南津驿水电站水轮机增容改造.docx

广西水利水电GUANGXIWATERRESOURCESHYDROPOWERENGINEERING2013(3)

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·机电技术·

南津驿水电站水轮机增容改造桂亚琴，肖文燕，陈柱，江蓉

(重庆水轮机厂有限责任公司，重庆400054)

[摘要]南津驿水电站由于水头提高，原水轮机已不适应新的工况。论述了在不改动埋入部件的前提下，对转动部分、导水机构、导叶接力器控制部分等进行改造；并应用数值试验软件平台对水轮机全流道进行了CFD分析，对座环进行了结构静力学分析。数值模拟及电站运行表明本次增容改造方案的正确性。

[关键词]轴流转浆式水轮机；增容改造；协联关系；CFD;结构静力学；南津驿水电站

[中图分类号]TK73[文献标识码]B[文章编号]1003-1510(2013)03-0073-03

1工程概况

南津驿水电站位于四川资阳市，安装3台轴流转浆式水轮发电机组，水轮机型号为ZZ560B-LH-360,额定水头为7.3m,额定转速为115.4r/min,发电机额定出力为4000kW。2010年，资阳市政府实施“引沱济九”工程，其中对南津驿水电站大坝拆除121m溢流坝，新建9孔泄洪闸，对保留的217m大坝加高1.8m,因此，电站上游水位升高了，相应的水头和流量都发生了改变，水轮机偏移了最优工况运行，导致机组效率下降，水能得不到充分利用，为此，决定对该水电站水轮机进行增容改造。

出于对电站改造费用以及改造时间的考虑，经仔细查阅该电站的原始图纸资料并对电站进行现场实测，在满足改造预期目标的前提下，决定对其转动部分(不含主轴及操作油管)、导水机构部分(除底环外)、导叶接力器控制部分等进行改造，而蜗壳、座环和尾水管等埋件不更换。为了保证水轮机的水力性能和座环结构的刚度、强度，借助我公司的数值试验软件平台，对该机组水轮机全流道进行流体仿真分析，并对座环进行有限元分析。

2水轮机改造

2.1水轮机流道优化

ZZ560B型转轮由于当时的设计技术所限，效率不高，现在水头、流量发生了改变，水轮机偏移了最优工况运行，机组效率变得更低。为此，需要对转

轮进行更换，经过选型，决定选取ZZ660a型转轮，改造后的水轮机型号为ZZ660a-LH-360,额定水头为8.6m,发电机额定出力为5000kW。转轮更换了，活动导叶亦需做相应改造，通过导叶开口布置图的设计，发现该电站固定导叶内切圆尺寸能满足导叶最大开度时的外切圆尺寸，故活动导叶可按ZZ660a转轮模型的导叶翼形来设计。为减少改造费用，蜗壳、座环以及尾水管等埋件，不进行改造。

按ZZ660a转轮模型进行真机换算得到的导叶高度要比该电站原导叶高度要低些，初步给出两个改造方案：①导叶高度尺寸按原电站的，不作改变，即bo=1620(如图1a);②导叶高度尺寸按ZZ660a转轮模型换算真机得出，即bo=1318(如图1b)。这两个方案通过数值试验软件平台进行筛选，以便确定最优方案。

2.2水轮机流道CFD分析

水轮机内部流动特性可借助CFD软件进行三维数值模拟分析。

2.2.1实体建模及网格划分

利用Unigraphics软件对水轮机在额定工况下的全流道进行几何建模(包括蜗壳、座环、活动导叶、转轮及尾水管)(如图2),并对该几何模型进行网格划分，采用了T-Grid(混合网格)的Tet/Hybrid类型网格划分技术。

2.2.2数值计算

采用Segregated分离式求解器、Steady定常流动、RNGk-epsilon湍流模型对水轮机全流道三维几

[收稿日期]2013-02-26[修回日期]2013-04-07

[作者简介]桂亚琴(1962-),女，重庆人，重庆水轮机厂有限责任公司工程师，主要从事水轮机结构设计。

桂亚琴，肖文燕，陈柱，江蓉；南津驿水电站水轮机增容改造

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a.导叶高度bo=1620b.导叶高度b?=1318

图1导叶高度对比图

何模型进行数值模拟计算求解。

定解条件为：给定压力进、出口条件(因压力为静水压值，特对其进行了程序编译),湍流能及湍动能耗散率，壁面边界条件为在壁面处采用无滑移边界条件，近壁区应用标准壁面函数。

2.2.3结果分析

通过数值计算得到水轮机的水力性能，从图3至图5的速度迹线分布图和速度云图以及表1可以看出，额定工况下，两方案中水轮机流道区域内，大体上流线顺畅，尾水管直锥段内均无偏心涡带，但两者水轮机额定出力不一样，导叶高度为1620mm的要高些，究其原因可能是导叶高度的改变使得水流