業內資訊中小型水電站水輪機轉輪改型設計的必要性和可行性
2020-12-01 11:18:09 來源：宜賓富源 點擊：0
簡介： 中小型水電站技術改造是水電事業發展的重要組成部分，本文通過對我國中小型水電站發展現狀的論述，分析了在中小型水電站技術改造中水輪機轉輪改型設計的必要性和可行性，并介紹了當前水輪機轉輪設計、測試和制造方面的新技術。關鍵字：中(zhong)小型水電站 水輪(lun)機轉輪(lun) 改(gai)型設計
相關站(zhan)中站(zhan)： 水輪機
１我(wo)國中小型(xing)水電站(zhan)的(de)發展現狀
建國(guo)以來，我國(guo)水(shui)(shui)電(dian)(dian)建設取得了(le)(le)巨大成就，據統(tong)計我國(guo)常(chang)規(gui)水(shui)(shui)電(dian)(dian)裝機(ji)(ji)容量(liang)(liang)已達(da)(da)到(dao)7700×104ｋＷ，其中，中小(xiao)型水(shui)(shui)電(dian)(dian)站(zhan)4．5×104余(yu)座，擁(yong)有機(ji)(ji)組(zu)(zu)(zu)7×104余(yu)臺(tai)，總裝機(ji)(ji)容量(liang)(liang)達(da)(da)2020×104ｋＷ，有近一半為50～60年代(dai)制造的(de)設備(bei)［1］。由于當時條件限制，這些電(dian)(dian)站(zhan)的(de)水(shui)(shui)輪機(ji)(ji)多數是(shi)應用(yong)前蘇(su)聯40～50年代(dai)的(de)技術，制造技術落(luo)后，效(xiao)(xiao)率較(jiao)低，過流(liu)能(neng)力差，總的(de)能(neng)量(liang)(liang)指(zhi)標偏低。加(jia)上大部(bu)分國(guo)產機(ji)(ji)組(zu)(zu)(zu)生產于特殊年代(dai)，不按電(dian)(dian)廠各(ge)種條件而硬性(xing)(xing)套(tao)用(yong)定型圖(tu)紙(zhi)，或僅按模型試驗的(de)特定角度硬性(xing)(xing)規(gui)定設計，致使原來水(shui)(shui)力效(xiao)(xiao)率不高(gao)的(de)轉輪又偏離了(le)(le)高(gao)效(xiao)(xiao)率區(qu)。還(huan)有性(xing)(xing)能(neng)指(zhi)標較(jiao)低，如高(gao)效(xiao)(xiao)區(qu)狹小(xiao)、振(zhen)動區(qu)范圍大、空(kong)化(hua)性(xing)(xing)能(neng)差等，對機(ji)(ji)組(zu)(zu)(zu)的(de)安全穩(wen)定運(yun)(yun)行(xing)產生了(le)(le)嚴(yan)重的(de)影響，很大程度上降(jiang)低了(le)(le)電(dian)(dian)站(zhan)設備(bei)的(de)運(yun)(yun)行(xing)管理水(shui)(shui)平和效(xiao)(xiao)益。
另外(wai)，由于(yu)(yu)大(da)(da)部(bu)分電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)(zhan)已運行(xing)了(le)三四十年，機(ji)(ji)(ji)組(zu)設備(bei)在(zai)性能和結構(gou)方面都已陳舊、事故(gu)增(zeng)(zeng)多(duo)(duo)、檢修頻(pin)繁。長期運行(xing)已使(shi)過流(liu)部(bu)件磨損(sun)，特(te)別(bie)是轉輪、導葉等部(bu)件由于(yu)(yu)空蝕和磨損(sun)，葉型(xing)遭到破(po)壞，間隙增(zeng)(zeng)加而使(shi)效(xiao)(xiao)率下降(jiang)。根據國外(wai)有關資料介紹，效(xiao)(xiao)率下降(jiang)約為２％。特(te)別(bie)是有些電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)(zhan)或(huo)由于(yu)(yu)當年是套用機(ji)(ji)(ji)組(zu)，或(huo)由于(yu)(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)(zhan)參數發(fa)生(sheng)變化，使(shi)機(ji)(ji)(ji)組(zu)長期在(zai)低(di)效(xiao)(xiao)率下運行(xing)，浪費能源，亟(ji)待早(zao)日(ri)解決(jue)。與此(ci)形成(cheng)鮮(xian)明(ming)對比的(de)(de)是，近(jin)年來(lai)(lai)，隨著(zhu)國民經濟的(de)(de)發(fa)展和人民生(sheng)活水平的(de)(de)不斷提高，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)負(fu)荷峰(feng)谷(gu)差愈來(lai)(lai)愈大(da)(da)，增(zeng)(zeng)大(da)(da)中(zhong)(zhong)小型(xing)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)廠在(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)系(xi)統中(zhong)(zhong)的(de)(de)調(diao)(diao)(diao)(diao)峰(feng)、調(diao)(diao)(diao)(diao)頻(pin)能力(li)也(ye)愈顯(xian)重要(yao)。