沙坪水電站水輪機(jī)改造優(yōu)化設(shè)計(jì)

向 升， 鄭 靜

(1. 中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213；2. 四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 611231)

1 概 述

沙坪水電站位于四川省九龍縣，裝有3臺(tái)單機(jī)額定出力為55.67 MW的立式混流式水輪機(jī)，水輪機(jī)型號(hào)為HL(A855)-LJ-203，機(jī)組于2007年投運(yùn)。水輪機(jī)設(shè)計(jì)的最大水頭為181.2 m，額定水頭為165 m，最小水頭為163.2 m，水輪機(jī)額定出力為55.67 MW，額定轉(zhuǎn)速為428.6 rpm。

機(jī)組自運(yùn)行以來(lái)，存在可連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行范圍窄、額定出力不足、部分負(fù)荷區(qū)域振動(dòng)大而無(wú)法運(yùn)行、轉(zhuǎn)輪葉片出現(xiàn)裂紋等問(wèn)題。在低負(fù)荷運(yùn)行情況下，該機(jī)組振擺數(shù)據(jù)較大、波動(dòng)亦大(如上機(jī)架垂直振動(dòng)有時(shí)達(dá)到1 mm)，尾水錐管振動(dòng)明顯(肉眼可觀察到錐管振動(dòng))、水流撞擊聲大、尾水管渦帶振動(dòng)明顯，部分負(fù)荷段能感覺(jué)到樓板振動(dòng)，39 MW負(fù)荷下基本不能運(yùn)行。該機(jī)組不能帶滿負(fù)荷運(yùn)行(既使帶到滿負(fù)荷也會(huì)降到53 MW左右)。

鑒于該機(jī)組存在的振動(dòng)、裂紋、出力限制等問(wèn)題，已嚴(yán)重影響到機(jī)組的安全運(yùn)行和電站的經(jīng)濟(jì)效益，因此，迫切需要對(duì)沙坪水電站水輪機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造，以滿足電網(wǎng)對(duì)電站日益嚴(yán)格的運(yùn)行要求。該電站業(yè)主和設(shè)計(jì)院經(jīng)過(guò)多方咨詢和充分的前期論證，最終決定于2021年正式啟動(dòng)沙坪水電站水輪機(jī)升級(jí)擴(kuò)容改造工程。

2 水輪機(jī)升級(jí)改造的目標(biāo)

該電站于2020年即啟動(dòng)了水輪機(jī)升級(jí)改造的前期調(diào)研和咨詢工作，先后和國(guó)內(nèi)外多個(gè)水輪機(jī)設(shè)備制造廠家就該電站水輪機(jī)存在的問(wèn)題和升級(jí)改造方案開(kāi)展了多次技術(shù)交流，并具體考察了所屬水輪機(jī)廠家的技術(shù)實(shí)力和制造能力，最終確定了水輪機(jī)升級(jí)改造工程的目標(biāo)：通過(guò)更換水力性能優(yōu)異的轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)等零部件，以達(dá)到提高機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性、擴(kuò)大可運(yùn)行范圍、提升效率、增大出力的升級(jí)改造目標(biāo)。具體來(lái)講，即要求機(jī)組改造后能滿足正常負(fù)荷區(qū)域(45%～100%額定出力)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，以及長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷區(qū)域(小于45%額定出力)安全穩(wěn)定運(yùn)行的特殊要求，以滿足電網(wǎng)調(diào)度組合工況的需求；機(jī)組額定出力能提升5%至58.45 MW；水輪機(jī)效率應(yīng)比原機(jī)組有所提升。

該項(xiàng)目于2021年啟動(dòng)了招標(biāo)工作，共收到五家設(shè)備廠商的投標(biāo)方案。經(jīng)電站業(yè)主和咨詢專家進(jìn)行多次討論和交流澄清，對(duì)設(shè)備廠商的技術(shù)方案和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作了全方位的比較與權(quán)衡，最終確定由杭州睿博水電科技有限公司承接該電站的水輪機(jī)升級(jí)改造項(xiàng)目。改造前后水輪機(jī)主要參數(shù)對(duì)比情況見(jiàn)表1。

