QBT水電站水輪機(jī)模型驗(yàn)收試驗(yàn)分析

劉振龍，劉雨昕

(1．新疆額爾齊河斯流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000；2．上海理工大學(xué)，上海市 200093)

1 電站概況

QBT水利樞紐是新疆北部某河干流梯級(jí)電站的第1級(jí)，樞紐由攔河壩、引水發(fā)電系統(tǒng)(隧洞、調(diào)壓井、壓力鋼管)、發(fā)電站等組成。電站總裝機(jī)容量4×150 MW，為大(1)型Ⅰ等工程。電站在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)部分調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用任務(wù)(見(jiàn)表1)。

表1 電站水輪機(jī)主要參數(shù)

2 試驗(yàn)臺(tái)及模型裝置

QBT水電站水輪機(jī)模型試驗(yàn)在哈電機(jī)水力試驗(yàn)五臺(tái)進(jìn)行，所有試驗(yàn)參數(shù)均滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。試驗(yàn)臺(tái)具有各參數(shù)的(水頭、流量、力矩等)原位標(biāo)定系統(tǒng)，模型試驗(yàn)臺(tái)的原級(jí)測(cè)試設(shè)備由國(guó)家和權(quán)威檢測(cè)部門(mén)定期進(jìn)行檢測(cè)，并由相關(guān)檢測(cè)部門(mén)出具有效期內(nèi)檢測(cè)的檢定證書(shū)，滿足合同要求所有試驗(yàn)項(xiàng)目的需要、各種試驗(yàn)參數(shù)測(cè)量精度和運(yùn)行穩(wěn)定性的要求。試驗(yàn)臺(tái)模型效率綜合測(cè)試誤差位于±0.20%之間。模型試驗(yàn)包括能量特性、空化特性、飛逸特性、壓力脈動(dòng)特性、水推力及其他試驗(yàn)，所有試驗(yàn)項(xiàng)目均在同一試驗(yàn)臺(tái)同一模型裝置上進(jìn)行。

模型裝置除尾水管直錐段部位為透明有機(jī)玻璃外，其余均為金屬材料。尾水管直錐段采用透明有機(jī)玻璃，便于觀測(cè)模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片出水邊及尾水管錐管中的流動(dòng)情況。水輪機(jī)模型裝置包括蝸殼、座環(huán)、固定導(dǎo)葉、頂蓋、導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪、底環(huán)和尾水管等在內(nèi)的整個(gè)流道，所有水輪機(jī)模型過(guò)流表面未涂刷任何油漆或涂料。模型水輪機(jī)整個(gè)流道自蝸殼進(jìn)口到尾水管出口與原型水輪機(jī)幾何相似(見(jiàn)表2)。

表2 水輪機(jī)模型裝置主要參數(shù)

3 效率和出力試驗(yàn)

(1)對(duì)轉(zhuǎn)輪效率逐步搜索，得到水輪機(jī)模型最優(yōu)效率：n11=67.08 r/min，Q11=0.313 m3/s，ηhoptM=95.21%；一步修正后最優(yōu)效率為ηhoptM*=95.26%(見(jiàn)圖1)。

圖1 模型綜合特性曲線

(2)模型結(jié)果(ReM=7×106)換算到對(duì)應(yīng)于nr=250 r/min，WT=9.3 ℃，D2p=3.021的原型雷諾數(shù)Rep=8.95×107下，則原型最優(yōu)效率為ηhoptP=96.37%。

(3)模型加權(quán)平均效率試驗(yàn)值ηMW=94.67%，原型加權(quán)平均效率試驗(yàn)值ηMW=95.78%

(4)額定點(diǎn)試驗(yàn)，結(jié)果如下所示(見(jiàn)表3)。

表3 額定點(diǎn)試驗(yàn)

(5)出力試驗(yàn)，結(jié)果如下所示(見(jiàn)表4)。

表4 出力保證點(diǎn)試驗(yàn)

4 空化試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果如上所示(見(jiàn)表5)。

表5 空化試驗(yàn)結(jié)果

5 壓力脈動(dòng)試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)水頭Hm=30 m，計(jì)算機(jī)同步采樣時(shí)間10 s。

(2)在蝸殼進(jìn)口設(shè)置1個(gè)測(cè)量壓力脈動(dòng)的測(cè)孔；在轉(zhuǎn)輪與活動(dòng)導(dǎo)葉之間無(wú)葉區(qū)、頂蓋與轉(zhuǎn)輪上冠之間應(yīng)各設(shè)置2個(gè)測(cè)量壓力脈動(dòng)的測(cè)孔；距轉(zhuǎn)輪出口 0.3D2(轉(zhuǎn)輪出口直徑)+Y和-Y處設(shè)置2個(gè)壓力脈動(dòng)測(cè)孔；在Y-Y軸線上、下游側(cè)的尾水肘管的進(jìn)口處各設(shè)置1個(gè)壓力脈動(dòng)測(cè)孔；在肘管45°上下游凹凸側(cè)各設(shè)置 1 個(gè)壓力脈動(dòng)測(cè)孔(見(jiàn)表6)。

表6 壓力脈動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果

6 其他試驗(yàn)

6.1 補(bǔ)氣試驗(yàn)

補(bǔ)氣方式采用模擬主軸中心孔補(bǔ)氣，補(bǔ)氣量為額定工況點(diǎn)流量的0.50%、 0.8%、1.0%倍。補(bǔ)氣試驗(yàn)分別選擇最大水頭45%Pr工況點(diǎn)和最大壓力脈動(dòng)幅值點(diǎn)進(jìn)行壓力脈動(dòng)模擬主軸中心孔補(bǔ)氣試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，補(bǔ)氣對(duì)壓力脈動(dòng)幅值影響不大。

6.2 飛逸轉(zhuǎn)速試驗(yàn)

飛逸轉(zhuǎn)速試驗(yàn)導(dǎo)葉開(kāi)度從3°～33°，間隔 2°。在每個(gè)試驗(yàn)開(kāi)度下，調(diào)節(jié)試驗(yàn)水頭，采集力矩分別為正、接近0和負(fù)的3點(diǎn)，對(duì)3點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值確定相應(yīng)開(kāi)口飛逸轉(zhuǎn)速(見(jiàn)圖2)。

圖2 飛逸特性曲線

6.3 流態(tài)觀測(cè)試驗(yàn)

轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)水邊正、背面脫流均未進(jìn)入電站運(yùn)行范圍，轉(zhuǎn)輪葉道渦初生線未進(jìn)入要求出力范圍，整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)無(wú)可見(jiàn)卡門(mén)渦現(xiàn)象發(fā)生。

7 結(jié) 語(yǔ)

本次模型試驗(yàn)完成了合同規(guī)定的所有試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目齊全。試驗(yàn)結(jié)果表明， A1624 模型水輪機(jī)綜合性能優(yōu)良，具有良好的效率、出力、空化、飛逸和穩(wěn)定性性能，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足QBT水電站水輪機(jī)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的要求，為下一步真機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。