而電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)系(xi)統越來(lai)(lai)越多(duo)(duo)地(di)(di)要(yao)求(qiu)水電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)組(zu)特(te)別(bie)是中(zhong)(zhong)小型(xing)水電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)組(zu)擔負(fu)調(diao)(diao)(diao)(diao)峰(feng)、調(diao)(diao)(diao)(diao)頻(pin)和事故(gu)備(bei)用任(ren)務，這(zhe)樣就增(zeng)(zeng)加了(le)機(ji)(ji)(ji)組(zu)啟動、停機(ji)(ji)(ji)次(ci)數，致使(shi)水輪機(ji)(ji)(ji)部(bu)件動載(zai)荷增(zeng)(zeng)加，運行(xing)條件變得苛刻，對那些設備(bei)陳舊的(de)(de)老電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)(zhan)，擔負(fu)這(zhe)樣任(ren)務顯(xian)然力(li)不從心。同(tong)時，近(jin)幾(ji)年大(da)(da)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)對地(di)(di)方電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)實行(xing)峰(feng)谷(gu)差價和峰(feng)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)超計劃加價政策，讓電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)中(zhong)(zhong)調(diao)(diao)(diao)(diao)節性能較好的(de)(de)水電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)(zhan)實行(xing)頂峰(feng)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)，多(duo)(duo)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)必將(jiang)會顯(xian)著(zhu)提高地(di)(di)方電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)的(de)(de)負(fu)荷率和經濟效(xiao)(xiao)益。
２水輪(lun)機轉(zhuan)輪(lun)改(gai)型的必要性和可行(xing)性
２．１水輪機(ji)轉輪改型的必要性
從我國水(shui)(shui)電事(shi)業的發展現狀來(lai)看(kan)，大批水(shui)(shui)電站存在(zai)的主要(yao)問題(ti)及產生的嚴重后果主要(yao)是長(chang)期以來(lai)水(shui)(shui)輪(lun)機轉輪(lun)的設計(ji)制造與(yu)使用條件相脫節，主要(yao)表現在(zai)下面幾(ji)個方面［2］：
（１）水(shui)(shui)輪(lun)機(ji)轉輪(lun)效率(lv)(lv)低。水(shui)(shui)輪(lun)機(ji)效率(lv)(lv)是水(shui)(shui)輪(lun)機(ji)性能的(de)重(zhong)要指標(biao)，據統計(ji)從50年(nian)代(dai)至今，水(shui)(shui)輪(lun)機(ji)效率(lv)(lv)每10年(nian)提高一(yi)(yi)個百分點(dian)，我國有(you)一(yi)(yi)大批機(ji)組水(shui)(shui)輪(lun)機(ji)轉輪(lun)系國內50、60年(nian)代(dai)產品(pin)，與90年(nian)代(dai)國內外先(xian)進轉輪(lun)相比，差距很大，真機(ji)效率(lv)(lv)約低2％～5％以上。造成可利用能源的(de)巨大浪費。
（２）水輪機(ji)與水輪發電(dian)機(ji)選型(xing)不合理(li)。“六(liu)五”以前(qian)安裝的水輪發電(dian)機(ji)組，由(you)于設計條件限(xian)制，有些電(dian)站選擇(ze)(ze)水輪機(ji)與發電(dian)機(ji)偏于保守，使水能不能充分利用，有些電(dian)站選擇(ze)(ze)水輪機(ji)與發電(dian)機(ji)容量(liang)匹配不當，從(cong)而(er)大大限(xian)制了機(ji)組出(chu)力。
（３）水(shui)(shui)輪機(ji)運(yun)行可靠性(xing)差。水(shui)(shui)輪機(ji)受當(dang)時設計、制造水(shui)(shui)平限制，水(shui)(shui)輪機(ji)抗(kang)空(kong)化、抗(kang)磨損、抗(kang)振動性(xing)能差，經(jing)幾十年(nian)運(yun)行，一些(xie)機(ji)組空(kong)化、磨損、振動嚴(yan)重，運(yun)行條件惡劣、事(shi)故隱患(huan)不斷增加。嚴(yan)重影響水(shui)(shui)輪機(ji)的(de)可靠運(yun)行。
（４）自然條件的變化。近(jin)年(nian)來隨(sui)著(zhu)經濟的發(fa)展(zhan)，有些電(dian)站(zhan)(zhan)的上(shang)游(you)大力發(fa)展(zhan)耗水(shui)量較(jiao)大的農業(ye)企業(ye)，工農業(ye)用水(shui)量突飛猛進。另外，隨(sui)著(zhu)人們(men)生(sheng)活(huo)質量的提高，生(sheng)活(huo)用水(shui)、環境用水(shui)、生(sheng)態(tai)用水(shui)等過去設計電(dian)站(zhan)(zhan)時忽略的部分消耗也一天(tian)比一天(tian)增多。這(zhe)樣(yang)部分水(shui)輪發(fa)電(dian)機(ji)組經幾十年(nian)投運，上(shang)、下游(you)水(shui)位(wei)已發(fa)生(sheng)較(jiao)大變化，原(yuan)有轉輪運行已大大偏離設計工況，甚至無(wu)法正常運行。
