贊比亞卡里巴北岸擴(kuò)機(jī)工程項目水輪機(jī)模型性能試驗研究

辛守龍

摘要：本文以贊比亞卡里巴北岸水電站擴(kuò)機(jī)工程為例，通過A801c模型水輪機(jī)性能實驗、研究、設(shè)計出的原型水輪機(jī)，通過相似換算后用于贊比亞卡里巴水電站北岸擴(kuò)機(jī)工程水輪機(jī)發(fā)電組，可以保證水輪機(jī)安全、穩(wěn)定、高效運行。本研究和實踐將為國外后續(xù)EPC項目的大型水輪機(jī)模型試驗提供有效的技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī)；模型；性能實驗；效率；研究

1 概述

卡里巴水電站位于非洲贊比亞和津巴布韋兩國交界的贊比亞西河中游卡里巴峽谷內(nèi)，除了砼雙曲拱壩外，由南、北岸電站組成，南岸電站屬于津巴布韋。卡里巴北岸地下廠房內(nèi)已安裝4臺水輪發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量4×150MW。本次擴(kuò)機(jī)工程是以贊比亞境內(nèi)的北岸電站為基礎(chǔ)進(jìn)行，新增擴(kuò)機(jī)2臺，裝機(jī)容量2×180MW，額定水頭89.0m；

2試驗要求

（1）所有試驗應(yīng)包括整個水輪機(jī)運行范圍模型水輪機(jī)導(dǎo)葉從0開度至110 %導(dǎo)葉額定開度之間最大間隔不大于10 %的各種導(dǎo)葉開度條件下進(jìn)行。

（2）原型水輪機(jī)的效率應(yīng)根據(jù)模型試驗對應(yīng)的效率換算確定。

3 試驗程序

（1）按照上述要求，性能試驗采用定水頭變轉(zhuǎn)速這一方式進(jìn)行，試驗水頭為30m。

（2）性能試驗覆蓋整個運行范圍，水輪機(jī)模型從0開度到110%額定導(dǎo)葉開度之間，最大開度間隔不大于10%的各種導(dǎo)葉開度下進(jìn)行。

（3）根據(jù)試驗結(jié)果，以單位流量、單位轉(zhuǎn)速（以D1進(jìn)行計算）為橫軸和縱軸來繪制綜合特性曲線，最終的綜合特性曲線完全體現(xiàn)模型水輪機(jī)的性能指標(biāo)，其包括等效率曲線、運行范圍、間隔10%的導(dǎo)葉開度線、95%的功率限制線以及最優(yōu)效率點。

4 特征參數(shù)的換算

（1）效率換算

在效率保證范圍內(nèi)，采用兩步法，由模型水輪機(jī)特性換算成原型水輪機(jī)特性。將測出的模型效率換算到雷諾數(shù)ReuM*下的效率。

將模型效率換算到原型工況。參照固定的雷諾數(shù)ReuM*，將模型效率hMt用下式

換算到原型雷諾數(shù)ReuP下效率。

在這種情況下，Hm*P按模型最優(yōu)效率點計算并在保證效率范圍內(nèi)是不變值。

（2）功率和流量的換算

原型水輪機(jī)的功率和流量用下列公式計算：

5 試驗結(jié)果

（1）模型最優(yōu)效率點

A801c最優(yōu)效率點

（2）額定工況點效率

（3）通過相似換算后得出原型機(jī)試運行以后在不同水頭、各級出力下的效率保證值，由下表可見，所有試驗點均滿足合同要求。

原型機(jī)在不同水頭、各級出力下的效率保證值

（4）出力保證值

6 實驗研究結(jié)果

A801c模型水輪機(jī)在規(guī)定的水頭范圍和導(dǎo)葉開度較寬廣的范圍內(nèi)在穩(wěn)定運行的前提下水輪機(jī)有較高的效率，且效率曲線變化平緩，總之，A801c模型水輪機(jī)有較好的水頭適應(yīng)性和負(fù)荷適應(yīng)性。

性能試驗的詳細(xì)結(jié)果見附錄A-性能試驗結(jié)果

參考文獻(xiàn)：

[1]IEC60193-1999（第二版）水輪機(jī)、蓄能泵和水泵水輪機(jī)模型驗收試驗規(guī)程；

[2]IEC60609-1-2004，水輪機(jī)、蓄能泵和水泵水輪機(jī)氣蝕損壞評定標(biāo)準(zhǔn)；

8附錄A 性能試驗結(jié)果