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2020-09-18 17:23

  大唐岩滩水力发电有限责任公司为大唐广西分公司所属的最大水力发电企业,也是广西电网最大的调峰调频电站,电站位于广西大化县岩滩镇。岩滩水电站是红水河上十个梯级电站的第五级,电站一期工程装设四台302.5MW水轮发电机组,装机容量1210MW。在建的二期工程计划装设2台300MW水轮发电机组,电站最终装机容量为1810MW。

  岩滩水电站四台机组均为哈尔滨电机厂产品,其中水轮机型号为HLA296—LJ—800,为哈尔滨电机厂上世纪80年代新产品,也是我国首台自行开发、设计、制造名义直径达8米的巨型混流式水轮机,1992年9月机组投运后,发现四台水轮机均存在以下问题:一是机组在210—280MW高负荷区运行时厂房楼板产生强烈振动;二是尾水管压力脉动严重超标(达25—38%);三是叶片裂纹严重,并发展到局部掉块程度。由于岩滩转轮是国内为数不多的巨型转轮之一,它的强烈共振、裂纹严重及压力脉动超标问题引起业内的高度关注。为解决问题,十几年来,一直在不断探索解决问题的方法,经过尝试在原转轮上进行多项改进措施未有明显改善后, 2003年采用A773a新型转轮替换A296转轮解决了共振问题,裂纹也有所改善,但压力脉动问题仍然突出。

  为彻底解决岩滩转轮问题,2008年开始岩滩公司与哈电公司重新合作,共同研制新型转轮替代A296转轮。经借鉴A773a成功经验,采用了国内八十多项最新的科技成果,最终研发出A773b型新转轮。相对岩滩A296型转轮而言, A773b型新转轮的主要创新技术为:

  1)采用进水边负倾角叶片。该叶片具有高效率区宽、适应水头变幅大的水力特点,其偏离工况流态较传统叶片有一定改善。另外,由于进水边负倾角叶片上冠处轴面半径小,使得尾水管涡带较传统叶片转轮涡带细。负倾角叶片另一特点就是叶片应力分布较好,常规叶片在叶片出水边与上冠连接处的应力最高,是叶片通常出现裂纹的位置。

  2)降低转轮最优单位转速。由于A296转轮在高于电站额定水头(59.4m)运行时叶片背面脱流特别严重,机组高于转频的振动带发生在水头为58m至68.5m之间,相当于单位转速为78.7r/min到72.5r/min。因此A773b转轮降低最优单位转速,将最优单位转速降到最高水头对应的单位转速72.5r/min,避免在电站运行范围内产生高水头区的背面脱流现象,使振动得到改善,可将转轮有可能发生的高水头振动区在电厂运行范围之外。

  3)增加叶片数。A296转轮设计有13块叶片,A773b转轮将叶片数增加到15块,这样一是为了提高转轮的刚强度,二是通过改变转轮叶片的干扰频率达到解决楼板共振问题。

  4)加厚叶片出水边。A296转轮叶片出水边薄,刚强度性能差,是导致叶片裂纹的原因之一。A773b转轮叶片出水边进行加厚度设计,翼型厚度分布规律的改变,大大降低了叶片出水边的应力,对提高叶片抵抗裂纹强度有好处。

  5)增加叶片包角。A773b转轮增加叶片包角,可以改善转轮的空化性能,间接减小压力脉动,从而改善机组的稳定性。

  6)增加Q11r/Q11o。增加Q11r/Q11o,可在Hmax/Hr一定的条件下,拓宽转轮在高水头的稳定运行范围。

  7)三角块与叶片同铸。叶片与上冠和下环出水区释压三角块与叶片同铸为一体,有利于改善叶片在上冠和下环出水区T字焊缝的应力分布,降低应力集中,从而增加叶片抗裂纹强度。

  8)叶片出水边反向修圆。A773b转轮叶片出水边采用反方向修圆角,即由叶片工作面向背面修圆,这样可增大叶片的平均开口和出流角,提高叶片背面最低压力值,降低出流速度,改善叶片出水边应力分布,提高叶片背面空化性能。

  9)整体铸焊结构及工地制造。A773b转轮采用整体铸焊结构,在工地制造(电站现场制造)方式,这种结构的制造方式为转轮上冠、下环与叶片三大件在制造厂内加工后,散件运到电站工地,在电站现场进行转轮装配、焊接、热处理、加工及平衡等全部工序。这种结构既能提高转轮整体制造质量,又能解决巨型转轮的运输问题。

  2010年3月26日,新的A773b转轮投运,经三个典型水头的变负荷、变励磁及变转速等稳定性测试结果表明,A773b转轮已彻底解决原A296转轮的中高负荷区与厂房强烈共振问题,尾水管压力脉动值也降到10%以内。2011年初对转轮进行检查,转轮未出现裂纹现象,说明转轮裂纹问题得到解决。岩滩A773b转轮替换A296转轮取得成功,在经济效益上,每年至少可减少检修时间近300个小时,增加电量收入约560万元,节约检修费约240万元,另外大大减少了机组振动引起的设备损坏事件的发生,提高设备可靠性,有效降低机组非计划停运。因此,A773b转轮改造的成功,无论是对发电效益和电站及发电设备本身的安全来说都有不可估算的效益。

  项目主要完成人陈湘宁,大唐岩滩水力发电有限责任公司生产副总经理,高级工程师。大学毕业后一直从事大型水电站生产技术管理工作,负责和组织多项重大技术攻关项目,解决重大生产技术难题多项。荣获大唐集团公司科技成果一等奖2项。大唐广西分公司的先进工作者,大唐广西分公司水轮发电机专家。

  项目主要完成人潘毓铄,大唐岩滩水力发电有限责任公司设备部副主任,工程师。从事水电站机械设备生产技术管理工作,负责多项水电厂机械相关项目的技术改造工作,获得大唐集团公司科技成果一等奖1项。是大唐集团公司安全先进工作者、大唐广西分公司的先进工作者及大唐岩滩水电公司十佳职工,中国大唐集团公司生产技术类B级112人才。(杨建)

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