浅谈安康水电厂水轮机改造的可行性

浅谈安康水电厂水轮机改造的可行性

宋洋1杨刚2

宋洋1杨刚2

（1安康水力发电厂机械分场陕西安康725000;2安康水力发电厂生产技术部陕西安康725000）

摘要：本文介绍了安康电厂HL220-LJ-550水轮机转轮在运行中出现机组振动、结构破坏等问题，探讨更换转轮的必要性，和更换方案的选择，提供有关人员参考。

关键词：振动改造经济效益

安康水电厂水轮机现状

安康水电厂4台HL220－LJ－550水轮机属于70年代苏联设计老式转轮，存在效率低、高效区狭窄、振动区范围大等缺陷。经十多年的运行实践表明，HL220型水轮机转轮在高水头、低负荷时产生剧烈振动和压力脉动，振区是80MW负荷以下，120-140MW负荷之间。其中，在60MW负荷附近振动尤为剧烈，该工况下，机组顶盖的水平及垂直振动、蜗壳及尾水压力脉动等严重超出规范的标准要求，整个机组段厂房混凝土都在振动，机组根本无法正常运行。

稳定性指标超标的原因分析

根据陕西电力科学研究院对《安康水电厂水轮发电机组稳定性测试与分析报告》，在分析机组顶盖振动原因的过程中，对比了4台机组的顶盖振动情况，在机组带负荷运行中垂直和水平方向的振动值都有超标。趋势表现为顶盖振动值随着机组接近额定满负荷运行时逐渐减小。分析该情况于负荷增加成反比，对应检修中机组轴线和中心调整数据符合国标要求，应该是水轮机在部分工况下稳定性参数超标及空蚀现象严重造成顶盖垂直振动增加。

在盘车时检查机组摆度基本没有超标，但在运行中确实发现机组水导轴承摆度Y方向超过标准值，在检修中对导轴承和机组中心进行检查和调整，基本排除导轴承检修和中心调整原因造成。需要加以考虑的原因还有转轮的特性和尾水管产生涡带造成机组的振动和摆度增加。

初步分析判断都与转轮运行工况差，振动摆度大有关。

综上所述，种种迹象表明，机组振动、结构破坏已危及到机组运行安全，为了保证机组长期稳定的运行，可以考虑运用新一代计算机水流动态分析系统（CFD），同时采用高强度抗磨及抗气蚀能力的特殊材料，通过先进的制造工艺对安康电厂转轮进行更换，扩宽机组稳定运行区，提高机组负荷可调节范围。

解决振动超标问题目前可能采取的措施

顶盖振动、轴承摆度综合来看都属于机组运行稳定性较差。分析发现上述问题与机组运行工况有一定的联系，实测的经验证明，水轮机压力脉动最大值发生在半负荷区域，涡带产生的压力脉动在导叶开度的30％～80％区间，所以改善运行工况可以延缓情况进一步恶化。同时，水轮机的空蚀超标也是造成振动和噪音的主要原因之一，需要采用的中下措施加以解决：

(1)更换新型可靠转轮

鉴于现代水轮机制造工艺的发展，完全可以制造出高效区宽，振动区狭小的新型转轮，同时新型转轮的加工可以采用质量更好的模压成型的叶片，转轮的上冠、叶片材料应用大型不锈钢的铸件。

(2)增加转轮补气装置

本电站水轮机在设计初期考虑到尾水管路的压力脉动，同样采用了多种补气方式，投产初期我厂采用的两种补气方式位置都在尾水管，有十字补气架和射流强迫补气两种方式，没有设置大轴中心补气。

转轮中心补气可行性分析

通过对水轮机结构布置的分析，安全性评价专家组认为，当前补气方式不能满足运行中的补气需求，可考虑增加大轴中心补气。以此来改善涡带造成的空蚀现象，这也是目前国内外混流机组消振的最有效的方法。增加大轴中心补气方式以打散尾水管内的偏心涡带，并建议保留短管补气装置。按安康电厂现场实际情况，若增加了大轴中心补气方式，建议取消短管补气装置。因尾水短管补气装置破坏了尾水流态，且对尾水管里衬有一定的破坏性，可能影响电站安全。

安康电厂机组主轴形式为双法兰空心式主轴，具备改造机组中心补气装置的基本条件，但是，水轮发电机组由于有励磁机存在，所以在发电机大轴上部安装补气阀和排水装置的位置条件是否具备还需要进一步与设计厂家讨论。另外，如果补气装置安装的补气管路需要通过大轴中心至转轮处，其中的设备加工量和安装工程量巨大，实施方案必须要全面论证。为此在2011年10月委托了北京勘测设计研究院开展了可行性研究，研究的结论是电站机组具备改造条件，但需改造更换发电机顶部励磁机，有关内容详见《陕西安康水电站水轮发电机组大轴中心孔补气可行性研究报告》。

转轮更换的必要性

电站已运行近二十年，设备老化，效率低下，与目前的优秀转轮相比，水轮机加权平均效率要低3%左右，相当于损失一个24MW的电站。

转轮更换以后，水轮机额定点效率至少提高3%，加权平均效率提高3%左右，年发电量增加8000万度电，机组出力增加3%，相当于调峰容量增加3%。

为了对改造后的机组有更明确的认识，现从以下几个方面对改造方案进行经济分析比较以求全面客观的说明。（以下各表均以单机考虑）

水轮机额定点运行参数比较

2.3结论

由于设备额定点效率设计较低，多年运行设备老化，出现缺陷，导致机组事故停机或汛期停备，已造成巨大的水资源浪费。建议将水轮机转轮更换为抗气蚀、抗磨损的不锈钢材料的转轮，可基本消除安全隐患。同时，额定单位流量相对原水轮机有所降低，对稳定性和减轻磨蚀有利。更换新的转轮，水轮机的效率比现在提高3%左右，经济效益增加。减少并延长检修周期，节约转轮裂纹的处理费用，并避免因频繁拆机带来其他损伤，对减小机组的振动也是治本的措施。

根据安康水轮机实际运行情况，以及现在的水轮机设计、制造水平，安康水轮机转轮改造是必要的，以有资质的厂家设计、制造能力、实际经验，安康转轮改造是可行的。