东风发电厂机组大轴中心补气装置改造.doc

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1、东风发电厂机组大轴中心补气装置改造冯文贵 , 雷洪进(贵州东风发电厂 , 贵州 清镇551408)摘 要 : 混流式水轮机运行过程中产生的尾水真空及空腔涡带是转轮发生空蚀的主要原因 , 空蚀使水轮机效率降低 、振动加大 , 严重时会造成设备损坏事故 。减小尾水真空及空腔涡带的方法就是对尾水管补气 。东风发电 厂原水轮机补气方式为尾水短管补气 , 补气效果差 , 且造成尾水锥管破坏严重及机组振动等问题 。经研究 , 东风发电厂结合机组增容改造将水轮机补气方式改为由大轴中心补气 , 本文介绍了大轴中心补气装置的结构特点 及改造后补气效果试验等 。关键词 : 水力机械 ; 空化 ; 空蚀 ; 大轴中

2、心补气装置 ; 补气试验及结果 ; 东风发电厂中图分类号 : TK7301321文献标识码 : B文章编号 : 1007 20133 ( 2005 ) 03200542033果考虑 , 短管应尽可能接近中心 , 这就给尾水短管补气的设计带来 很 大的 局限 。从实 际 应用 效果 来 看 , 这种补气方式的补气效果也不好 。目前较大型的混流式水轮机较多采用大轴中心补气 , 因为这种补气方式的补气口直接通向尾水锥 管的负压区 , 在电站的实际运行中取得了很好的效 果 , 提高了 机组 运行 的 稳定 性 。我 国 漫 湾 、宝 珠寺 、李家峡 、江桠 、大朝山等电站的机组均采用大 轴中心补气 ,

3、 不仅如此 , 国外公司为我国二滩 、三 峡等大型机组的设计中也采用了大轴中心孔补气结 构 。前言东风发电厂是乌江干流梯级开发的第二级电 站 ,机组增容改造前总装机容量为 3 170 MW ,机组 增容改造后总装机容量为 3 190 MW。电站以发电 为主 ,兼顾防洪和灌溉 ,在贵州电网中担任调频和调 峰任务 。电站 3台水轮机的原补气方式为尾水管短管补 气 ,从机组长期的运行情况来看 ,该补气方式效果不 太理想 ,近几年来 3 台机尾水管里衬均出现了较为 严重的撕裂和空蚀破坏现象 ,引起机组出现异常振 动 (特别 是 在 固 有 振 动 工 况 区 运 行 时 更 为 严 重 ) , 影响了

4、机组的安全稳定运行 , 同时给电厂带来了很 大的检修工作量 。因此 , 对水轮机补气系统进行研 究和改造非常必要 。02 东风发电厂机组大轴中心补气改造大轴中 心 补气 装置 由补 气 头 、大 轴 中 心 补 气 管 、外围补气管 、消声器及排水管路等组成 。211 补气头补气头由进气腔和排水腔组成 , 如图 1 所示 。 转动件与固定件之间采用浮动环密封 , 浮动环材质为高强度耐磨尼龙 , 从外部引入清洁水进行润滑和 冷却 。补气头外部的进气管上装有 1个橡胶瓣止回 阀 , 该阀可防止由于补气阀动作频繁阀板对阀体的 频繁撞击 , 减小噪声 ; 当不补气时止回阀处于闭合 状态可防止尾水倒灌

5、; 当转轮泄水锥下部出现一定 负压 (低于 1 个大气压 ) 且足以克服橡胶瓣止回阀 阀芯阻力时 , 止回阀自动打开向转轮室下部补入空 气来破坏尾水真空 , 从而达到减小机组振动和过流 部件空蚀 的目 的 ; 尾水 真空 度越 大 , 则补 气量 越1 水轮机补气方式为了消除水轮机运行过程中在尾水锥管区域附 近形成的真空 , 减小尾水压力脉动及空蚀破坏 , 一 般常用自然补气和强迫补气的补气方式对该区域进 行补气 。以前设计的自然补气方式通常为尾水管短 管补气 , 即在尾水锥管段径向均布 34根补气管 , 通过环形补气腔连通后引出 , 补气总管末端装设尾 水真空补气阀 , 当尾水真空达到补气阀