綜上所述，８０年代以(yi)前建設的一(yi)大批電(dian)(dian)站，由于機電(dian)(dian)設備落后，技(ji)術老化，機組設計水平低(di)，制造工藝差，技(ji)術參(can)數低(di)。以(yi)及部件(jian)老化機組出力(li)(li)(li)受阻和自然條(tiao)件(jian)的變化，已不能(neng)充分利(li)用已開(kai)發(fa)的水力(li)(li)(li)資(zi)源，從而造成水力(li)(li)(li)資(zi)源的再度浪費(fei)。再加上電(dian)(dian)網調峰的迫切需要(yao)。如何(he)提高已開(kai)發(fa)的水力(li)(li)(li)資(zi)源的經濟效益和社(she)會效益成為許多老水電(dian)(dian)廠面臨(lin)的重大課(ke)題。
眾(zhong)所周知(zhi)，水(shui)(shui)輪(lun)(lun)(lun)機(ji)(ji)轉(zhuan)輪(lun)(lun)(lun)水(shui)(shui)電站的(de)核心設備。水(shui)(shui)輪(lun)(lun)(lun)機(ji)(ji)的(de)水(shui)(shui)力性(xing)能、振動與(yu)空(kong)化主要取決于(yu)轉(zhuan)輪(lun)(lun)(lun)性(xing)能，轉(zhuan)輪(lun)(lun)(lun)性(xing)能的(de)優劣對合理(li)開發利(li)用水(shui)(shui)能、保證電網可(ke)(ke)靠性(xing)方(fang)面有(you)著巨大(da)影響。因此，對老的(de)水(shui)(shui)輪(lun)(lun)(lun)機(ji)(ji)轉(zhuan)輪(lun)(lun)(lun)的(de)更新改造(zao)勢(shi)在(zai)必(bi)行。通過對水(shui)(shui)輪(lun)(lun)(lun)機(ji)(ji)轉(zhuan)輪(lun)(lun)(lun)的(de)改型，可(ke)(ke)提高機(ji)(ji)組效率，增(zeng)加電站容量，改善機(ji)(ji)組運行的(de)安全穩定性(xing)。
２．２水輪機轉輪改型的可(ke)行性
首先，從經(jing)濟(ji)的角度分析(xi)，開發新電站投(tou)資大、周(zhou)期長(chang)，而進行水(shui)輪機轉(zhuan)輪的增(zeng)容改造(zao)由于不需要(yao)再建(jian)(jian)大壩等水(shui)工建(jian)(jian)筑物，故(gu)投(tou)資很(hen)少，見效很(hen)快，經(jing)濟(ji)效益(yi)很(hen)高(gao)。一般認為，對老電站的增(zeng)容改造(zao)其單位千瓦投(tou)資要(yao)比新建(jian)(jian)電站低２/３以上［３］。
因(yin)此，水(shui)電站(zhan)水(shui)輪(lun)(lun)機轉輪(lun)(lun)的(de)改型是(shi)一項(xiang)投入(ru)少產出多效(xiao)益顯著的(de)項(xiang)目(mu)，是(shi)提高水(shui)電站(zhan)運(yun)行可靠性和經濟性的(de)最主要方向，已成為許多國家(jia)解決能源短(duan)缺(que)問(wen)題的(de)手段之一。
其次，從技(ji)術(shu)(shu)上(shang)來說，近年來計算機(ji)(ji)與計算技(ji)術(shu)(shu)、流體(ti)機(ji)(ji)械三維流動分析與設計理(li)論、通訊與傳感(gan)器技(ji)術(shu)(shu)、現(xian)代(dai)控制(zhi)(zhi)理(li)論和(he)機(ji)(ji)械加工技(ji)術(shu)(shu)等(deng)都已取得了很大(da)的(de)進步。使得現(xian)代(dai)轉輪的(de)設計、測試和(he)制(zhi)(zhi)造方(fang)面(mian)都取得了長足的(de)進步。這些新的(de)技(ji)術(shu)(shu)主要表(biao)現(xian)在：
（１）數值模擬技術(shu)。五(wu)六十(shi)年代，混(hun)流(liu)(liu)(liu)(liu)式轉(zhuan)輪的(de)(de)設計(ji)(ji)基(ji)礎(chu)是本世紀初羅(luo)倫(lun)茲提出的(de)(de)通流(liu)(liu)(liu)(liu)理論，即假(jia)定(ding)轉(zhuan)輪中的(de)(de)葉(xie)片數無窮多(duo)，無限薄，這樣將三(san)維流(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)簡化(hua)成(cheng)軸對稱流(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)。從８０年代以后，隨著(zhu)計(ji)(ji)算機技術(shu)和計(ji)(ji)算流(liu)(liu)(liu)(liu)體(ti)動(dong)力(li)學的(de)(de)迅速(su)發(fa)展，水(shui)力(li)機械(xie)過(guo)流(liu)(liu)(liu)(liu)部件的(de)(de)三(san)維流(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)分析(xi)、三(san)維設計(ji)(ji)和優(you)化(hua)算法都(dou)有了長足的(de)(de)發(fa)展，已成(cheng)為過(guo)流(liu)(liu)(liu)(liu)部件水(shui)力(li)設計(ji)(ji)與流(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)分析(xi)的(de)(de)重要(yao)工具(ju)。目前，僅在(zai)水(shui)輪機研究領域就有清華、哈電和東方廠等國內近十(shi)家單位引(yin)進了先進的(de)(de)ＣＦＤ分析(xi)軟件。
