水電站機(jī)組制動(dòng)供氣系統(tǒng)設(shè)備的優(yōu)化研究

錢 瑭，嚴(yán) 麗，陳順義，舒崚峰，何中偉

(中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 311122)

0 引 言

水電站機(jī)組通常采用壓縮空氣作為強(qiáng)迫制動(dòng)的能源來(lái)推動(dòng)制動(dòng)閘，制動(dòng)用氣一般要求氣壓為0.5～0.8 MPa，屬于廠內(nèi)低壓壓縮空氣系統(tǒng)。氣制動(dòng)系統(tǒng)，是由空氣壓縮裝置(空壓機(jī)及附屬設(shè)備)、儲(chǔ)氣罐、管道、制動(dòng)閘和測(cè)量控制元件等幾部分組成。制動(dòng)供氣設(shè)備主要包括低壓空壓機(jī)和儲(chǔ)氣罐。由于采用了機(jī)械制動(dòng)，機(jī)組的停機(jī)時(shí)間大為縮短，對(duì)多數(shù)機(jī)組都不超過(guò)2～4 min，只有某些轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大的大型機(jī)組，停機(jī)時(shí)間達(dá)5～6 min。

一個(gè)好的制動(dòng)供氣系統(tǒng)對(duì)于水電站來(lái)說(shuō)是非常重要的。然而，我國(guó)水電站設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行制動(dòng)供氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用流量法來(lái)計(jì)算機(jī)組一次制動(dòng)耗氣量，按照此方法計(jì)算得出的儲(chǔ)氣罐容積和空壓機(jī)容量和實(shí)際需要偏差太大，導(dǎo)致很多電站空壓機(jī)啟動(dòng)頻繁，這不但加速了空壓機(jī)等設(shè)備的老化，還造成了設(shè)備的積壓浪費(fèi)，因此選型不夠經(jīng)濟(jì)合理。

該文從一次制動(dòng)耗氣量入手，采用調(diào)查問(wèn)卷的方式對(duì)我國(guó)境內(nèi)已投產(chǎn)運(yùn)行的常規(guī)電站和抽水蓄能電站的一次制動(dòng)用氣、制動(dòng)供氣設(shè)備配置和使用等情況進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)歸納和分析，該文提出機(jī)組一次制動(dòng)耗氣量應(yīng)采用體積法計(jì)算，并給出了耗氣量隨機(jī)組單機(jī)容量的變化范圍。文章優(yōu)化了儲(chǔ)氣罐容積和空壓機(jī)排氣量的計(jì)算公式，總結(jié)出兩者之間的合理匹配關(guān)系。針對(duì)大中型抽蓄電站，該文總結(jié)并推薦了一次制動(dòng)耗氣量值，結(jié)合算例分析，驗(yàn)證了新公式的科學(xué)性和實(shí)用性，該研究成果為水電站制動(dòng)供氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型提供了新的思路。

1 一次制動(dòng)耗氣量計(jì)算及改進(jìn)

1.1 采用連續(xù)供氣方式計(jì)算一次制動(dòng)耗氣量

我國(guó)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行制動(dòng)供氣系統(tǒng)的設(shè)備選型時(shí)，多采用《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》(水利電力出版社，1983年出版)上的計(jì)算公式，目前該手冊(cè)是我國(guó)水電站水力機(jī)械專業(yè)設(shè)計(jì)人員必備的工具書，書中給出了設(shè)計(jì)所需要的常用計(jì)算數(shù)據(jù)、圖表和曲線，并列舉了大量工程實(shí)例和部分計(jì)算，可供查閱或參考。機(jī)組一次制動(dòng)所需的總空氣量描述如下：

(1)

式中：Qz為機(jī)組一次制動(dòng)所需的總空氣量(自由空氣)；qz為在工作壓力下，制動(dòng)過(guò)程耗氣流量；tz為制動(dòng)時(shí)間；Pz為制動(dòng)氣壓；Pa為大氣壓力。

