三峡电站水轮机方案设计.pdfVIP

第11卷第2期 1997年6月 东方电气评论 DDNGFANG DIANQI PINGLUN VoI．11 No．2 Junl997 三峡电站水轮机方案设计 张富钦陶喜群 曹大伟 摘要 敏连三蛱水电站的特点和对水轮机的基本要求，介绍东电公司在三峡水轮机方寨设计中的设想以爰对初期低zK头 发电，高水头小负荷运行稳定性、抗拒抄磨掼性舱与制造可行性等重太问题的研究，为设甘制造三蛱机组打下基础· 关键词三峡电站水轮机设计 长江三峡工程是目前世界上最大的水利枢纽工程，水轮机单机容量为710MW是世界上 最大的混流式水轮机。自本世纪初孙中山先生提出“蹦闸堰其水”的设想以来，建设三峡工 程成了中华民族几代人的梦想与追求。1992年4月，七届人大五次会议通过了《关于兴建三 峡工程的央议》，1994年12月国务院在中堡岛三峡工地隆重举行了长扛三峡工程开工盛典， 标志着“高峡出平湖，当今世界殊”的千秋伟业正式付诸实施。 长期以来，东电公司在上级领导和兄弟单位的支持配合下，对三峡机组进行了大量的科 研和论证工作，为三峡工程作出了贡献。1993年机械工业部三峡装备办公室下达《关于编制 三峡水电机组方案设计的通知》。为此，东电公司专门组织人员就三峡机组各种关键技术重新 进行了系统的分析研究，并于1925年3月完成了三峡工程水轮机方案设计。1994年12月李 鹏总理来东电公司视察时题词：“求实图强、把三峡机组造好”，给了东电职工极大鼓舞，决 心将继续努力做好三峡这篇文章。 1 三峡水轮机的基本要求和主要参数 1．1基本要求 (1)机组安全可靠，参数性能先进，运行维护方便。 (2)在额定水头80．6m下，水轮机额定出力为710MW。 (3)机组额定转速71．4r／rain或75r／min。 (4)为使电站在汛期减少弃水多发电，在小于额定水头80．6m时，水轮机出力应尽可能 大。 (5)水轮机高效率区应在高水头段及80％～100“额定出力的范围内。 (6)三峡电站水头变幅范围很大，应特别注意高水头区运行稳定性。 (7)通过水轮机的水流含有一定泥沙，水轮机的结构和选材应充分考虑这一因素。 (8)根据电站布置要求，水轮机蜗壳宽度应控制在34．325m以内。 (9)水轮机蜗壳应能承受全部内水压力，不考虑钢板与混凝土联合受力结梅。 收冀日辩t 1997一02-16 72 东方电气评论 第1I卷 1．2主要参数 水轮机额定出力／MW 水轮机最大出力／MW 发电机最大容量／MVA 装机数／台 最大水头／m 加权平均水头／m 额定水头／ra 最小水头／m 初期发电最小水头／m 水轮机型号 2三峡水轮机特殊性及对策 额定点比转速／mkW 飞逸转速／r·min。1 吸出高度／m 最高效率／％ 额定点效率／％ 水轮机轴向推力／MN 转轮直径／m 额定转速／r·rain_1 额定流量／m3·s_1 261 160 ——5 ≥95．5 ≥92．5 33．32 9．85 75 971．7 2．1转轮直径 世界上目前已运行的出力大于500MW混流式水轮机有62台，其主要参数如表I。 裹1 500MW以上水轮机参数丧 由表1可知，三峡的转轮直径居世界之最，相应零部件尺寸也十分巨大。如：顶盖外径 为13．5m，座环外径15．35m，主轴直径3．2m。这给设计、制造、运输和维护带来很多困难。 对策之1，尽可能地加大水轮机单位流量来减小转轮直径，确保蜗壳宽度B≤34．325m。 对策之2，使水轮机大部件具有足够的刚度和强度，确保机组安全稳定运行。为此，对大 部件都进行了三维有限元刚、强度计算。 对策之3，转轮用不锈钢整体制造，整体发运到电站。为此，东电公司正在进行必要的技 术改造，四川省已修建了大件运输公路和大件码头。 2．2运行水头变幅 根据国内外一百座装有大型混流式水轮机电站的统计资料表明，国外有90％，国内有 85“的电站Hmax／Hmin≤1．8，而三峡电站Hmax／Hmin=1．85。特别是Hmax／Hr，国外 m眦啪拍m呲胁n札 第2期 张富钦陶喜群曹大伟三峡电站水轮机方案设计 73 有85％，国内有75％的电站小于1．15，而三峡电站竟高达1．4。由于Hmax／Hr过大，使高 水头区运行在额定负荷时的导叶相对开度仅55“左右，水流在转轮叶片进口处有较大正冲 角，引起叶片背面脱流、空化和叶道旋涡}水流在转轮叶片出口处有很大正环量，从而导致 水轮机运行不稳定。 改善三峡水轮机高水头运行稳定性，应采取以下综合治理措施： (1)设置发电机最大容量，以增加高水头运行时导叶开度，扩大水轮机稳定运行范围。 (2)适当提高设计水头，使Hmax／／／d≤1．2，即凰≥94m，将改善水流进口流动条件， 降低和消除中高频率的振动和部件破坏。 (3)适当提高部件刚强度，特别应避免机械共振。 (4