如哈電(dian)，利(li)用(yong)(yong)ＣＦＤ分(fen)析軟件進(jin)行模型(xing)轉輪(lun)(lun)開(kai)發(fa)，完(wan)成了三峽(xia)右岸轉輪(lun)(lun)的(de)轉化(hua)設計(ji)，對豐滿、新安江(jiang)、丹江(jiang)口、東江(jiang)、烏溪江(jiang)等一批(pi)老電(dian)站改造項目(mu)進(jin)行數值(zhi)模擬和優化(hua)，完(wan)成了洛溪渡、水(shui)(shui)布(bu)埡、小灣、龍灘、公伯峽(xia)等電(dian)站水(shui)(shui)輪(lun)(lun)機的(de)水(shui)(shui)力設計(ji)。東方廠利(li)用(yong)(yong)ＣＦＤ技術(shu)開(kai)發(fa)出福堂電(dian)站用(yong)(yong)Ｄ307模型(xing)轉輪(lun)(lun)，其最高效率為94．43％。空化(hua)性能(neng)也很(hen)高，其空化(hua)系數δ＝0．047，飛逸轉速特性最大(da)為106．4ｒ/ｍｉｎ，最大(da)壓(ya)力脈動混(hun)頻雙(shuang)振幅值(zhi)為5．5％。
另外，西安理工大學從８０年代(dai)后(hou)期開始進(jin)(jin)行水(shui)輪(lun)(lun)機(ji)通流(liu)(liu)部件(jian)的(de)(de)(de)反問題(ti)研(yan)究(jiu)(jiu)［４］，先后(hou)提出并建(jian)立了基(ji)(ji)(ji)于Ｓ1流(liu)(liu)面(mian)反問題(ti)計(ji)(ji)(ji)算(suan)的(de)(de)(de)準(zhun)三(san)維設(she)計(ji)(ji)(ji)模(mo)型(xing)和(he)(he)方(fang)法(fa)、基(ji)(ji)(ji)于Ｓ2流(liu)(liu)面(mian)反問題(ti)計(ji)(ji)(ji)算(suan)的(de)(de)(de)準(zhun)三(san)維設(she)計(ji)(ji)(ji)模(mo)型(xing)和(he)(he)方(fang)法(fa)、基(ji)(ji)(ji)于混(hun)合譜(pu)方(fang)法(fa)的(de)(de)(de)全三(san)維有(you)旋(xuan)流(liu)(liu)動的(de)(de)(de)反問題(ti)計(ji)(ji)(ji)算(suan)模(mo)型(xing)和(he)(he)方(fang)法(fa)。近(jin)年來(lai)，在三(san)維粘性流(liu)(liu)設(she)計(ji)(ji)(ji)模(mo)型(xing)的(de)(de)(de)基(ji)(ji)(ji)礎上，又實現了設(she)計(ji)(ji)(ji)方(fang)案的(de)(de)(de)計(ji)(ji)(ji)算(suan)機(ji)自(zi)尋優(you)，達(da)到了根據廠站的(de)(de)(de)實際(ji)水(shui)力參數進(jin)(jin)行“量體載衣”式的(de)(de)(de)設(she)計(ji)(ji)(ji)，取得了水(shui)力機(ji)械轉輪(lun)(lun)設(she)計(ji)(ji)(ji)方(fang)法(fa)的(de)(de)(de)重(zhong)大突破。到目前為止，用該模(mo)型(xing)已先后(hou)為有(you)關電站、多家水(shui)輪(lun)(lun)機(ji)廠和(he)(he)有(you)關研(yan)究(jiu)(jiu)單(dan)位的(de)(de)(de)幾十臺(tai)水(shui)輪(lun)(lun)機(ji)轉輪(lun)(lun)進(jin)(jin)行了改(gai)型(xing)設(she)計(ji)(ji)(ji)，全部達(da)到了用戶提出的(de)(de)(de)改(gai)造目標。
這種針對某一電(dian)站進(jin)行(xing)專門設計(ji)與(yu)制造的水(shui)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)選型(xing)方(fang)法，可以保證讓每(mei)一個(ge)電(dian)站都可以選出適合自己(ji)電(dian)站條件的最優水(shui)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)型(xing)式，從而達到最佳運(yun)行(xing)效果(guo)，取得最大經濟(ji)效益。通過采用先進(jin)的計(ji)算機(ji)(ji)數值模擬技(ji)術對水(shui)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)轉輪(lun)(lun)進(jin)行(xing)增容改(gai)造，具有低投入、高產出、見(jian)效快(kuai)的特點。在改(gai)善運(yun)行(xing)性(xing)能的同時減少(shao)了(le)運(yun)行(xing)及維修費(fei)用、減少(shao)了(le)機(ji)(ji)組(zu)的停機(ji)(ji)時間，使電(dian)廠費(fei)用降(jiang)低并盡快(kuai)受益。
