南湾水电站机组的增容改造

电力18讯：    1　电站基本情况
　　南湾电站位于信阳市西南8．5km的南湾乡，是淮河支流狮河南湾水库的坝后电站。设计水头20m，额定转速300r／min，额定流量9．77m3／s。
　　南湾水库以防洪灌溉为主。根据多年来运行的统计资料，灌溉正常流量60m3／s左右，而50m3／s居多，最大达73．8m3／s，正常发电引用流量只有33．6m3／s，大于机组引用的水量只能溢弃，造成水资源的浪费。本次通过增加水轮机的过流量对机组进行重新设计，对资源充分利用，增加发电效益。
　　南湾电站4号机原水轮机型号为HL260－LJ－126配SF1600－20／2600水轮发电机组。由于原水轮机的设计选型不合理，又因制造工艺等因素影响，机组效率达不到设计要求值，实际单机出力只有1450kW，需要对水轮机进行重新设计，设计后水轮机出力为1713kW，相应的发电机出力为1600kW。

2　对比分析
　　对4号水轮机的重新设计，要充分考虑到原水轮机HL260的一些结构和性能参数限制。原机组的引水部分已浇铸在混凝土中，如进水管、蜗壳等，原机组的尾水部分已经形成，不能重新设计，这样对原水轮机只能对导水机构、转动部分、轴承、主轴、密封进行重新设计。在考虑新设计结构的同时，对原有部分只能进行少部分的更改，这样就大大限制了设计的灵活性。
　　由于原水轮机型号为HL260，故重新设计不能考虑HL260机型，在此水头段中，能用的机型还有HL275、HLD7、HLA244。这几种机型对比见表1。
    从表1对比分析情况看：
　　1）由于原发电机SF1600－20／2600不动，由机组同步转速已确定为300r／min，由于蜗壳、尾水管等不动，则转轮直径已大致确定，只能是1．26m，这样机组的水轮机单位转速已确定为84．5r／min，只有HL275水轮机的单位转速为82．5r／min，与84．5r／min相接近。　　  

    2）由于重新设计的水轮机要保证1600kW的机组出力，是最终目的，而HL260、HL240、HLA244、HLD74等型号的单位流量都只有1．3m3／s以下，且相应的效率较低，这样只有HL275能保证机组出力，其它几种型号都不能满足使用要求。
3　水轮机的参数评定
　　由以上对比分析可知，本电站的水轮机重新设计只有选用HL275水轮机，水轮机参数确定如下：



    设计水头　20m
    额定功率　1713kW

    额定转速　300r／min

    飞逸转速　633r／min

    额定流量　9．73m3／s

    额定效率　89．7％

    最高效率　90．4％

    水推力　　102．7kN

　　允许吸出高度  ≤5.52-△/900

    转轮直径　1．26m

　　型号为  HL275－LJ－126

4　重新设计后的主要性能
　　1）水轮机重新设计后，为竖轴混流式、金属蜗壳，俯视为顺时针旋转。
　　2）稳定运行范围，在额定水头20m出力保证，在最大、最小水头和50％以上出力范围内均能稳定运行；在额定水头、额定流量、额定转速下，水轮机出力为1713kW，发电机出力为1600kW，水轮发电机组应保证稳定运行，机械强度予以保证。
　　3）在最高飞逸转速633r／min时，机组允许安全运行2min，水轮机及其辅属设备零部件保证安全运行，不发生有害变形。
　　4）汽蚀磨损失重保证，在机组投入运行后5000h～10000h内鉴定，在最大最小水头范围内，Hs满足技术条件状况下，按运行8000h，转轮汽蚀失重不小于2．54kg，气蚀损坏最大深度不大于7．1mm，气蚀损坏面积不大于612cm2（其机组超出力时间不大于500h）。
　　5）在全部运行水头下，负荷在50％～100％的额定出力范围内，水轮机均可稳定运行，全部位振动符合《水轮发电机组安装技术规范》（GB8564－88）的要求。
5　重新设计后的结构处理
　　南湾电站4号机组重新设计后，转轮的名义直径为1260mm，仍为小型机组通常的做法，活动导水叶数及固定导水叶数都应按照小型机组的处理方法来处理，即活动导叶为16个，固定导叶16个。为了保证重新更改后的机组与原模型机组完全相似，此次处理我们采用放大小型机按中型机组的设计方法来设计。

5．1　引水部分

　　引水部分包括蜗壳、固定导叶等，蜗壳采用原蜗壳部分，固定导叶进行重新设计，原固定导叶数量为16个，重新设计后固定导叶为24个，固定导叶的进口角采用原固定导叶的进口角不变，固定导叶的出口角采用活动导叶的最大和最优时，中间进口角作为固定导叶的出口角，把原固定导叶去掉，重新施焊固定导叶。固定导叶的高度由原来的478mm降低为450mm。

5．2　导水机构

    顶盖采用钢板焊接结构，设测压孔。

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