1.2 存在的問(wèn)題

公式(1)中的qz為制動(dòng)過(guò)程耗氣流量。也就是說(shuō)，式(1)是按斷續(xù)供氣方式計(jì)算制動(dòng)用氣量的。而在我國(guó)絕大部分電站的實(shí)際運(yùn)行中，都不需要連續(xù)給氣，而是采用一次供氣制動(dòng)方式，即轉(zhuǎn)速下降到制動(dòng)轉(zhuǎn)速時(shí)，電磁閥動(dòng)作(或人工開閥)，一次給氣制動(dòng)，在整個(gè)制動(dòng)過(guò)程中不排氣(一般不漏氣，除非有管道或設(shè)備損壞漏氣)，直到停機(jī)后，電磁閥復(fù)位(或人工關(guān)閥)才排氣。一次制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)閘內(nèi)氣壓(表壓力)由零升至制動(dòng)氣壓的時(shí)間是很短的，約1～15 s，只有在這段制動(dòng)時(shí)間內(nèi)有空氣流量，其他時(shí)間僅有極少的漏氣流量。因此式(1)中的qz和tz均與我國(guó)目前的實(shí)際使用情況不符。

分析原來(lái)采用連續(xù)供氣的原因可能是以前制動(dòng)閘制造工藝水平低，生產(chǎn)、管理水平跟不上，所以漏氣量大，導(dǎo)致制動(dòng)用氣量也很大，所以機(jī)組廠家一般會(huì)提供制動(dòng)用氣流量 ；如今隨著生產(chǎn)水平和制造工藝的提高，管路、制動(dòng)閘密封性很好，幾乎沒有漏氣，故流量法已不再適用，而應(yīng)采用容積法。

1.3 采用體積法計(jì)算一次制動(dòng)耗氣量

根據(jù)這次研究的內(nèi)容，華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司機(jī)電院水機(jī)室專門編制了《水電站發(fā)電機(jī)制動(dòng)氣量調(diào)查表》，對(duì)我國(guó)在運(yùn)行電站的一次制動(dòng)用氣量、供氣設(shè)備配置等情況進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)與分析，調(diào)查范圍包括常規(guī)電站和抽水蓄能電站。

從收集到的40多個(gè)電站的統(tǒng)計(jì)規(guī)律來(lái)看，一次制動(dòng)氣量的總體趨勢(shì)是隨著單機(jī)容量的增加而增加；而對(duì)于單機(jī)容量相同的機(jī)組，因機(jī)組形式不同，耗氣量也有所不同：軸流轉(zhuǎn)槳機(jī)組因其轉(zhuǎn)速低、機(jī)組尺寸大，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩也更大，因?yàn)樗璧闹苿?dòng)器也比同等規(guī)模的其他機(jī)組要多，這就導(dǎo)致一次制動(dòng)氣量也必然大于其他機(jī)組；抽蓄機(jī)組因其轉(zhuǎn)速高，機(jī)組尺寸小，制動(dòng)耗氣量相比之下也略少，故有必要將常規(guī)和抽蓄機(jī)組以及機(jī)組形式分開來(lái)考慮和找出規(guī)律，以便于在電站前期設(shè)計(jì)階段，當(dāng)缺少主機(jī)廠資料的時(shí)候可參考使用。

通過(guò)對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的分析和研究，繪制圖1和圖2，曲線給出了混流和轉(zhuǎn)槳式機(jī)組一次制動(dòng)耗氣量QT(壓縮空氣)與單機(jī)容量的關(guān)系。例如，對(duì)于常規(guī)混流機(jī)組，單機(jī)容量小于5 MW的小型電站，建議一次制動(dòng)耗氣量取0.005～0.008 m3(以下皆指壓縮空氣量)；單機(jī)容量5～100 MW的中型電站，一次制動(dòng)耗氣量可取0.008～0.05 m3；單機(jī)容量100～500 MW的大中型電站，一次制動(dòng)耗氣量宜取0.05～0.11 m3；單機(jī)容量超過(guò)500 MW的大型電站，一次制動(dòng)耗氣量取0.11～0.13 m3。當(dāng)?shù)玫街鳈C(jī)廠提供的具體制動(dòng)耗氣量時(shí)，按機(jī)組實(shí)際設(shè)計(jì)的氣量來(lái)計(jì)算。