表1 改造前后水輪機(jī)主要參數(shù)對(duì)比表

3 水輪機(jī)改造優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的設(shè)定

鑒于水電站水輪機(jī)升級(jí)改造項(xiàng)目技術(shù)要求很高，通過(guò)升級(jí)改造，既要消除機(jī)組現(xiàn)有的缺陷，還要確保改造后的新舊機(jī)組完美匹配，安全穩(wěn)定運(yùn)行，不產(chǎn)生新問(wèn)題，方能達(dá)到水輪機(jī)升級(jí)改造的預(yù)期目標(biāo)。升級(jí)改造項(xiàng)目從客觀上講對(duì)業(yè)主、設(shè)計(jì)院、設(shè)備廠商都提出了很高的技術(shù)能力要求：自主研發(fā)的技術(shù)能力、合適的基礎(chǔ)水力設(shè)計(jì)模型和完整的模型水輪機(jī)試驗(yàn)、CFD優(yōu)化設(shè)計(jì)分析能力以及電站改造項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)等都是至關(guān)重要的。

3.1 轉(zhuǎn)輪水力設(shè)計(jì)采用的主要優(yōu)化方法

在水輪機(jī)改造優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，各水輪機(jī)制造廠家都進(jìn)行了很多研究。效率、出力、穩(wěn)定性、空化性能是機(jī)組改造的主要優(yōu)化方向。

水輪機(jī)的升級(jí)改造需要在一個(gè)合適的基礎(chǔ)水力設(shè)計(jì)模型上，通過(guò)CFD優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，結(jié)合被改造電站的具體參數(shù)和改造要求，有針對(duì)性的進(jìn)行優(yōu)化提升，并對(duì)改造后的機(jī)組性能做出合理、準(zhǔn)確的評(píng)估和預(yù)測(cè)，才能如期實(shí)現(xiàn)電站改造的目標(biāo)[1]。

(1)調(diào)整最優(yōu)點(diǎn)位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)組額定出力提升時(shí)，其額定單位流量有所增大。為提高機(jī)組部分負(fù)荷工況的穩(wěn)定性，將轉(zhuǎn)輪最優(yōu)單位流量向部分負(fù)荷工況偏移可以降低機(jī)組部分負(fù)荷工況下尾水管渦帶的能量[2]。

(2)轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)水邊的優(yōu)化設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)水邊形狀對(duì)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部水流壓力脈動(dòng)、進(jìn)水邊空化、部分負(fù)荷工況脫流現(xiàn)象等影響較大。進(jìn)行轉(zhuǎn)輪CFD優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，一定要有針對(duì)性地進(jìn)行優(yōu)化嘗試，選取合適的葉片進(jìn)口型線和傾角，使轉(zhuǎn)輪對(duì)水流具有良好的適應(yīng)性[3]。

(3)進(jìn)行轉(zhuǎn)輪葉片出水邊的優(yōu)化設(shè)計(jì)以消除卡門渦誘發(fā)的振動(dòng)?？ㄩT渦通常出現(xiàn)在轉(zhuǎn)輪葉片出水邊，且穩(wěn)定的卡門渦會(huì)成為機(jī)組振動(dòng)的振源因素之一。優(yōu)化轉(zhuǎn)輪葉片出水邊葉型可以避免卡門渦的產(chǎn)生，提高機(jī)組的穩(wěn)定性能[4]。

(4)優(yōu)化活動(dòng)導(dǎo)葉型線，使其與轉(zhuǎn)輪葉片匹配，在轉(zhuǎn)輪進(jìn)口區(qū)域形成穩(wěn)定、均勻的流場(chǎng)，以提高機(jī)組的效率和穩(wěn)定性[5]。

