上廟水電站水力機(jī)械設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析

楊平

摘要：在進(jìn)行河流水資源開發(fā)過程中，由于河流的水文特性以及水資源開發(fā)形式不一樣，對于小型水電站水力機(jī)械的選擇范圍會(huì)有一定的差異，但是因?yàn)椴煌吞柕乃啓C(jī)模型存在能量特點(diǎn)、汽蝕性能和適應(yīng)水頭范圍的不同，不一樣的水文特性對于水輪機(jī)的選擇也會(huì)存在非常大的差異，因此在水電站設(shè)計(jì)過程中，只有選擇合適的水輪機(jī)才可以發(fā)揮最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：水電站；水輪機(jī)選型；水力機(jī)械；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.引言

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及資金的不斷投入，我國的水電項(xiàng)目將面臨蓬勃發(fā)展的機(jī)會(huì)，各區(qū)域的小型水電站也都抓住進(jìn)行發(fā)展。小型水電站在水力機(jī)械設(shè)計(jì)的過程有其不一樣的特點(diǎn)，會(huì)給水資源開發(fā)的投資產(chǎn)生不同的影響。

2.水電站概況

上廟水庫工程主要任務(wù)為灌溉和供水，兼顧發(fā)電。根據(jù)工程布置，上廟水電站屬于多年調(diào)節(jié)的壩后式水電站，設(shè)計(jì)水頭為40m，最大水頭48.5m，最小水頭28m，設(shè)計(jì)引用流量1.55m3/s。壩址處多年平均流量為1.32 m3/s，75%保證出力375kW。

電站主廠房總長為18.4m，總寬為7.5m，廠房總高度為7.1m，主廠房內(nèi)設(shè)中控室，中控室前設(shè)安裝場。

3. 小型水輪機(jī)設(shè)計(jì)選型的方式和方法

小型水電站的水輪機(jī)在進(jìn)行選型過程中，最為關(guān)鍵的就是準(zhǔn)確的選擇水輪機(jī)模型。小型水電站的裝機(jī)容量不大，但是在進(jìn)行選型設(shè)計(jì)時(shí)，水電站運(yùn)行過程中的經(jīng)濟(jì)效益也是非常關(guān)鍵的考慮因素，所以小型水電站水輪機(jī)的性能參數(shù)就成為了必不可少的參考數(shù)據(jù)。

上廟水庫水電站分類為壩后式水電站，依照水電站實(shí)地的測量結(jié)果，大壩正常蓄水位大約為268米，設(shè)計(jì)完成后的水頭為40米，最大水頭為48.5米，最小水頭為28米，電站設(shè)計(jì)流量為1.5m3/s，裝機(jī)容量為 2×250kW。以下為水輪機(jī)的參數(shù)表：

4.電站參數(shù)及裝機(jī)臺(tái)數(shù)

根據(jù)工程總體布置，上廟水庫電站屬于多年調(diào)節(jié)的壩后式水電站，設(shè)計(jì)水頭為40m，最大水頭48.5m，最小水頭28m，設(shè)計(jì)引用流量1.55m3/s。壩址處多年平均流量為1.32 m3/s，75%保證出力375kW。依據(jù)提出的裝機(jī)方案，進(jìn)一步對其進(jìn)行方案復(fù)核比較，其有關(guān)參數(shù)歸納如下表：

從上述比較表得出，方案三因?yàn)榭傃b機(jī)容量為600kW，機(jī)組設(shè)備年利用小時(shí)偏低，且發(fā)電量提高不大，增加的部分投資相比于第二方案回報(bào)率不高，因此不推薦使用此方案；對于方案一和方案二相比，方案一的設(shè)備年利用小時(shí)數(shù)為4320h，方案二的設(shè)備年利用小時(shí)數(shù)為3196h，方案二的機(jī)組利用率更合理，考慮到季節(jié)性發(fā)電的調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組能效，豐水期可以多發(fā)電，所以確定裝機(jī)容量為500kw，使用方案二裝機(jī)方案。