1-錦屏二級(jí)；2-二灘；3-龍開口；4-景洪；5-三板溪；6-五強(qiáng)溪；7-索風(fēng)營(yíng)；8-安康；9-萬(wàn)家寨；10-新安江；11-碗米坡；12-北溪二級(jí) 圖1 混流式機(jī)組一次制動(dòng)耗氣量與 單機(jī)容量的統(tǒng)計(jì)關(guān)系曲線Fig.1 The statistical relationship curve between one brake air consumption and single-unit capacity for Francis unit

1-水口；2-尤溪街面；3-龍口；4-富春江；5-掛治；6-高唐；7-小溪灘 圖2 軸流和貫流機(jī)組一次制動(dòng)耗氣量與 單機(jī)容量的統(tǒng)計(jì)關(guān)系曲線Fig.2 The statistical relationship curve between one brake air consumption and single-unit capacity for Kaplan and tubular unit

對(duì)于抽蓄電站，由于該文統(tǒng)計(jì)的裝機(jī)容量都在250～300 MW之間，它們大部分是最近幾年新建的，代表最新的技術(shù)水平，在沒有廠家資料的情況下，一次制動(dòng)壓縮氣量建議取0.04～0.06 m3，具體見圖3。

1-仙游；2-天荒坪；3-黑麋峰；4-桐柏；5-洪屏；6-泰安；7-宜興 圖3 抽蓄機(jī)組一次制動(dòng)耗氣量的推薦區(qū)間 (單機(jī)容量250～300 MW)Fig.3 The recommended interval of one brake air consumption for storage unit(single-unit capacity 250～300 MW)

一次制動(dòng)用氣量可按下式計(jì)算：

(2)

式中：Qz為機(jī)組一次制動(dòng)所需的總空氣量(自由空氣)；QT為機(jī)組一次制動(dòng)所需的總空氣量(壓縮空氣)，初步設(shè)計(jì)時(shí)可按圖1、圖2及圖3讀?。籔z為制動(dòng)氣壓；Pa為大氣壓力。

2 儲(chǔ)氣罐容積和空壓機(jī)排氣量計(jì)算公式優(yōu)化

2.1 現(xiàn)有公式

《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》中關(guān)于儲(chǔ)氣罐容積和空壓機(jī)排氣量的計(jì)算公式如下：

(3)

式中：Vg為儲(chǔ)氣罐容積；Qz為一臺(tái)機(jī)組一次制動(dòng)所需的總空氣量(自由空氣)；Z為同時(shí)制動(dòng)的機(jī)組臺(tái)數(shù)，與電氣主接線方式有關(guān)；ΔPz為制動(dòng)前后允許的壓力差；Pa為大氣壓力。

(4)

式中：Qk為空壓機(jī)生產(chǎn)率；ΔT為儲(chǔ)氣罐恢復(fù)氣壓時(shí)間；Z為同時(shí)制動(dòng)的機(jī)組臺(tái)數(shù)。

2.2 存在的問(wèn)題

公式(3)和(4)是基于連續(xù)供氣來(lái)計(jì)算一次制動(dòng)耗氣量的，前文已經(jīng)闡述連續(xù)供氣與目前的實(shí)際使用情況不符，也即是說(shuō)，用連續(xù)供氣方式用于我國(guó)一次供氣制動(dòng)計(jì)算，其選定的儲(chǔ)氣罐、空壓機(jī)等設(shè)備尺寸和容量過(guò)大，常常會(huì)造成積壓和浪費(fèi)，廠內(nèi)布置困難。同時(shí)，空壓機(jī)容量如果選擇偏大，會(huì)造成啟停頻繁、空壓機(jī)壽命減短等問(wèn)題。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，有些電站空壓機(jī)平均啟動(dòng)7～8 次/d以上，這不僅造成了很大的噪音污染，而且加速了空壓機(jī)和自動(dòng)化元件的老化，由于空壓機(jī)頻繁啟動(dòng)，時(shí)間又短，一些空壓機(jī)在運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)了油乳化現(xiàn)象，大大降低了空壓機(jī)的壽命。

所謂乳化，是由于表面活性劑的作用,使本來(lái)不能混合到一起的兩種液體能夠混到一起的現(xiàn)象稱為乳化現(xiàn)象?？諌簷C(jī)潤(rùn)滑油乳化是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，一般有三個(gè)原因引起：① 空壓機(jī)潤(rùn)滑油容積、溫度、濕度、運(yùn)轉(zhuǎn)率；② 環(huán)境空氣潮濕，吸入的空氣水分過(guò)大；③壓縮機(jī)活塞的活塞環(huán)的間隙過(guò)大。