（２）模型測(ce)(ce)(ce)試(shi)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)。當前流(liu)體(ti)(ti)機(ji)(ji)(ji)械測(ce)(ce)(ce)試(shi)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)發展迅速(su)，諸(zhu)如壓(ya)力測(ce)(ce)(ce)量(liang)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、流(liu)量(liang)測(ce)(ce)(ce)量(liang)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)和(he)粒子(zi)圖(tu)像測(ce)(ce)(ce)速(su)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)有(you)較(jiao)大(da)的(de)(de)提(ti)升，多媒(mei)體(ti)(ti)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)和(he)計(ji)算機(ji)(ji)(ji)網絡(luo)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)進一步(bu)應用到流(liu)體(ti)(ti)機(ji)(ji)(ji)械測(ce)(ce)(ce)試(shi)系(xi)(xi)統中(zhong)。總(zong)之，以(yi)計(ji)算機(ji)(ji)(ji)為(wei)核心的(de)(de)自動測(ce)(ce)(ce)試(shi)系(xi)(xi)統已成(cheng)為(wei)現(xian)代測(ce)(ce)(ce)試(shi)系(xi)(xi)統的(de)(de)一個特點和(he)通(tong)用形式。國(guo)內的(de)(de)哈(ha)電(dian)、東方(fang)、雙富等(deng)廠家和(he)清華(hua)、河海、水(shui)科(ke)院等(deng)科(ke)研院校(xiao)都建(jian)設或(huo)對原水(shui)輪機(ji)(ji)(ji)模型試(shi)驗(yan)臺的(de)(de)電(dian)氣(qi)、測(ce)(ce)(ce)試(shi)系(xi)(xi)統進行(xing)了全(quan)面的(de)(de)改造。其綜合測(ce)(ce)(ce)試(shi)精(jing)度、運行(xing)穩定(ding)性和(he)重復精(jing)度大(da)大(da)提(ti)高。目(mu)前，全(quan)國(guo)已有(you)５座通(tong)過(guo)部級鑒定(ding)的(de)(de)現(xian)代化(hua)試(shi)驗(yan)臺，其效率綜合試(shi)驗(yan)誤差在±0．25％～±0．3％，為(wei)水(shui)輪機(ji)(ji)(ji)模型試(shi)驗(yan)和(he)電(dian)站改造驗(yan)證研究提(ti)供了良好的(de)(de)條件。如哈(ha)電(dian)研制(zhi)成(cheng)功了轉輪內部流(liu)態(tai)觀(guan)察(cha)成(cheng)像系(xi)(xi)統［5］，可通(tong)過(guo)光纖內窺(kui)鏡和(he)攝像頭采集轉輪進口(kou)處(chu)的(de)(de)脫流(liu)、葉道渦、空化(hua)和(he)出(chu)口(kou)處(chu)的(de)(de)空化(hua)、渦帶的(de)(de)信息，驗(yan)證ＣＦＤ的(de)(de)分析結果(guo)。也可通(tong)過(guo)觀(guan)察(cha)轉輪在各工況(kuang)的(de)(de)流(liu)態(tai)，為(wei)改型設計(ji)提(ti)供依據。
（３）剛(gang)強(qiang)度(du)(du)計算(suan)(suan)(suan)技(ji)術(shu)［５］。水(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)轉(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)不僅要有(you)(you)(you)好(hao)的(de)水(shui)(shui)力(li)性(xing)能(neng)(neng)，還(huan)應具備高(gao)的(de)剛(gang)強(qiang)度(du)(du)性(xing)能(neng)(neng)，這樣(yang)才能(neng)(neng)保證機(ji)組高(gao)效安(an)全(quan)地運行。因此對轉(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)的(de)剛(gang)強(qiang)度(du)(du)計算(suan)(suan)(suan)以及計算(suan)(suan)(suan)的(de)準確性(xing)尤為重要。傳(chuan)統(tong)的(de)設計方法采用(yong)簡單的(de)材料力(li)學理論將(jiang)葉片作(zuo)為一懸臂(bei)梁在全(quan)水(shui)(shui)頭均(jun)壓(ya)下計算(suan)(suan)(suan)根(gen)部應力(li)，計算(suan)(suan)(suan)結果與實際(ji)有(you)(you)(you)較大(da)出入，或通過模(mo)型試驗和電站實測(ce)(ce)來為設計者提供參考。而(er)且還(huan)無法計算(suan)(suan)(suan)葉片的(de)靜位移和固有(you)(you)(you)頻率。近年(nian)來隨著有(you)(you)(you)限元的(de)發展，機(ji)械構(gou)件的(de)剛(gang)強(qiang)度(du)(du)計算(suan)(suan)(suan)技(ji)術(shu)有(you)(you)(you)了很(hen)大(da)的(de)提高(gao)。用(yong)計算(suan)(suan)(suan)機(ji)模(mo)擬技(ji)術(shu)代替模(mo)型試驗和電站實測(ce)(ce)以成為可(ke)能(neng)(neng)。目(mu)前(qian)以ＡＮＳＹＳ和ＩＤＥＡＳ為代表的(de)一大(da)批大(da)型有(you)(you)(you)限元結構(gou)分析計算(suan)(suan)(suan)軟件在轉(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)剛(gang)強(qiang)度(du)(du)計算(suan)(suan)(suan)中得(de)到
