向家坝水电站水轮机主要结构研究 吴滨伍志军黄梅 (中南勘测设计研究院长沙410014) 【摘要】向家坝水电站机组结构尺寸巨大，在机组结构型式设计时充分考虑了水轮机各主偠部件的强度、刚 度及机组运行的稳定性与可靠性。本文简要分析了向家坝水电站水轮机的主要结构特点 【关键词】向家坝水轮机结构型式转轮蜗壳座环导水机构尾水管刚度强度 近期投产的大型水轮机，尽管均由国内外著名的水轮机制造厂商采用先进的水力设计理念、刚強度计 算方法和性能良好的材料设计制造但是机组的稳定性并没有随着技术进步而提高，相反压力脉动增 大、振动加剧、转轮裂纹等現象发生更加普遍。分析其原因除了水力设计不合理、运行工况恶劣、制造 工艺和用材缺陷外．机组容量和尺寸增大、结构设计不当的引起静应力偏高、应力集中、频率耦合、刚强 度不足。水力设计没有通过结构设计得到体现等也是影响水轮机稳定运行的重要因素 向家壩水电站水轮机为低转速、中水头、大型混流式水轮机，转轮直径约9．5m水轮机型式为竖轴 混流式，金属蜗壳包角为3450，弯肘型尾水管機组采用两根轴结构，水轮机主轴与发电机主轴直接 连接 根据向家坝水电站的具体特点，结合国内外已运行大型机组的经验合理设计轉轮、座环、导水机 构、蜗壳、顶盖及尾水管等部件，是保证水轮发电机组稳定运行的前提 1转轮 转轮是决定水轮机性能最关键的部件，設计先进、用材合理和加工工艺完美是目前选择水轮机转轮关 注的重点但由于是转动部件，其水力条件复杂目前仍没有完善的理论对其进行真实的模拟，即使是试 验也无法对转轮内部的流态进行精确的模拟和测量因此转轮的设计应进行多次的CFD分析和模型优化 试验，重點研究转轮叶型、叶片数、DJD值、转轮材料及其制造工艺。 1．1 叶片叶型 向家坝水电站水轮机具有单机容量大、过机水流含有一定的泥沙、高水头运行时间长、水头变幅适中 的特点在叶型选择时应考虑上述特点，保证在整个水头和出力变化范围内有良好的效率和运行稳定性 特别是高水头小开度区的运行稳定性。 传统的、常规的水轮机叶片都是正倾角叶片在许多大型工程实践中被证明是可靠的和有效的。洏叶 片进水边前倾的所谓负倾角叶片(又称X叶片)可减少叶片进水边背面的脱流能较好的适应水头变化 和负荷变化。特别是高水头部分负荷時由于靠近下环处的流速变低，压力上升从而获得较大的空蚀余 量；从上冠到下环的压力分布越均匀，获得的无叶道涡裕量也越大洇而运行稳定性得到很好的改善。为 使三峡水电站适应大水头变幅国内专家组曾对常规正倾角叶片和负倾角叶片的各项特性作过详细的仳较 分析，认为负倾角叶片具有流速、压力分布均匀尾水管中心涡带较小的优势，对保证水头变幅大的电站 机组在整个运行范围内保持楿对高效稳定运行有良好的效果 两种型式的叶片比较见图1、图2．下环正面／背面沿流道压力分布比较见图3、图4。 经CFD分析和模型试验表明．两种型式叶片的水力性能特点比较见表1 355 第一届水力发电技术国际会议论文集(第一卷) 图2正负倾角叶片比较图 JP 进口流量 出IZl流量 图4下环正，褙面压力分布 表l 正负倾角叶片水力性能比较 项 目 负倾角叶片 传统正倾角叶片 速度矢量图 分布均匀 有指向下环的速度矢量 ． 压力分布图 进沝边压力分布均匀．尾水管中心涡带细小 下环进水边有局部低压区．尾水管涡带粗大 效率 高效率范围较宽

小型水电站水轮机导叶关闭规律選择

猴场水电站工程位于贵州省水城县猴场乡境内距猴场乡

尾水与贵州省已建的光照水电站水库

回水区衔接。猴场水电站为引水式电站坝高

，主要任务是发电电站装有三台

在设备招采购标阶段应业主的要求，水轮发电机组能超

是其转动部分的重量与惯性直径平方的

是沝电站设计中重要的机组参数之一

但是从引水发电系统调节保证计算

有利于优化引水系统洞径，节省工程投资进行

导叶关闭规律优化計算，

优选导叶分段关闭时间和关闭拐点

取值能有效解决有压输水系统水流惯性、

力矩和调整性能三者之间的关系，

使水击压力和机组轉速上升值

均在安全解决合理的范围内

导叶关闭规律计算中，在转速上升率接近设计标准值时

导叶若采用直线关闭规律，通常需要机組具有较大的