和制動(dòng)供氣系統(tǒng)相關(guān)的是運(yùn)行時(shí)間問(wèn)題(運(yùn)轉(zhuǎn)率)，空壓機(jī)是為長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)的，空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間如果太短，如1～2 min，由于時(shí)間短，油液溫度太低，所有吸入的水分全部進(jìn)入空壓機(jī)潤(rùn)滑油，而造成空壓機(jī)油液乳化，主要是因?yàn)榭諌簷C(jī)的壓縮空氣竄入曲軸箱所造成，其成因一般是：機(jī)組運(yùn)行溫度低會(huì)使機(jī)組內(nèi)的水蒸氣無(wú)法蒸發(fā)排出機(jī)組。油乳化會(huì)對(duì)空壓機(jī)內(nèi)壁造成腐蝕。

因此，設(shè)計(jì)需考慮合理的運(yùn)行時(shí)間，研究出儲(chǔ)氣罐容積和空壓機(jī)排氣量之間合理的匹配關(guān)系，以便很好的解決空壓機(jī)啟停頻繁、油乳化等一系列問(wèn)題。

2.3 公式改進(jìn)

2.3.1 儲(chǔ)氣罐公式改進(jìn)

根據(jù)空壓機(jī)制造廠推薦，螺桿式空壓機(jī)一次運(yùn)行時(shí)間不宜低于10～15 min，以保證螺桿式空壓機(jī)較高的利用率，防止液態(tài)水在壓縮機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生?？紤]到空壓機(jī)預(yù)熱排除水汽的需要，儲(chǔ)氣罐恢復(fù)補(bǔ)氣時(shí)間采用15～20 min為宜。因此儲(chǔ)氣罐實(shí)際充氣時(shí)間變長(zhǎng)，儲(chǔ)氣罐容積需要適當(dāng)放大，這里引入一個(gè)安全系數(shù)K(K>1)，用來(lái)表示儲(chǔ)氣罐容積放大因子。優(yōu)化后的儲(chǔ)氣罐容積計(jì)算公式見下：

(5)

式中：Vg為儲(chǔ)氣罐容積；K為安全系數(shù)，一般取1.5～2.0，和機(jī)組臺(tái)數(shù)有關(guān)，機(jī)組臺(tái)數(shù)越多取得越大；Qz為一臺(tái)機(jī)組一次制動(dòng)所需的總空氣量(自由空氣)；Z為同時(shí)制動(dòng)的機(jī)組臺(tái)數(shù)，與電站電氣主接線有關(guān)，或考慮壓力鋼管所接機(jī)組臺(tái)數(shù)(即考慮一管多機(jī)的布置)；ΔP為制動(dòng)前后允許的壓力差，一般取0.1～0.15 MPa；Pa為大氣壓力。

計(jì)算得出Vg后，參照儲(chǔ)氣罐的標(biāo)準(zhǔn)容積系列確定儲(chǔ)氣罐容積。制動(dòng)儲(chǔ)氣罐最好設(shè)置為兩個(gè)，以便于清掃維護(hù)或檢修用氣，選同樣大小的氣罐。建議對(duì)多機(jī)組的大中型電站，每個(gè)氣罐的容積為Vg/2(如Vg≥4 m3)；對(duì)于機(jī)組臺(tái)數(shù)較少的中小型電站，每個(gè)氣罐的容積為Vg(如Vg<4 m3)。當(dāng)檢修吹掃用氣和制動(dòng)合用空壓機(jī)時(shí)，建議選2個(gè)相同容積的氣罐。

2.3.2 空壓機(jī)公式改進(jìn)

由于一次制動(dòng)的實(shí)際耗氣量很少，再用舊的公式計(jì)算空壓機(jī)排氣量，必然數(shù)值非常小，所以公式 (4)不再適用；并且考慮到一次充氣時(shí)間不至于過(guò)長(zhǎng)，我們建議根據(jù)已選定的儲(chǔ)氣罐容積大小通過(guò)合理的運(yùn)行時(shí)間的要求來(lái)反推算空壓機(jī)排氣量，以便和儲(chǔ)氣罐更好地匹配。制動(dòng)空壓機(jī)排氣量可按以下公式計(jì)算：