6、的设计开启 压力 (负压 ) 时 , 补气阀打开对尾水锥管补气 ; 而 强迫补气是从水轮机顶盖 、底环 、基础环和尾水管 锥管等处补入压缩空气 , 其效果较差而较少使用 。 由于受叶道涡的影响 , 水轮机形成负压的区域大多集中在转轮出口与尾水锥管之间的中心 。在尾3水短管补气方式中 , 为了减小短管对水流的阻力 ,收稿日期 : 2005 204 211作者简介 : 冯文贵 ( 1973 2) , 男 , 贵州省福泉市人 , 工程师 , 从事大 、补气流速越高 。排水腔 与外 部由 150 mm 的 排 水 管 路 连 接 , 将通过浮动环的冷却润滑水及大轴中心补气管的漏 水排走 。排水腔内装有

7、 1个液位传感器 , 当排水腔内积水达到报警水位时发出报警信号 ; 若水位继续 升高则应停机检修 。212 大轴中心补气管大轴中心补气管采用 230 mm 的不锈钢钢管 ,补气管从转轮中心体最下端 (补气口 ) 到发电机转 子上端轴的总高度 (长度 ) 为 1412 m , 为了满足大轴中心补气管的刚度和强度要求及起吊装拆方便 ,将补气管分为上 、中 、下 3 段 , 分别由上 、中 、下 法兰支撑 , 用 O 形 密 封圈 密封 。上 、中 、下 3 段 安装时均为一端固定另一端自由 。为了方便检修和更换下支撑法兰处的密封 , 在下段补气管的末端设 置了 1段延伸管 。在上端轴顶部装有 1个

8、 D g250手动对夹式蝶阀 (见图 1 ) , 机组正常运行时 , 此阀置全开位置 ; 当 电站尾水位过高 (超过补气头高程 ) 且机组较长时间停机或需要检修浮动环或止回阀时 , 可手动关闭 该阀以防止尾水上涌 。图 2 大轴中心补气装置补气管路示意图3 补气试验311 试验目的及试验方法测试各种运行工况下大轴中心补气装置的补气 速度和补气量 , 以检验改造后的补气效果 。为了尽可能不破坏原有流道 , 选定插入式风速 仪进行试验 , 主要仪器为速度探针和数字微压计 , 其中速度探针结构见图 3。速度探针的头部开有全压孔和静压孔 , 将探针正对气流方向 , 在 2个孔之 间就会形成压力差 ,

9、根据压力差和伯努力方程可以 计算出补气的速度 , 然后再计算出补气量 , 具体计 算如下 。图 1 大轴中心补气装置补气头结构示意图213 外围补气管路和排水管路外围补气管路为 1根 250 mm 的不锈钢管 (见 图 2 ) 。补气管从补气头引出后穿入发电机上机架 ,沿支架腿侧面穿出机坑引至厂房上游山体夹墙内 ,其出口处装设消声器以减小补气噪声 。 排水管路通过 1 根 150 mm 的排水管将排水腔 的 积 水 排 到 3 台 机 组 的 排 水 总 管 , 最 后 通 过 250 mm 的排水总管引至厂房集水井 。为方便观 察排水情况 , 在排水管路上设有 1段透明管 , 如果 发现排水

10、管内水量较大 , 应考虑停机检修或更换浮 动环 。另外 , 补气头外部还设有 1根 18 mm (壁厚 3mm )的进水管 , 给浮动环提供润滑和冷却水 。图 3 速度探针结构示意图( 1 ) 由伯努力方程可知 , 全压为静压和动压即 :之和 ,2PVP全 = P静 +2根据全压和静压的差值即可求得风速 V 为2 ( P- P)V =表 1 机组空载及带负荷 、用负荷工况下补气试验结果全静P毛水 吸出高补气风速 /(ms- 1 )( 2 ) 由风速计算补气量 ,Q = VS式中 : S 为过流面积 。 补气量测试的测点布置 ,即上游水位 /m下游水位 /m工况头H /m度 H s /m空载10

