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小水电站低负荷运行及气蚀预防措施刖1g小型水电站由于来水受环境因素的制约,运行工况大多偏离额定工况根据运行规程规定,小水电站所采纳的还击式水轮机是不能在低于额定出力的%工况下运行的,但是出于经济、环境等因素的综合考虑,只要切50实做好防止气蚀的措施,小型水电站在低负荷工况下运行是有必要的以里石门水库坝后电站为例,其担负着防洪、浇灌和发电三项任务设计时装机容量为水轮机型号为适用水1X500k W,H L220—W J—50A,头为流量为除了防洪时(同时也为丰水期)38〜54m,
1.77~
1.91m3/s o的满负荷运行,大多情况下,都低于额定工况运行特别是近年来的大旱天气,造成水库水位持续偏低;同时下游农业用水和生活用水的迫切需求,再加上华东电网“电荒”的严峻形势,迫使其根本上处于低负荷运行另外,丰水期来临时,为了尽量多利用来水发电,一般都将发电机运行功率因素值提高(即削减无功出力)来多发有功,大多情况下将功率因素值提高到因提高功率因素所欠发的无功,则通过枯水期多
0.90-
0.95o发无功赐予弥补,即在枯水期机组有功出力缺乏时,恰当调低发电机的运行功率因素值,以增加机组的无功出力,一般把数值设为左右
0.6由于上述情况的存在,里石门水库坝后电站的运行工况大多是偏离额定工况低负荷运行的,当然,机组均是在切实做好防止气蚀的措施和避开气蚀严峻区下运行的预防气蚀措施2水轮机是水电站中将水能转换成机械能带动发电机工作的核心装备,其重要性可想而知而水轮机运行的优劣及其运用寿命的长短,则与“气蚀”有着极为亲密的关系气蚀的产生和危害
2.1水轮机的气蚀是怎样产生的呢在还击式水轮机的流道中,由于边界条件的改变,局部流速的增高,致使压力下降或因转轮叶片迫使水流的力矩发生转变,使转轮叶片反面产生负压由于水中含有约%的空气和气核,5当压力低于空化压力时,就会发生空化现象,产生大量气泡这些气泡进入高压区后,开头凝聚并裂开,周围的水质点则高速向气泡中心撞击,形成局部高压,而撞击后的水质点反方向运动时又会形成局部低压,产生大量气泡,这种气泡的产生和溃裂过程称为气蚀气蚀对金属材料的破坏作用主要是机械作用,一种是属于在屈服点内的疲惫破坏,另一种是属于超过屈服点后塑性变形使它破坏水在水轮机的流道中产生空化现象后,这些气泡伴着水流进入高压区,在高压作用下气泡裂开而周围水质点向中心撞击能形成极高的射流速度,产生对水轮机过流边界的高速冲击,瞬间可达并且以万的3200X105P a,10〜20H Z频率进行在反复冲击载荷的作用下,金属部件的外表质点由韧性状态转为脆性状态,即“疲惫”它使金属的长久极限即屈服点下降,当水击压力大于屈服点时,金属晶粒脱落,严峻时,水轮机叶片会产生空孔、缺口,甚至脱落,造成水轮机过流部件的破坏同机遇组也产生了大量的振动和噪声,降低了水轮机的出力和效率,并且使水轮机的检修周期缩短,增加了检修工作的冗杂性和工作量其后果是造成电站运行本钱上升和人力、物力的耗损所以,在水轮机的生产制造,水电站的设计施工以及运行管理中,都应设法减轻或阻挡气蚀的产生避开气蚀严峻区运行
2.2防止或减轻气蚀的措施主要有改善水轮机的设计,提高转轮的加工工艺水平,采纳抗蚀材料,实行补气装置,还有就是防止水轮机长期在低水头、低负荷下运行我从年开头参与电站运行管理工作后,观看到一个现象:当机1995组出力接近时,机组产生的振动和发出的噪声就急剧增大;195-205kW当机组出力高于或低于该出力时,机组产生的振动和噪声便渐渐削减对此,经过与技术人员的商量分析,再结合本水轮机运转特性曲线,可以认为这个出力范围即为电站水轮机的气蚀严峻区,也就是实195〜205k W际运行时必需避开的工况其实,在枯水期只要避开此工况,最低出力至1左右时仍可正常运行,在75kW其后的检修中也未发现明显的气蚀现象,只是在敏感部位有些发黑现象防止气蚀的处理措施
2.3里石门水库坝后电站从建成投产以来,始终存在着低负荷运行1992的情况,为此,电站工作人员实行了很多切实可行的防气蚀措施由于年前电站由私人承包管理,经过长期的低负荷运行,在199719年大修时拆出转轮后发现转轮叶片反面已呈蜂窝点状,可见气蚀的严峻97性电站工作人员首先实行对转轮叶片的补焊措施,但由于电站的热处理技术不过关,静平衡实验条件有限,在重新装回转轮后发现并没有提高出力和减轻气蚀,于是电站工作人员确定采纳不锈钢转轮由于使金属具C r有肯定的抗腐蚀性,提高了强度和韧性,加、在室温时,材料是不稳N i M定的单相奥氏体,一旦受压变形,就会析出马氏体,使外表高度耐磨,加N还会提高金属的韧性和强度,对铁素体有固溶强化作用,提高钢的抗磨iM o性和抗蚀性,同时除外,合金元素都具有使材料晶粒细化的特性,强化M o了材料抗蚀性能考虑到价格因素,电站确定托付杭州发电装备厂加工制作一般钢上冠和下环、不锈钢叶片的转轮运用至今,叶0C r13N i5Mo片仍未见明显的气蚀迹象其次,为减轻气蚀,电站实行了补气措施补气能破坏真空,降低真空度,减轻气蚀破坏,改善运行稳定性在水轮机低负荷运行区补气会使机组效率有所提高,负荷在%左右时补气对效率无明显影响,在高70负荷区补气反而会使效率下降依据坝后电站的实际情况,采纳尾水短管在低负荷运行时补气,具有减轻气蚀和提高效率的双重成效最终,电站还对导水机构进行技改依据转轮中心偏后的实际情况,拓宽转轮内径锥度,使之前移同时修整导叶两端面和底环端面,提高两5mm,者的外表光滑度,有效地减轻了水轮机间隙气蚀的发生,与此同时也提高了水的利用率,增加了机组的发电量结束语3在实行切实的防蚀措施后,避开气蚀严峻区,机组在低负荷工况下运行,水轮机即使在低于%额定出力下,运行所遭受的气蚀损伤也很稍微,50水轮机的效率和运用寿命并未受到影响由于受环境因素制约,小水电站机组低负荷运行的情况将长期存在,只要做好防止气蚀措施,就能确保水轮机的正常运行。