(6)

式中：Qzk為單臺(tái)制動(dòng)空壓機(jī)排氣量；N為制動(dòng)儲(chǔ)氣罐臺(tái)數(shù)(包括吹掃用氣氣罐和與該空壓機(jī)相連的其他用戶的氣罐)，一般設(shè)置為兩臺(tái)；Vg為制動(dòng)儲(chǔ)氣罐容積；Pa為大氣壓力；ΔP為制動(dòng)前后允許的壓力差，一般取ΔP=0.1～0.15 MPa；Kl為漏氣系數(shù)，這里可以取Kl=1.2～1.4；ΔT為空壓機(jī)一次充氣時(shí)間，初次計(jì)算時(shí)取ΔT=10～15 min。

Kh為空壓機(jī)排氣量海拔修正系數(shù)，取值詳見表1。

表1 海拔高度對(duì)空壓機(jī)生產(chǎn)率修正系數(shù)表Tab.1 Altitude correction coefficient table for air compressor productivity

如電站有調(diào)相壓水和吹掃需要，可合并綜合考慮選型；如沒有調(diào)相壓水，則機(jī)組制動(dòng)用氣是一個(gè)單獨(dú)的供氣系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。

當(dāng)檢修維護(hù)的風(fēng)動(dòng)工具用氣量大大多于制動(dòng)用氣時(shí)，建議將檢修用儲(chǔ)氣罐和空壓機(jī)與制動(dòng)儲(chǔ)氣罐以及空壓機(jī)分開設(shè)置，即在選型計(jì)算時(shí)將檢修吹掃用氣設(shè)備單獨(dú)考慮。

3 算例分析

為便于對(duì)研究成果的理解和應(yīng)用，現(xiàn)舉例說(shuō)明，選混流、軸流機(jī)和抽蓄機(jī)組各一作為算例。

3.1 混流式機(jī)組

A水電站位于浙江省，投入運(yùn)行年份為1960年代，機(jī)組臺(tái)數(shù)為9臺(tái)，后經(jīng)擴(kuò)容改造，單機(jī)容量增至90～95 MW，機(jī)組形式為立軸混流式。電站目前配置兩只10.0 m3的制動(dòng)儲(chǔ)氣罐、兩臺(tái)排氣量為12.1 m3/min的制動(dòng)空壓機(jī)。

該水電站為常規(guī)中型水電站，一次制動(dòng)氣量QT可按照?qǐng)D1混流式機(jī)組一次制動(dòng)耗氣量與單機(jī)容量的統(tǒng)計(jì)關(guān)系曲線上讀取，得到QT=0.05 m3。制動(dòng)氣壓取0.7 MPa，大氣壓為0.1 MPa，換算成自由空氣量QZ=0.05×7=0.35 m3。供氣方式考慮9臺(tái)機(jī)組同時(shí)制動(dòng)的極限情況，即同時(shí)制動(dòng)機(jī)組臺(tái)數(shù)Z=9；安全系數(shù)K取2，制動(dòng)前后允許的壓力差ΔP取0.1 MPa。代入公式(5)中，計(jì)算得出儲(chǔ)氣罐容積Vg=6.3 m3，儲(chǔ)氣罐個(gè)數(shù)選兩個(gè)，Vg/2=3.15 m3，對(duì)照儲(chǔ)氣罐標(biāo)準(zhǔn)容積系列，可選兩個(gè)容積為4.0 m3的制動(dòng)儲(chǔ)氣罐。

由于該電站年代較久遠(yuǎn)，設(shè)備可靠性比不上最近幾年投產(chǎn)的新電站，因此漏氣系數(shù)Kl可取1.4。電站所處東南平原地區(qū)，空壓機(jī)海拔修正系數(shù)Kh=1.00，空壓機(jī)一次充氣時(shí)間ΔT暫取10 min，代入公式(6)中，計(jì)算得出空壓機(jī)排氣量Qzk=1.12 m3/min，考慮留有一定裕量并參考空壓機(jī)廠家樣本，可選擇2臺(tái)排氣量為1.5 m3/min的制動(dòng)空壓機(jī)。選型結(jié)果見表2。