11、 MW20 MW30 MW40 MW50 MW60 MW70 MW80 MW90 MW100 MW110 MW120 MW130 MW140 MW147 MW甩 50 MW甩 100 MW甩 147 MW942178942183942183942183942183942183942183944138944140944140944142944144944146944146944148944148944138944142944148837182839138840182840132840118840132840152839148839148839131839131839134839134839134

12、839134839134839148839131839134- 5182- 7138- 8182- 8132- 8118- 8132- 8152- 7148- 7148- 7131- 7131- 7134- 7134- 7134- 7134- 7134- 7148- 7131- 71481161151161171181172214282613242623416013116110113880105103102102102102102105105105105105105105105105105103102根据现场实际情况选择在补气阀后端大约 3 m 长的一段直管补气管上 ,在直管段中间开 1 个直

13、径为 8 mm 的孔 , 将速度 探头伸入补气管内 , 将补气管和孔之间的间隙可靠密封 ; 在速度探针外接入数字微压计 , 在数字微压计中设置好空气密度就可以从微压计中直接读取补 气速度值 。312 试验步骤及试验结果31211 试验工况点选择受当时运行水头限制 ,试验时机组最大出力只能达到 147 MW , 所以在空载至 147 MW 范围内每相隔 10 MW 进行 1 次试验 , 同时选定了 3 个甩负 荷工况 , 共有 19个试验工况点 (见表 1 ) 。31212 补气系统主要参数补气管内径 : = 250 mm 补气管面积 : S = 01049 m2 重力加速度 : g = 918

14、1 m / s2 大气压力 : Pv = 1101 105 Pa31213 试验步骤及试验结果( 1 ) 记录各试验工况下的上游水位 、下游水位 等相关参数 。( 2 ) 启动试验机组并按试验大纲要求进行工况 调整 , 待每个工况点运行稳定后开始进行试验并采 集数据 。( 3 ) 试验结束后 , 分析 、确认所有试验工况点 测量数据的真实性和有效性 。试验结果见表 1。313 试验结论注 : 风速值由微压计直接读出 , 所读的数据是本工况点补气的最大值 。补气量小 , 在非稳定工况 ( 60 110 MW ) 区的补气量大 , 补气效果明显 。( 2 ) 在非稳定工况运行时 , 人走到尾水管进

15、入 门处可观察到尾水管内的水力振动和噪声都比大轴 中心补气装置改造前要小得多 。4 结语通过试验结果显示 , 东风发电厂水轮机补气方 式改造后机组的水力振动和噪 声都 得 到明 显的 改 善 , 补气效果明显 , 达到了预期的改造目的 , 说明 改造是成功的 , 可以保证机组的安全稳定运行 。( 1 ) 从表 1 补气试验结果看 ,在稳定工况区的能源发展越来越受到国家高度重视为了解决近年来能源供求矛盾突出及能源生产 、建设 、流通和消费领域存在的问题 , 统筹经济社会和能源发展 , 统筹 能源开发和节约 , 统筹能源发展和改革 , 统筹能源国内开发与国外合作 , 为我国国民经济和社会发展提供长

16、期 、稳定 、安 全的能源保障 , 党中央 、国务院决定成立国家能源领导小组 。国家能源领导小组主要是负责对我国能源战略规划和重大政策 、能源开发和节约 、能源安全和应急 、能源对外合作等 前瞻性 、综合性 、战略性的工作进行领导 。在 2005年 6月 2日由中共中央政治局常委 、国务院总理 、国家能源领导小组组 长温家宝主持召开的国家能源领导小组第 1次会议上 , 国家能源领导小组对近期能源工作如 : 制定完善能源中长期总体发 展规划和专项规划 , 促进能源结构调整和合理布局 ; 推进能源工业健康有序发展 ; 发展新能源和可再生能源 ; 全面推进节 约能源工作 ; 深化能源行业和企业改革 ; 加强能源运行调节等进行了部署 。(摘自 中国电力报 2005年 6月 7日第 3663期第 1版 )file:/D|/新建 Microsoft Word 文档.txtdf机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,mzxlkjvolfdjiojvkldffile:/D|/新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56