水電站水輪機(jī)模型驗(yàn)收試驗(yàn)及分析

于偉

摘 要 本文主要就水電站水輪機(jī)模型的驗(yàn)收試驗(yàn)，展開(kāi)了相關(guān)的分析與研究工作，首先就模型試驗(yàn)臺(tái)的標(biāo)定予以了詳細(xì)的介紹說(shuō)明，進(jìn)而針對(duì)水輪機(jī)驗(yàn)收試驗(yàn)展開(kāi)了深入的研究，結(jié)合本次研究，最終提出了一些具體的驗(yàn)收指標(biāo)，主要包括了效率驗(yàn)收、水輪機(jī)出力以及流量驗(yàn)收、空化、壓力脈動(dòng)、補(bǔ)氣、導(dǎo)葉水力矩、圓筒閥以及其它相關(guān)驗(yàn)收指標(biāo)。最終希望借助于本次研究的內(nèi)容，能夠?yàn)樗娬舅啓C(jī)模型的驗(yàn)收試驗(yàn)，提供一些實(shí)際的指導(dǎo)幫助。

關(guān)鍵詞 水電站 水輪機(jī)模型 驗(yàn)收試驗(yàn) 圓筒閥

中圖分類(lèi)號(hào)：TK730.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

伴隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)的整體用電需求正在急劇攀升，而傳統(tǒng)的火力發(fā)電存在諸多的弊端問(wèn)題，因此大力發(fā)展水電項(xiàng)目已經(jīng)成為滿(mǎn)足我國(guó)社會(huì)用電需求的重要舉措內(nèi)容。然而在水電站項(xiàng)目的建設(shè)過(guò)程當(dāng)中，水輪機(jī)的設(shè)計(jì)施工至關(guān)重要，因此對(duì)水輪機(jī)采取模型驗(yàn)收試驗(yàn)便具有十分重要的作用與價(jià)值，能夠十分有利地促進(jìn)水輪機(jī)的設(shè)計(jì)合理性，據(jù)此下文之中將首先就模型試驗(yàn)臺(tái)的標(biāo)定，進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，而后主要對(duì)水輪機(jī)驗(yàn)收試驗(yàn)的具體指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

1模型試驗(yàn)臺(tái)標(biāo)定

在本次水輪機(jī)模型的驗(yàn)收試驗(yàn)當(dāng)中，所采用的模型試驗(yàn)臺(tái)具備有水頭、流量以及力矩等多方面參數(shù)的原位率定系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)了國(guó)家相關(guān)權(quán)威檢測(cè)部門(mén)的檢驗(yàn)，符合模型試驗(yàn)臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)要求。其對(duì)于水輪機(jī)模型效率的檢測(cè)誤差率，可被控制在低于0.25%的范圍之內(nèi)。在試驗(yàn)實(shí)施之前，應(yīng)當(dāng)對(duì)水頭傳感器、電磁流量計(jì)、力矩傳感器等相關(guān)測(cè)量?jī)x器，要予以原位率定，并在試驗(yàn)結(jié)束之后對(duì)電磁流量實(shí)行二次審核，對(duì)于模型誤差通常存在于兩方面的原因，其一為設(shè)備與試驗(yàn)臺(tái)之間的率定差；其二為在最佳工況環(huán)境下，模型效率存在有一定的隨機(jī)性誤差。

2水輪機(jī)驗(yàn)收試驗(yàn)

2.1效率驗(yàn)收

在水輪機(jī)的效率驗(yàn)收當(dāng)中，本次試驗(yàn)所采取的水頭為30m，時(shí)間60s。對(duì)于模型水輪機(jī)的最佳工況位置選取了10個(gè)采集點(diǎn)，并給予了相應(yīng)的實(shí)際運(yùn)算工例，經(jīng)過(guò)運(yùn)算最終求得模型的最佳效率值為 mMax=96.14%，其所對(duì)應(yīng)的原型機(jī)最佳效率 pMax=97.12%，同初次試驗(yàn)的最終所得數(shù)據(jù)基本相符，確保了設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)要求，在原型機(jī)當(dāng)中最佳的工況點(diǎn)為：HP=205.2m，開(kāi)度75%，出力P=558.54MW。

2.2水輪機(jī)出力以及流量驗(yàn)收

對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求當(dāng)中的10個(gè)水頭出力保障值采取了見(jiàn)證試驗(yàn)，原型水頭HP=166.2m～216.8m，在水頭204.6m以及205.8m之時(shí)，試驗(yàn)的驗(yàn)收功率值相對(duì)于保障值較低，其他功率值則均符合保障值的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3空化