了(le)廣泛的(de)應(ying)用(yong)，實(shi)現了(le)水(shui)力與(yu)強度的(de)交互式設計(ji)，計(ji)算(suan)(suan)結(jie)果(guo)更為準確，葉片應(ying)力狀況也更趨合(he)理。同時采用(yong)有限元(yuan)邊界元(yuan)法相結(jie)合(he)來計(ji)算(suan)(suan)過流部(bu)件的(de)流固耦合(he)振動(dong)，由(you)于考慮了(le)結(jie)構在流體中(zhong)(zhong)(zhong)振動(dong)的(de)附連水(shui)質量，可(ke)用(yong)計(ji)算(suan)(suan)來估算(suan)(suan)結(jie)構在水(shui)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)固有頻率，這種方法可(ke)在改造項目中(zhong)(zhong)(zhong)對機組的(de)穩定性進(jin)行(xing)預(yu)測(ce)。
（４）葉(xie)片(pian)模(mo)壓(ya)成(cheng)形技(ji)術。水輪(lun)(lun)機轉(zhuan)輪(lun)(lun)是水輪(lun)(lun)機的(de)心臟，因(yin)此它的(de)制(zhi)造質(zhi)量至關重要。直接(jie)影響著轉(zhuan)輪(lun)(lun)的(de)效率、抗空(kong)化(hua)性能(neng)和(he)運行穩定性。過去大多采用(yong)鑄(zhu)造方(fang)(fang)法(fa)制(zhi)造葉(xie)片(pian)，打磨(mo)(mo)(mo)光滑(hua)后(hou)(hou)(hou)與(yu)上(shang)冠、下環拼焊。該工藝方(fang)(fang)法(fa)有(you)很多缺點(dian)：型(xing)(xing)線偏差大、表(biao)面(mian)粗糙、打磨(mo)(mo)(mo)廢工、抗空(kong)化(hua)性能(neng)差，并且鑄(zhu)造的(de)葉(xie)片(pian)帶有(you)鑄(zhu)造缺陷，使得葉(xie)片(pian)使用(yong)性能(neng)變壞，對于(yu)大型(xing)(xing)葉(xie)片(pian)，葉(xie)型(xing)(xing)精確度(du)更難控(kong)制(zhi)，最終也不(bu)易達到要求(qiu)。近幾年來，模(mo)壓(ya)成(cheng)型(xing)(xing)技(ji)術廣(guang)泛(fan)用(yong)于(yu)水輪(lun)(lun)機轉(zhuan)輪(lun)(lun)葉(xie)片(pian)制(zhi)造，它是一項可以獲(huo)得葉(xie)型(xing)(xing)準確、鏟磨(mo)(mo)(mo)量小、價格適中、生產周期(qi)較短的(de)轉(zhuan)輪(lun)(lun)葉(xie)片(pian)制(zhi)造技(ji)術。其方(fang)(fang)法(fa)是將葉(xie)片(pian)母材(cai)進行初步加(jia)工，然后(hou)(hou)(hou)放在用(yong)數控(kong)機床銑(xian)好(hao)(hao)的(de)壓(ya)模(mo)內用(yong)壓(ya)力(li)機壓(ya)型(xing)(xing)，最后(hou)(hou)(hou)做局(ju)部修磨(mo)(mo)(mo)。這種(zhong)方(fang)(fang)式制(zhi)成(cheng)的(de)葉(xie)片(pian)型(xing)(xing)線好(hao)(hao)，材(cai)質(zhi)好(hao)(hao)，抗空(kong)化(hua)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)性能(neng)強，效率也易得到保證。如哈電應用(yong)ＩＤＥＡＳ和(he)ＤＥＦＯＲＭ－３Ｄ兩個有(you)限元軟(ruan)件開發了(le)動(dong)態計算模(mo)壓(ya)葉(xie)片(pian)中心和(he)壓(ya)力(li)噸位的(de)計算方(fang)(fang)法(fa)，已獲(huo)得了(le)成(cheng)功。
（５）葉(xie)(xie)片(pian)數控(kong)(kong)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)。對于(yu)葉(xie)(xie)片(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)過去采用“立體樣(yang)板(ban)(ban)－鏟磨(mo)”工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)，這(zhe)是(shi)一(yi)種(zhong)通(tong)過投(tou)入(ru)大(da)量(liang)手工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)勞(lao)動(dong)力，依據立體樣(yang)板(ban)(ban)作(zuo)(zuo)為測量(liang)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)具，把(ba)鑄件毛坯變成(cheng)葉(xie)(xie)片(pian)成(cheng)品的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)。