3.2 基礎(chǔ)水力模型的確定

由于中小型水電站水輪機(jī)改造項(xiàng)目預(yù)算和周期的限制，一般情況下都不具備在改造實(shí)施前做模型水輪機(jī)試驗(yàn)的可能性，因此，一個(gè)完全相同或接近于改造項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行工況的基礎(chǔ)水力設(shè)計(jì)模型即成為電站成功改造的關(guān)鍵因素之一。

睿博公司出品的L269中水頭模型轉(zhuǎn)輪是睿博公司于2008年為挪威Tj?rhom項(xiàng)目做的模型水輪機(jī)開(kāi)發(fā)，于2008年年底在挪威NTNU水力機(jī)械模型試驗(yàn)室完成模型試驗(yàn)。模型試驗(yàn)的結(jié)果表明：該轉(zhuǎn)輪具有比較優(yōu)秀的水力設(shè)計(jì)，且其設(shè)計(jì)參數(shù)和沙坪水電站水輪機(jī)的運(yùn)行工況接近。在進(jìn)一步針對(duì)沙坪水電站水輪機(jī)的運(yùn)行工況做CFD優(yōu)化設(shè)計(jì)后，可以滿足沙坪水電站的改造目標(biāo)要求。

L269模型轉(zhuǎn)輪的基本參數(shù)如下：

模型轉(zhuǎn)輪編號(hào)：L269

推薦使用水頭范圍：120～200 m

模型轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)：13

轉(zhuǎn)輪出口直徑D2:350 mm

轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口直徑D1:390.1 mm

導(dǎo)葉相對(duì)高度B0/D2：0.26

導(dǎo)葉分布圓相對(duì)直徑Dp/D2:1.25

活動(dòng)導(dǎo)葉數(shù):24

固定導(dǎo)葉數(shù):24

最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n11*:70.3 rpm

最優(yōu)單位流量Q11*:0.566 m3/s

模型水輪機(jī)最優(yōu)效率ηhM：95.41%

從模型水輪機(jī)的試驗(yàn)報(bào)告看：此L269模型水輪機(jī)和沙坪水電站的運(yùn)行工況比較接近，模型水輪機(jī)的性能亦比較優(yōu)秀，各項(xiàng)指標(biāo)比較均衡。但是，由于原沙坪水電站水輪機(jī)流道尺寸與該模型水輪機(jī)存在一定差異，特別是電站改造后對(duì)于低負(fù)荷區(qū)域安全運(yùn)行的特殊工況要求，水輪機(jī)設(shè)備廠商需要在此基礎(chǔ)模型上通過(guò)CFD優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法對(duì)轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)做出適當(dāng)調(diào)整，在水力設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)兩個(gè)方面都需要進(jìn)行優(yōu)化提升，以使其更加切合沙坪水電站水輪機(jī)改造的初衷。

3.3 CFD優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.3.1 蝸殼和尾水管的CFD分析

此次沙坪水電站水輪機(jī)改造項(xiàng)目中不包含已經(jīng)埋入廠房混凝土的水輪機(jī)蝸殼和尾水管。因此，在進(jìn)行水輪機(jī)改造設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)原蝸殼、尾水管流道進(jìn)行一次CFD分析，以評(píng)判其對(duì)于新轉(zhuǎn)輪的影響。

對(duì)比睿博L269基礎(chǔ)模型水輪機(jī)，沙坪水電站原蝸殼進(jìn)口尺寸和進(jìn)口偏心距離更大。沙坪水電站固定導(dǎo)葉為23只，而睿博L269模型水輪機(jī)的固定導(dǎo)葉為24只。通常情況下，蝸殼尺寸的增大更有利于蝸殼座環(huán)區(qū)域的流場(chǎng)分布，有利于減少該部件的水力損失。CFD分析計(jì)算的結(jié)果顯示：沙坪水電站蝸殼的水力損失和睿博L269模型水輪機(jī)蝸殼的水力損失相當(dāng)。沙坪水電站蝸殼壓力分布情況見(jiàn)圖1。