空化情況最初出現(xiàn)在螺旋槳葉當(dāng)中，水輪機(jī)當(dāng)中的空化情況在出現(xiàn)了一段時(shí)期的發(fā)展之后，其葉片的繞流狀況則會(huì)變差，因而也就直接導(dǎo)致了水力矩的降低，使得水輪機(jī)的功率出現(xiàn)明顯的降低，電能轉(zhuǎn)化的效率從而也就會(huì)降低。由于空化情況的產(chǎn)生，無(wú)法避免地將會(huì)在水輪機(jī)當(dāng)中的過(guò)流部件上產(chǎn)生出空蝕情況，這將會(huì)直接影響到水輪機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。加強(qiáng)水輪機(jī)的空蝕能力目前已成為了相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)與日常維護(hù)人員關(guān)注的重心，應(yīng)當(dāng)對(duì)此引起足夠的重視。在空化試驗(yàn)當(dāng)中通常包含了空化觀測(cè)，與外特性?xún)煞矫娴脑囼?yàn)內(nèi)容。

2.4壓力脈動(dòng)

在水輪機(jī)的整體運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)在空化系數(shù)中采取壓力脈動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)的水頭高度為30m。首先在壓力脈動(dòng)試驗(yàn)的檢測(cè)點(diǎn)位置布設(shè)當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)于蝸殼進(jìn)口、頂蓋及轉(zhuǎn)輪上冠間、肘管的上下游進(jìn)出口及其凹凸處，分別布設(shè)檢測(cè)點(diǎn)。其次在導(dǎo)葉開(kāi)度的選取當(dāng)中，以此選取了12～28mm之間，每間隔1mm選取一點(diǎn)，HP=167m～217.3m之間的8個(gè)特征水頭采取了驗(yàn)收試驗(yàn)，其結(jié)果同初次試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)大致相同，壓力脈動(dòng)值基本符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，未出現(xiàn)較高部分的負(fù)荷壓力脈動(dòng)。

2.5補(bǔ)氣

借助于模型試驗(yàn)來(lái)明確自主補(bǔ)氣的必要性，以及探尋減少尾水管的壓力脈動(dòng)及其相關(guān)位置的載負(fù)荷，以促使水輪機(jī)能夠正常平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)。試驗(yàn)的水頭為20m，在空化系數(shù)條件下，補(bǔ)氣試驗(yàn)采用了壓力脈動(dòng)最大位置處，以及在額定功率的最大值50%之時(shí)，采取中心孔補(bǔ)氣與邊緣壁壘補(bǔ)氣措施，檢測(cè)布設(shè)點(diǎn)位置選取與椎管之下的0.3D2、以及肘管上端45€壩胂露？5€按??？

2.6導(dǎo)葉水力矩

在導(dǎo)葉開(kāi)度9～28mm之間，測(cè)量水輪機(jī)模型的運(yùn)轉(zhuǎn)力矩?？捎谖仛さ乃膫€(gè)象限之中測(cè)定導(dǎo)葉力矩的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。同時(shí)為了測(cè)量不同導(dǎo)葉間在不同步的情況下，產(chǎn)生的水力不平衡狀況，應(yīng)當(dāng)測(cè)定導(dǎo)葉在獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，同相鄰導(dǎo)葉間的力矩大小。

2.7圓筒閥

通過(guò)對(duì)于圓筒閥的測(cè)量，能夠顯示出圓筒閥對(duì)于靜態(tài)力所產(chǎn)生的影響，導(dǎo)葉的實(shí)際開(kāi)度大小對(duì)于靜態(tài)力所造成的影響。對(duì)于圓筒閥的測(cè)量共選取了9～28mm之間共8個(gè)導(dǎo)葉開(kāi)度，并對(duì)于不同開(kāi)度情況下的軸向拉力予以了測(cè)量，在驗(yàn)收試驗(yàn)當(dāng)中選用了HP=250m，4個(gè)導(dǎo)葉開(kāi)度，以及6個(gè)圓筒閥開(kāi)度進(jìn)行了測(cè)量。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在水電站水輪機(jī)模型的驗(yàn)收試驗(yàn)當(dāng)中，首先需對(duì)模型試驗(yàn)臺(tái)的標(biāo)定予以確認(rèn)，而后在驗(yàn)收試驗(yàn)的結(jié)果證實(shí)，水輪機(jī)的效率驗(yàn)收、水輪機(jī)出力以及流量驗(yàn)收、空化、壓力脈動(dòng)、補(bǔ)氣、導(dǎo)葉水力矩、圓筒閥以及其它相關(guān)驗(yàn)收指標(biāo)均滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)的需求，同工程合同當(dāng)中的標(biāo)準(zhǔn)要求也基本吻合，因此在實(shí)際水電站水輪機(jī)的建設(shè)當(dāng)中，可采用該模型水輪機(jī)進(jìn)行相關(guān)的建設(shè)施工。最終希望通過(guò)本文的分析研究，能夠?yàn)橄嚓P(guān)的水電站水輪機(jī)建設(shè)提供一些參考、借鑒。

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