古巴瑪雅里水電站水輪機(jī)選型分析

吳 韜，王學(xué)鋒，干 超

(水利部農(nóng)村電氣化研究所，浙江 杭州 310012)

1 概述

瑪雅里水庫位于古巴東部的奧爾金省瑪雅里市，是瑪雅里河流的主要水庫，其工程開發(fā)目的是用于灌溉周邊的農(nóng)田、控制洪峰，減小河流下游地區(qū)的洪水影響，并可以進(jìn)行水力發(fā)電;在修建水庫和灌溉系統(tǒng)時(shí)就為水電站預(yù)先開挖了引水隧洞、廠房和尾水隧洞。

瑪雅里水電站利用已建的瑪雅里水庫為水源，電站由左岸廠房和右岸廠房組成，發(fā)電廠房均為地下廠房。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)結(jié)果，確定左岸廠房額定水頭13.50 m，額定流量10 m3/s，安裝1臺(tái)機(jī)組;右岸廠房安裝4臺(tái)機(jī)組，額定水頭42.93 m，其中1號(hào)和2號(hào)機(jī)組額定流量3.3 m3/s，3號(hào)機(jī)組額定流量1.1 m3/s，4號(hào)機(jī)組用于電站黑啟動(dòng)使用，裝機(jī)容量為50 kW。

2 水輪機(jī)機(jī)型選擇

2.1 左岸電站

左岸電站額定水頭13.5 m，最高水頭18 m，宜選擇軸流式水輪發(fā)電機(jī)組，該水頭段合適的機(jī)型有ZZ406、ZZ660、ZZ709這3種轉(zhuǎn)輪 (見表1)。

表1 左岸水輪機(jī)參數(shù)比較

在額定水頭和額定流量相同的情況下，ZZ660的轉(zhuǎn)輪直徑較大，轉(zhuǎn)速偏低，其配套發(fā)電機(jī)的效率也偏低，機(jī)組尺寸較另兩種型號(hào)大，機(jī)電設(shè)備投資將增加，可先行淘汰。ZZ608和ZZ709水輪機(jī)直徑及轉(zhuǎn)速相同，但ZZ608的效率較高，運(yùn)行區(qū)域所包含的高效區(qū)也更廣，經(jīng)濟(jì)效益更高;所以推薦轉(zhuǎn)輪ZZ608，選擇水輪機(jī)型號(hào)為ZZ608—LJ—135。

電站從水庫中取水，水體清潔，含沙量很小。ZZ608在左岸電站額定水頭時(shí)的臨界空化系數(shù)系數(shù)為0.615，轉(zhuǎn)輪葉片材料采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼制成，葉片采用數(shù)控加工而成，與模型轉(zhuǎn)輪幾何相似度較高，其抗蝕抗磨能力較強(qiáng)。在其整個(gè)運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，尾水壓力脈動(dòng)值較小，不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。

2.2 右岸電站

右岸廠房機(jī)組的額定水頭42.93 m，1號(hào)和2號(hào)機(jī)組額定流量3.3 m3/s，3號(hào)機(jī)組額定流量1.1 m3/s，4號(hào)機(jī)組用于電站黑啟動(dòng)使用，裝機(jī)容量為50 kW。

根據(jù)右岸1、2號(hào)水輪機(jī)工作水頭和流量范圍，宜采用混流式機(jī)組，該水頭段合適并且運(yùn)用較成熟的機(jī)型有HL743、HL801、HL904這3種轉(zhuǎn)輪 (見表2)。

表2 右岸1、2號(hào)水輪機(jī)參數(shù)比較

在額定水頭和額定流量相同的情況下，HL801的轉(zhuǎn)輪直徑較大，轉(zhuǎn)速偏低，其配套發(fā)電機(jī)的效率也偏低，機(jī)組尺寸較另兩種型號(hào)大，機(jī)電設(shè)備投資將增加，可先行淘汰。HL743和HL904水輪機(jī)直徑及轉(zhuǎn)速均相同，但HL743的平均效率比較高，運(yùn)行區(qū)域中高效區(qū)域的部分較廣，長期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益更高，所以右岸1、2號(hào)選擇HL743轉(zhuǎn)輪，水輪機(jī)型號(hào)為HL743—WJ—72，臥式布置。

