美國FARGO電站水輪機的創(chuàng)新設計

朱勇軍，徐澤強

(浙江金輪機電實業(yè)有限公司，浙江　金華　321000)

美國FARGO電站水輪機的創(chuàng)新設計

朱勇軍，徐澤強

(浙江金輪機電實業(yè)有限公司，浙江金華321000)

1概述

美國FARGO電站為同一電站兩種不同的額定水頭：H1(1)=43.28 m，H1(2)=24.38 m，分別對應不同的額定流量Q1(1)=2.26 m3/s，Q1(2)=1.13 m3/s；要求安裝一大一小2臺水輪機，水輪機的出力分別為800 kW和230 kW。

按照小水電通常做法，即可裝2套小混流式水輪發(fā)電機組，分別配套2臺800 kW和200 kW發(fā)電機及2套獨立的控制保護設備，預計需投資約400萬美元；但考慮到用戶總投資的限制，無法承擔此方案的全部投資。因此，在此項目的選型設計時需優(yōu)化設計，用最簡潔的設備布置來滿足需求。

2水輪機選型

H1(1)=43.28 m，H1(2)=24.38 m；Q1(1)=2.26 m3/s，Q1(2)=1.13 m3/s；f=60 Hz。

N1(1)=9.81×43.28×2.26×0.84=806 kW

N1(2)=9.81×24.38×1.13×0.85=214.3 kW

初定D1(1)=600 mm，D1(2)=500 mm(D1(1)、D1(2)為2臺水機轉輪的標準直徑)。

為節(jié)約廠房投資和控制保護設備的投資，可考慮用2臺水輪機帶1臺發(fā)電機，機組的控制保護設備僅需1套；總設備投資控制在300萬美元以內。

發(fā)電機同步轉速初取n=900 r/min，出力為1 000 kW：

考慮到混流水輪機最優(yōu)單位轉速的范圍，可適當調整有關參數(shù)，取D1(1)=650 mm，n=720 r/min，D1(2)保持不變：

按n、Q分別選取 HLA696—WJ—65和HLA153—WJ—50，水輪機配SFW1000—8P。在此運行范圍內，效率如下所示(見表1、表2)。

表1　大機參數(shù)

表2　小機參數(shù)

3結構中的設計創(chuàng)新

考慮到2臺水輪機帶1臺發(fā)電機，為保證機組的穩(wěn)定運行、維護方便和支點不至于過約束，取大機HLA696—WJ—65與SFW1000—8P電機2支點結構(兩機共軸)；小機HLA153—WJ—50與發(fā)電機為4支點彈性聯(lián)接結構(兩機兩軸)。大機與發(fā)電機共2個軸承，小機2個軸承，整機共4個軸承(見圖1)。

圖1　機組安裝示意

為統(tǒng)一水輪機的旋轉方向，大機取旋轉方向為從發(fā)電機端看為順時針，小機取旋轉方向為從發(fā)電機端看為逆時針；即大機取蝸殼、固定導葉、活動導葉、轉輪順時針旋轉的設計，小機取蝸殼、固定導葉、活動導葉、轉輪逆時針旋轉的設計。

4結語

在設計、制造、安裝完成后，F(xiàn)ARGO電站從2012年底已發(fā)電穩(wěn)定運行至今，累計發(fā)電量1 000萬kW·h，取得了良好的經(jīng)濟效益。當然，在電站的設計中，還存在一些不盡人意的地方，如在小流量工況工作中，在小機獨立運行時大機沒有設計成可脫開機組以減少磨擦損失等。在今后的水輪機設計過程中，還要不斷通過技術上的創(chuàng)新，為用戶提供最經(jīng)濟高效的產(chǎn)品和技術服務。

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責任編輯吳昊

收稿日期：2016-01-07

作者簡介：朱勇軍(1969-)，男，工程師，主要從事水輪機設計工作。E_mail:zhuyongjunvip@sina.com