圖1 沙坪水電站蝸殼壓力分布圖

按照沙坪水電站原尾水管設(shè)計(jì)圖，沙坪水電站尾水管比L269模型水輪機(jī)尾水管深10%。通常，更深的尾水管有利于減少機(jī)組部分負(fù)荷區(qū)域的水力損失和壓力脈動(dòng)。沙坪水電站的尾水管出口寬度與L269模型水輪機(jī)尾水管相當(dāng)，但其長(zhǎng)度比L269模型水輪機(jī)尾水管略短，致使其出口擴(kuò)散角比較大。

圖2顯示了尾水管的水力損失與渦流數(shù)S之間的關(guān)系。渦流數(shù)S是一個(gè)無(wú)量綱數(shù)，用于描述水流流場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)情況。在水輪機(jī)設(shè)計(jì)中，渦流數(shù)向滿負(fù)荷(正S值)和部分負(fù)荷(負(fù)S值)方向增加。與睿博L269參考模型水輪機(jī)相比較，沙坪水電站原尾水管的水力損失比睿博L269略大。在最優(yōu)效率區(qū)域，即S=0，二者的差別約為0.05%。沙坪水電站尾水管與睿博L269模型尾水管水力性能比較情況見(jiàn)圖2。

圖2 沙坪水電站尾水管與睿博L269模型尾水管水力性能比較圖

3.3.2 活動(dòng)導(dǎo)葉CFD優(yōu)化設(shè)計(jì)

原沙坪水電站活動(dòng)導(dǎo)葉數(shù)與睿博L269模型水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉數(shù)量一樣，均為24個(gè)。在CFD優(yōu)化設(shè)計(jì)中，活動(dòng)導(dǎo)葉的分布圓按照沙坪水電站現(xiàn)有導(dǎo)葉分布圓2 480 mm設(shè)計(jì)，導(dǎo)葉高度按480 mm設(shè)計(jì)。

由于睿博L269模型水輪機(jī)為多年前的設(shè)計(jì)成果，其活動(dòng)導(dǎo)葉采用的是常規(guī)對(duì)稱型活動(dòng)導(dǎo)葉，為比較傳統(tǒng)的型線設(shè)計(jì)。在沙坪水電站水輪機(jī)改造過(guò)程中，設(shè)備廠家將采用水力性能更優(yōu)的非對(duì)稱型活動(dòng)導(dǎo)葉型線，其水力性能比沙坪水電站的對(duì)稱型活動(dòng)導(dǎo)葉要好，更適用于沙坪水電站機(jī)組的改造。

活動(dòng)導(dǎo)葉的CFD分析計(jì)算是在一個(gè)轉(zhuǎn)輪葉片和一個(gè)活動(dòng)導(dǎo)葉的耦合流場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行的。CFD分析計(jì)算結(jié)果顯示：采用非對(duì)稱型活動(dòng)導(dǎo)葉后，比對(duì)稱型活動(dòng)導(dǎo)葉能更好地適應(yīng)沙坪水電站機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

圖3顯示了優(yōu)化設(shè)計(jì)后的非對(duì)稱型活動(dòng)導(dǎo)葉應(yīng)用到沙坪水電站時(shí)的流場(chǎng)壓力分布情況。使用優(yōu)化設(shè)計(jì)后的L269S活動(dòng)導(dǎo)葉型線后，水力損失比原參考模型水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉型線減少了0.2%, 相當(dāng)于水輪機(jī)效率提升了0.2%。此外，更為重要的是，在新優(yōu)化設(shè)計(jì)后的L269S活動(dòng)導(dǎo)葉出口側(cè)，流場(chǎng)的壓力分布沿圓周方向更加均勻，其可以直接降低轉(zhuǎn)輪進(jìn)口與活動(dòng)導(dǎo)葉之間的壓力波動(dòng)，降低轉(zhuǎn)輪動(dòng)態(tài)載荷，提高轉(zhuǎn)輪運(yùn)行的穩(wěn)定性能。CFD優(yōu)化設(shè)計(jì)后的非對(duì)稱型活動(dòng)導(dǎo)葉應(yīng)用到沙坪水電站時(shí)的壓力分布情況見(jiàn)圖3。