根(gen)據文獻［６］，使用這(zhe)種(zhong)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)存在著(zhu)測量(liang)精度(du)差、使用操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)困難和(he)費用大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)三(san)大(da)致(zhi)命缺點。近(jin)年(nian)來，國(guo)內外(wai)各(ge)水(shui)輪(lun)機制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)廠家(jia)已(yi)(yi)取消了(le)傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)立體樣(yang)板(ban)(ban)，采用數控(kong)(kong)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)，它是(shi)一(yi)種(zhong)通(tong)過計算(suan)機系統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)軟件控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)機床自(zi)動(dong)操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)完成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)種(zhong)理(li)(li)想的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)。由于(yu)它能把(ba)葉(xie)(xie)片(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)理(li)(li)論(lun)曲面圖形通(tong)過數據輸出準確無誤(wu)地(di)傳送到執行(xing)指令的(de)(de)(de)(de)(de)操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)機構上，解決了(le)葉(xie)(xie)片(pian)測量(liang)與理(li)(li)論(lun)位(wei)置(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)自(zi)動(dong)找(zhao)正問題(ti)(ti)和(he)測點加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)余量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)自(zi)動(dong)計算(suan)問題(ti)(ti)，使大(da)型水(shui)輪(lun)機的(de)(de)(de)(de)(de)葉(xie)(xie)片(pian)制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)精度(du)較(jiao)傳統(tong)立體樣(yang)板(ban)(ban)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)有了(le)較(jiao)大(da)提高(gao)。如劉家(jia)峽２＃轉(zhuan)輪(lun)和(he)天生(sheng)橋(qiao)的(de)(de)(de)(de)(de)５＃、６＃轉(zhuan)輪(lun)都(dou)是(shi)采用數控(kong)(kong)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)。再者，從工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)程應(ying)用方面來說，近(jin)年(nian)來，老(lao)電站(zhan)機組的(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)改造(zao)(zao)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)已(yi)(yi)引起了(le)世(shi)界各(ge)國(guo)的(de)(de)(de)(de)(de)普遍關(guan)注，尤其在一(yi)些水(shui)力資(zi)源開發程度(du)較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)國(guo)家(jia)，更為重視(shi)。我國(guo)的(de)(de)(de)(de)(de)電站(zhan)更新改造(zao)(zao)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)與國(guo)外(wai)先(xian)進國(guo)家(jia)相比雖(sui)然(ran)起步較(jiao)晚。但也于(yu)８０年(nian)代初開始探索性的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)。