根據(jù)3號(hào)機(jī)組的工作水頭范圍和使用流量，機(jī)組宜采用混流式水輪發(fā)電機(jī)組，因受地下廠房場(chǎng)地的限制，3號(hào)機(jī)組采用立式整裝機(jī)。適用于該水頭段的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型號(hào)有HL550、HL575、HL685這3種轉(zhuǎn)輪 (見表3)。

表3 右岸3號(hào)水輪機(jī)參數(shù)比較

HL575雖然水輪機(jī)效率稍高，但轉(zhuǎn)輪直徑大，機(jī)組轉(zhuǎn)速低，經(jīng)濟(jì)效益并不優(yōu)于HL685，因HL685具有較小的轉(zhuǎn)輪直徑、較高的機(jī)組轉(zhuǎn)速、較優(yōu)的能量特性，所以右岸3號(hào)機(jī)組推薦HL685轉(zhuǎn)輪，選擇水輪機(jī)型號(hào)為HL685—LJ—52。

右岸4號(hào)機(jī)組單位流量較小，機(jī)組型式與3號(hào)機(jī)組一樣，采用立式整裝機(jī)。4號(hào)機(jī)組采用HL84轉(zhuǎn)輪，該轉(zhuǎn)輪在小機(jī)組中運(yùn)用比較廣泛，直徑適宜，轉(zhuǎn)速恰當(dāng)，能量指標(biāo)較好。4號(hào)機(jī)組水輪機(jī)型號(hào)為HL84，轉(zhuǎn)速為900 r/min。

右岸4號(hào)機(jī)組作為電站黑啟動(dòng)以及不發(fā)電時(shí)提供廠用電，勵(lì)磁機(jī)宜采用永磁型勵(lì)磁機(jī)，調(diào)速器裝設(shè)2臺(tái)油泵，其中1臺(tái)為直流電機(jī)，供黑啟動(dòng)時(shí)使用;主閥為電動(dòng)蝶閥，主閥及旁通閥門均采用直流電裝，便于進(jìn)行一鍵黑啟動(dòng)。

3 結(jié)論

瑪雅里左右岸電站機(jī)組在選型方面和常規(guī)電站類似，但在機(jī)組型式及機(jī)組布置方面受到廠房空間等因素影響較大，對(duì)于此類已經(jīng)開挖完成的地下廠房在機(jī)組布置及設(shè)備尺寸方面要特別注意，臥式混流式機(jī)組可選擇蝸殼水平進(jìn)水方式，主閥可采用液壓閥門，以減少機(jī)組縱向的尺寸，機(jī)組也可斜向布置;當(dāng)不能滿足發(fā)電機(jī)檢修時(shí)抽軸所需的空間時(shí)，發(fā)電機(jī)可考慮整體吊裝檢修。對(duì)于單機(jī)容量較小的混流式機(jī)組，在起吊高度允許的情況下可以選擇立式整裝機(jī)組。軸流立式機(jī)組在選型時(shí)要充分考慮尾水位和機(jī)組安裝高程的關(guān)系，在滿足機(jī)組性能的前提下，盡量選擇吸出高度值較大的轉(zhuǎn)輪型號(hào)。比轉(zhuǎn)速、空化系數(shù)和吸出高度是密切相關(guān)的，比轉(zhuǎn)速越高、空化系數(shù)越大，就要求轉(zhuǎn)輪埋置越深，這3個(gè)參數(shù)應(yīng)最優(yōu)配合選擇。小容量立式機(jī)組水輪機(jī)層的高度還應(yīng)滿足廠房內(nèi)其他機(jī)電設(shè)備以及通風(fēng)消防的要求，必要時(shí)可適當(dāng)增加主軸的長度。