表2 A水電站選型結(jié)果Tab.2 Selection results for A power plant

綜上所述，按照目前一次制動(dòng)的實(shí)際耗氣量，A水電站選用兩只4.0 m3的制動(dòng)儲(chǔ)氣罐、兩臺(tái)1.5 m3/min的制動(dòng)空壓機(jī)便能滿足要求。

3.2 軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組

B水電站位于福建省境內(nèi)，投入運(yùn)行年份為20世紀(jì)90年代，電站共安裝7臺(tái)單機(jī)容量為200 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)。電站目前配置兩只8.0 m3的制動(dòng)儲(chǔ)氣罐、兩臺(tái)排氣量為7.3 m3/min的制動(dòng)空壓機(jī)。

該水電站為常規(guī)大中型水電站，一次制動(dòng)氣量QT已有現(xiàn)成廠家資料為0.08 m3，制動(dòng)氣壓取0.7 MPa，大氣壓為0.1 MPa，換算成自由空氣量Qz=0.08×7=0.56 m3。供氣方式考慮7臺(tái)機(jī)組同時(shí)制動(dòng)的極限情況，即同時(shí)制動(dòng)機(jī)組臺(tái)數(shù)Z=7；安全系數(shù)K取1.8，制動(dòng)前后允許的壓力差ΔP取0.1 MPa。代入公式(5)中，計(jì)算得出儲(chǔ)氣罐容積Vg=7.056 m3，儲(chǔ)氣罐個(gè)數(shù)選兩個(gè)，Vg/2=3.528 m3，對(duì)照儲(chǔ)氣罐標(biāo)準(zhǔn)容積系列，可選兩個(gè)容積為4.0 m3的制動(dòng)儲(chǔ)氣罐。

B水電站投產(chǎn)年份距今20年左右，漏氣系數(shù)Kl可比A水電站稍小些，因此Kl可取1.2。B電站所處福建平原地區(qū)，空壓機(jī)海拔修正系數(shù)Kh=1.00，空壓機(jī)一次充氣時(shí)間ΔT暫取10 min，代入公式(6)中，計(jì)算得出空壓機(jī)排氣量Qzk=0.96 m3/min，參考空壓機(jī)廠家樣本，選擇2臺(tái)排氣量為1.2 m3/min的制動(dòng)空壓機(jī)。

由表3可見，采用新公式計(jì)算后，B水電站選用兩只4.0 m3的制動(dòng)儲(chǔ)氣罐、兩臺(tái)1.2 m3/min的制動(dòng)空壓機(jī)便能滿足制動(dòng)系統(tǒng)要求，能大大減少設(shè)備投資成本。

表3 B水電站選型結(jié)果Tab.3 Selection results for B power plant

3.3 抽水蓄能機(jī)組

C抽水蓄能電站位于江蘇省，投入運(yùn)行年份為2008年，地下廠房?jī)?nèi)裝設(shè)4臺(tái)單機(jī)容量為250 MW的立軸混流可逆式機(jī)組。電站目前配置兩只2.0 m3的制動(dòng)儲(chǔ)氣罐、兩臺(tái)排氣量為2.50 m3/min的制動(dòng)空壓機(jī)。

根據(jù)圖3抽蓄機(jī)組一次制動(dòng)耗氣量的推薦區(qū)間，取一次制動(dòng)耗氣量QT=0.05 m3，換算成自由空氣量Qz=0.05×7=0.35 m3。同時(shí)制動(dòng)機(jī)組臺(tái)數(shù) 取4臺(tái)；安全系數(shù)K取1.6，制動(dòng)前后允許的壓力差ΔP取0.1 MPa。代入公式(5)中，計(jì)算得出儲(chǔ)氣罐容積Vg=2.24 m3，對(duì)照儲(chǔ)氣罐標(biāo)準(zhǔn)容積系列圓整后得儲(chǔ)氣罐容積Vg=3.0 m3，考慮到檢修吹掃用氣和制動(dòng)合用儲(chǔ)氣罐，因此可選兩個(gè)容積為3.0 m3的制動(dòng)儲(chǔ)氣罐。