２０年(nian)來，各(ge)類水(shui)電站(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)改造(zao)(zao)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)已(yi)(yi)取得了(le)不少的(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)績(ji)和(he)經(jing)驗，為各(ge)電廠和(he)科研單(dan)位(wei)培養了(le)大(da)批(pi)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)人(ren)員和(he)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)人(ren)，從而(er)為我國(guo)各(ge)電廠的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)容(rong)改造(zao)(zao)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)奠定了(le)基(ji)礎(chu)，使各(ge)水(shui)電站(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)改造(zao)(zao)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de)順利完成(cheng)成(cheng)為可能。
３結論(lun)
開發新(xin)電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)投資(zi)大、周期長，而老電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)增容更(geng)新(xin)改(gai)造(zao)(zao)由于不需要(yao)再建大壩等水(shui)(shui)(shui)(shui)工建筑物，故(gu)投資(zi)少(shao)、周期短(duan)、收益大。可(ke)見(jian)，水(shui)(shui)(shui)(shui)電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)更(geng)新(xin)改(gai)造(zao)(zao)已成(cheng)(cheng)為(wei)許多國家解(jie)決(jue)能源短(duan)缺的(de)(de)重(zhong)要(yao)手(shou)段之一，而水(shui)(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)輪(lun)(lun)是(shi)(shi)水(shui)(shui)(shui)(shui)電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)的(de)(de)主(zhu)要(yao)設(she)(she)備之一，水(shui)(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)輪(lun)(lun)性(xing)能的(de)(de)優劣(lie)對合(he)理開發利(li)用(yong)水(shui)(shui)(shui)(shui)能、提高(gao)水(shui)(shui)(shui)(shui)電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)運(yun)行可(ke)靠性(xing)和(he)經濟(ji)性(xing)、保證電(dian)(dian)網可(ke)靠性(xing)方面(mian)有著巨大影響。所(suo)以，水(shui)(shui)(shui)(shui)電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)水(shui)(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)輪(lun)(lun)改(gai)型(xing)設(she)(she)計(ji)已成(cheng)(cheng)為(wei)水(shui)(shui)(shui)(shui)電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)更(geng)新(xin)改(gai)造(zao)(zao)的(de)(de)主(zhu)要(yao)任務(wu)與關鍵途徑(jing)之一。與此(ci)同時(shi)，現代(dai)計(ji)算機(ji)(ji)(ji)數值模(mo)擬(ni)技(ji)術(shu)(shu)、模(mo)型(xing)測(ce)試技(ji)術(shu)(shu)、剛強(qiang)度計(ji)算技(ji)術(shu)(shu)和(he)制(zhi)造(zao)(zao)技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)不斷進(jin)步，為(wei)水(shui)(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)輪(lun)(lun)的(de)(de)改(gai)型(xing)設(she)(she)計(ji)創造(zao)(zao)了條件。因此(ci)，我(wo)們(men)應充分利(li)用(yong)現代(dai)科學技(ji)術(shu)(shu)成(cheng)(cheng)果，結合(he)我(wo)國八十年(nian)代(dai)之前建造(zao)(zao)的(de)(de)中(zhong)小型(xing)水(shui)(shui)(shui)(shui)電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)的(de)(de)實際(ji)情(qing)況(kuang)進(jin)行機(ji)(ji)(ji)組特別是(shi)(shi)水(shui)(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)技(ji)術(shu)(shu)改(gai)造(zao)(zao)。確保水(shui)(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)高(gao)性(xing)能、高(gao)質量和(he)安全可(ke)靠運(yun)行。
上一篇：水輪機應用于冷卻塔的認識
下一篇：最后一頁
