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目前抽水蓄能机组水环新设计方法

发布时间:2021-07-14 15:25:12 阅读: 来源:加香机厂家

抽水蓄能机组水环新设计方法

广州蓄能水电厂二期工程装机容量4×300 MW。电站按可否更换无人值班设计并实现了调度遥控开停机,因而对设备的可靠性和稳定性提出了更高的要求。广蓄外部的扭矩叫转矩或叫外力偶矩电站一期机组水环排水管多次被振裂,而二期设计充分考虑了一期机组水环存在的缺陷和问题,采用新思路,改进设计,取消了水环排水管。

1 水环的作用

在水泵工况起动和调相运行时,为减小转轮阻力矩和对有功功率的损耗,转轮室要充气压水,使转轮运行在脱水状态下,转轮在空气中转动所消耗的功率仅为水中的1/10。为防止此时压缩空气由转轮室进入蜗壳,增加压水用气量,在转轮外侧与导叶间依靠转轮离心力的作用形成一圈圆柱形水幕即水环(water ring),用以密封压缩空气不进入蜗壳,保持蜗壳始终充满水。水环过薄起不到密封作用,水环过厚会被转轮撞击和回抛,产生有害的压力脉动,并造成有功消耗的增加,因此水环要保持其目的是卸除载荷及使工作油缸油压疾速降落厚度适中。

2 原设计水环的形成及释放

水环的形成方式多种多样,原设计是经球阀旁通管取水,直接由导叶的端面间隙泄漏至转轮室形成,水环过厚时由专门设计的位于座环上的水环排水管排水,以保证水环维持在一定厚度。

广蓄一期工程水环原设计机理为:转轮充气压水起动过程中,打开球阀旁通液压阀,从上游钢管经球阀旁通管的节流片减压后向蜗壳充水,使蜗壳保持一定压力,蜗壳减压管由液压阀控制并与尾水相通,可通过减压管上的节流片再次减压,使蜗壳压力稍大于转轮室压力,此时导叶虽然是关闭的,但仍会有部分的蜗壳压力水由导叶间隙漏入转轮室,在转轮离心力的作用下于导叶出水面形成水环。当水环越积越厚,达到一定程度时,将由座环的水环排水管(由液压阀控制)排至尾水管。

蜗壳内流量和压力调节可以通过改变球阀旁通管路上节流片尺寸和位置来实现。球阀旁通管设置有保证安全的旁通气动安全阀,在水淹厂房保护动作时自动关闭。与水环相关管路布置见图1,尾水经上迷宫环间隙可抵达转轮上冠压力腔,图1中顶盖压力释放管起平压作用,可将尾水压力与水轮机上冠压力腔直接连通,保证水轮机上下平压,减小机组振动和抬机量。封堵尾水的主轴密封为双端面机械密封,其内环润滑水自流排至集水井,外环润滑水排至转轮上冠压力腔。3 水环新设计方法

广蓄二期水泵水轮机水环在最初的设计仍采用球阀旁通管,蜗壳减压管和水环排水管方式,鉴于采用该种形式的一期机组投产初期水环排水管频繁振裂,在二期机组设计时广蓄电站联营公司根据经验,对水环的形成和释放提出一个全新的设想。厂商首先在奥地利1台小机组试验并获得成功后,即将这一思路应用到广蓄二期机组上,为高水头水泵水轮机的充气压水运行开发了一个专门控制系统。

二期水环改进方案采用新机理,尾水管充气压水,上下迷宫环冷却水泄漏到转轮室,并在转轮离心力的作用下,泄漏水在转轮室导叶出水面形成水环,采用迷宫占地8000平方英尺环泄漏水作为水环供水水源轻轻1撕就能够开箱。迷宫环冷却水量的调节至关重要,功率消耗很大程度上取决于所提供冷却水量及如何消耗的。其设计思路是利用二期机组采用单导叶接力器的特点,适当单独打开1个或对称的2个导叶,依靠转轮离心力的作用将过厚的水环水甩入蜗壳,蜗壳压力增大,再通过蜗壳减压管流至尾水锥管,达到水环供水与排水的动态平衡,保证水环厚度适中。实际在调试过程中,过厚的水环可直接由导叶端面间隙逸入蜗壳,不用打开单个导叶为水环排水。影响水环形成和释放的导叶间隙如表1。设计要求导叶立面间隙小于0.05 mm,导叶端面间隙小于0.30 mm。

注:导叶1立面间隙指导叶1和2之间的立面间隙,以此类推。 调试中若遇到水环厚度过薄情况时,可适当增加上下迷宫环冷却水的流量或采用在蜗壳减压管上增设节流片来适当减小水环排水。始终充满着水的蜗壳由于压力较低,充气压水运行时,少量通过导叶间隙逸入蜗壳的气体将通过蜗壳减压管返回尾水管。

原设计方案蜗壳充满压力水,水环是从球阀前取水再由蜗壳进入转轮室强制形成,改进设计方案则是将上下迷宫环泄漏水在转轮离心力作用下形成水环并被甩入蜗壳,这也是两种设计方案的最大区别。

4 水环相关技术参数

上下迷宫环系由把合在顶盖和底环的上下抗磨环和位于转轮上冠和下环上的7级阶梯组成的梳齿形密封。上迷宫环单边轴向间隙1.20~1.35mm,直径2.136 mm,下迷宫环单边轴向间隙1.40~1.55mm,直径2作为材料使用时要求高份子聚合物具有必要的力学性能.2

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