C抽水蓄能電站投運(yùn)剛滿十年，年代較新，管路密封性都很好，基本沒有漏氣，因此漏氣系數(shù)Kl取1.0。電站海拔高程和海平面接近，空壓機(jī)海拔修正系數(shù)Kh=1.00，空壓機(jī)一次充氣時(shí)間ΔT暫取10 min，代入公式(6)中，計(jì)算得出空壓機(jī)排氣量Qzk=0.6 m3/min，考慮留有一定裕量并參考空壓機(jī)廠家樣本，可選擇2臺(tái)排氣量為0.8 m3/min的制動(dòng)空壓機(jī)，選型結(jié)果見表4。

表4 C抽蓄電站選型結(jié)果Tab.4 Selection results for C pumped storage power plant

由以上計(jì)算結(jié)果得知，新公式計(jì)算得出的儲(chǔ)氣罐容積比原先略有增大，但是空壓機(jī)排氣量減小很多。通過(guò)對(duì)電站運(yùn)行人員的回訪得知，由于原先制動(dòng)空壓機(jī)排氣量容量偏大，空壓機(jī)啟停頻繁，一天中多達(dá)7～8次，空壓機(jī)和自動(dòng)化元件老化較快，并且產(chǎn)生了油乳化現(xiàn)象。采用新公式后可將空壓機(jī)一次充氣時(shí)間增長(zhǎng)，使得儲(chǔ)氣罐和空壓機(jī)的匹配更加合理，進(jìn)而能夠有效避免油乳化現(xiàn)象。在設(shè)備投資成本基本不變的前提下，可將設(shè)備使用壽命大大延長(zhǎng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

該文著重研究水電站制動(dòng)供氣設(shè)備的合理選型。通過(guò)對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的分析和反復(fù)研究對(duì)比，以及在調(diào)研過(guò)程中了解到的設(shè)備運(yùn)行情況，提出了一種適用于國(guó)內(nèi)水電站制動(dòng)氣系統(tǒng)設(shè)備選型的公式和設(shè)計(jì)依據(jù)，結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行分析，對(duì)新公式加以驗(yàn)證。該文得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

(1) 提出一次制動(dòng)耗氣量應(yīng)采用體積法的觀點(diǎn)，并給出了耗氣量隨機(jī)組單機(jī)容量的變化范圍。

(2) 研究出貯氣罐容積和空壓機(jī)排氣量新的計(jì)算公式，總結(jié)出空壓機(jī)排氣量和貯氣罐容積的合理匹配關(guān)系，以解決空壓機(jī)在使用過(guò)程的一系列問(wèn)題。

(3) 結(jié)合算例分析，利用新公式進(jìn)行電站的選型設(shè)計(jì)，加深對(duì)設(shè)備選型的認(rèn)識(shí)，也驗(yàn)證了新公式的可行性和有效性。

然而，在該文研究過(guò)程中，受到基礎(chǔ)資料和時(shí)間等因素的限制，部分研究?jī)?nèi)容仍然存在繼續(xù)深化研究的必要和空間：

(1) 統(tǒng)計(jì)的電站樣本有一定的地域局限性和不完全性，特別是抽水蓄能電站，樣本數(shù)據(jù)還不充足，這將在后續(xù)研究中進(jìn)一步充實(shí)和細(xì)化。

(2) 一次制動(dòng)耗氣量，希望能提出一個(gè)具體的計(jì)算公式(如和機(jī)組容量、額定轉(zhuǎn)速、制動(dòng)時(shí)間等參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系)，以便得到更加精確的數(shù)值；此外，電氣制動(dòng)的投入對(duì)制動(dòng)氣量有何具體的影響？該文的研究尚不完善。

(3)同時(shí)制動(dòng)機(jī)組臺(tái)數(shù) ，該文的算例都是取電站機(jī)組總臺(tái)數(shù)，而在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中，需根據(jù)電站電氣主接線布置情況，或考慮壓力鋼管所接機(jī)組臺(tái)數(shù)(一管三機(jī)、一管兩機(jī)等)，來(lái)確定該值。因此計(jì)算得出的儲(chǔ)氣罐容積和空壓機(jī)排氣量可能會(huì)更小。

(4)在后續(xù)研究中可以將新公式運(yùn)用到項(xiàng)目改造上去，通過(guò)改造效果進(jìn)一步驗(yàn)證該文的研究成果。

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