5.輔助機(jī)械設(shè)備

5.1采取起重設(shè)施

根照廠家資料，廠內(nèi)單件最重件為發(fā)電機(jī)，重約3.5噸。廠房設(shè)計(jì)為：主廠房寬度為7.5米，長度為18.4米，兩臺(tái)水輪機(jī)組相距6.0米，吊運(yùn)范圍要符合廠房內(nèi)主要設(shè)施的需求。包含發(fā)水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、調(diào)速器等自安裝場直接起吊后就位。

起重機(jī)吊鉤最低吊件是水輪機(jī)主閥，長約3.6米，再加廠房地面層吊運(yùn)高度0.6米，共4.2米。

綜合比較，本電站設(shè)計(jì)了工作制度為一臺(tái)5噸級電動(dòng)單梁橋式起重機(jī)，跨度7.5米，起重量5噸，起吊高度4.2米。

5.2油系統(tǒng)

因?yàn)楸倦娬狙b機(jī)容量很小，用油量少，軸承不需外接壓力油，使用人工添加油料，所以不需設(shè)油系統(tǒng)。

5.3 壓力氣系統(tǒng)

1）低壓氣系統(tǒng)

由于本電站機(jī)組設(shè)備少，裝機(jī)容量小，運(yùn)行不需低壓氣源，不需設(shè)低壓氣系統(tǒng)。

2）高壓氣系統(tǒng)

高壓氣系統(tǒng)一般使用在調(diào)速器的壓油槽補(bǔ)氣。本電站調(diào)速器使用高油壓氮?dú)鈿饽沂接蛪涸O(shè)備，不需另設(shè)外部高壓氣源，自成系統(tǒng)，不需另加高壓氣系統(tǒng)。

5.4水力測量系統(tǒng)

為確保電站平穩(wěn)安全運(yùn)作，本電站要設(shè)置上、下游水位及水輪機(jī)蝸殼水壓力、尾水管真空壓力測量。

1）上、下游水位測量

采取兩個(gè)UYF-2型浮子遙測液位發(fā)生器，及兩個(gè)XBZ-2型浮子遙測液位受訊器來測量。

2）頂蓋真空壓力、尾水管真空壓力測量

5.5技術(shù)供水系統(tǒng)及消防供水系統(tǒng)

技術(shù)供水一般用在推力和導(dǎo)軸承冷卻器和廠區(qū)生活、生產(chǎn)用水等。依照此工程水頭范圍，每臺(tái)機(jī)壓力管都安裝兩取水口，一個(gè)直接與消防栓相連，來滿足廠房和發(fā)電機(jī)消火用水要求；另外一取水口用在技術(shù)供水，在進(jìn)水口取水后通過濾水器過濾直接集中在Φ100供水鋼管，由Φ50供水支管分送給各用水點(diǎn)。水壓力為0.015Mpa～0.02Mpa。

5.6排水系統(tǒng)

排水系統(tǒng)包含廠區(qū)生產(chǎn)、機(jī)組檢修排水、廠房滲漏、生活用水排水，廠區(qū)排水和機(jī)組主軸密封排水。

本電站裝機(jī)數(shù)量不多，容量小，依照運(yùn)作經(jīng)驗(yàn)，全部排水直接排到尾水流道，不用集水井，沒有排水設(shè)施。

廠房防洪和廠區(qū)排水

1）廠房防洪：尾水設(shè)計(jì)洪水位219.5米，發(fā)電機(jī)地面高約220.0米，所以不需設(shè)置防洪墻。

2）廠區(qū)排水：在洪水期及非洪水期，廠區(qū)的檢修排水、滲漏排水、地面排水都能經(jīng)過地面排水溝完成自流排水排到尾水流道。

6.結(jié)語

根據(jù)上廟水庫的實(shí)際情況進(jìn)行水輪機(jī)的選型，從而準(zhǔn)確的選擇出水輪機(jī)的參數(shù)，使水電站能夠發(fā)揮出最大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鮑學(xué)松. 低水頭小容量水輪發(fā)電機(jī)組的選型設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)電信息，2010（24）：158-159.

[1] 姜宏君，苑慶山. 基于水電站水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)[J]. 黑龍江水利科技，2012（02）：69-71.

[2] 盛敏. 混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的改型方法研究[D].江西理工大學(xué)，2011.