提高水轮机抗磨蚀能力

映秀湾电站为径流引水方式，多年平均过机含沙量为0.33～0.37kg/m3，水轮机转轮磨蚀损坏严重。为了提高水轮机转轮的抗磨蚀能力，确保水轮机的安全运行，有必要对水轮机转轮进行改型更换。

4.增加电站出力

映秀湾电站总装机容量135MW，但是由于电站现有条件的限制，实际出力只有115MW。通过对水轮机过流部件的改造，特别是采用先进的设计方法和设计手段对转轮进行重新选型设计，提高转轮最优效率及论文导读：
经常运行工况的加权平均效率。[4]扩大转轮高效率区范围，改善机组的运行状况，在不增加电站耗水量的情况下，通过提高效率可以适当提高电站的水轮机出力。

5.延长机组大修间隔

由于水轮机过流部件磨蚀损坏，特别是转轮和导水机构的空化相当严重。其过流部件型线已与原设计有了较大的变化，对机组水力性能的影响已日渐明显。同时，频繁拆装对机组各部造成很大的影响，加快了机组的老化，更进一步影响了机组的正常运行。通过水轮机技术改造可以延长机组大修周期到5年，使今后水轮机的检修工作量减少，检修工期缩短。

6.适应电力市场的要求

映秀湾电站年运行小时数约5500h。其中5～10月为汛期，水轮机净水头为47～52m，汛期约为4000h，非汛期按1500h。针对电站的水力资源情况，以高性能转轮替代现有转轮后，扩大水轮机转轮高效率区范围，改善机组的运行状况，水轮机的振动区范围将减小，机组负荷调节范围将增大，小流量工况的能量指标和稳定性提高，从而能更好地适应电网要求机组增大负荷调节范围及随时开、停机的要求。
六、结语
映秀湾电站水轮机通过改造后解决了转轮和导水机构存在的问题，在效率、稳定性和整体抗磨蚀方面都将有明显提高，改善了水轮机的运行状况，消除了不安全隐患，经济效益显著。
参考文献：
严利，熊朝坤.小型水电站水轮机改造研究与实践[J].中国农村水利水电，2010，（10）.
苗亚旭，周娅.水轮机改造方案分析[J].云南电力技术，2011，（1）.
[3]李亚军，刘莉.ZD760-LH-100型水轮机改造[J].黑龙江水利科技，2009，（3）.
[4]吴晓冬，赖喜.基于多工况数值试验的水轮机改造优化设计技术[J].西华大学学报：自然科学版，2008，（6）.
（责任编辑：王祝萍）