圖3 CFD優(yōu)化設(shè)計(jì)后的非對(duì)稱型活動(dòng)導(dǎo)葉應(yīng)用到沙坪水電站時(shí)的壓力分布圖

3.3.3 轉(zhuǎn)輪CFD設(shè)計(jì)優(yōu)化和FEA分析

為滿足沙坪水電站低負(fù)荷區(qū)域運(yùn)行的特殊要求，提高機(jī)組運(yùn)行的整體穩(wěn)定性和安全性，進(jìn)行轉(zhuǎn)輪的CFD優(yōu)化設(shè)計(jì)至關(guān)重要。經(jīng)CFD優(yōu)化設(shè)計(jì)后的L269S轉(zhuǎn)輪參數(shù)如下(單位參數(shù)按D1計(jì)算)：

出口直徑D2為1.894 m

進(jìn)口直徑D1為2.1 m

最優(yōu)點(diǎn)流量Q*為30.5 m3/s

最優(yōu)點(diǎn)水頭H*為179.5 m

最優(yōu)單位流量Q11*為0.516 m3/s

最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n11*為67.2 rpm

轉(zhuǎn)速n為428.6 rpm

額定出力為58.45 MW

葉片數(shù)為15

運(yùn)用CFD和FEA技術(shù)，新L269S轉(zhuǎn)輪葉片的型線按沙坪水電站運(yùn)行要求進(jìn)行了以下調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計(jì)，沙坪水電站L269S轉(zhuǎn)輪葉片CFD壓力分布情況見(jiàn)圖4。

圖4 沙坪水電站L269S轉(zhuǎn)輪葉片CFD壓力分布圖

調(diào)整最優(yōu)工況點(diǎn)到比較低的單位轉(zhuǎn)速和較低的單位流量上，以滿足機(jī)組在低負(fù)荷區(qū)域運(yùn)行的穩(wěn)定性要求。

在轉(zhuǎn)輪進(jìn)口尺寸上，比原沙坪水電站機(jī)組轉(zhuǎn)輪適當(dāng)放大，在抗汽蝕性能上有所提高。

增強(qiáng)了轉(zhuǎn)輪在高水頭低負(fù)荷區(qū)域的進(jìn)口汽蝕性能，使其背部脫流區(qū)遠(yuǎn)離沙坪水電站的最高運(yùn)行水頭線，擁有足夠的安全余量。

將 轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)調(diào)整為15，有利于降低轉(zhuǎn)輪進(jìn)口壓力波動(dòng)，提高轉(zhuǎn)輪運(yùn)行的穩(wěn)定性能。

轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)調(diào)整為15后，提高了出水邊抗汽蝕性能，更有利于滿足沙坪水電站的最小裝機(jī)汽蝕系數(shù)。

轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)調(diào)整為15，更能避免轉(zhuǎn)輪進(jìn)口內(nèi)壓力波動(dòng)和蝸殼內(nèi)壓力波動(dòng)的共振，有利于提高轉(zhuǎn)輪運(yùn)行的穩(wěn)定性能。

轉(zhuǎn)輪葉片厚度的適當(dāng)增加，能夠提高轉(zhuǎn)輪在極低負(fù)荷條件下運(yùn)行的剛強(qiáng)度，降低其應(yīng)力水平；同時(shí)，適當(dāng)增厚的葉片出水邊能提高轉(zhuǎn)輪在水中的固有頻率，避免共振風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然，增厚的葉片出水邊會(huì)使轉(zhuǎn)輪效率有所下降。

沙坪水電站轉(zhuǎn)輪葉片出水邊在參考模型轉(zhuǎn)輪出水邊上適當(dāng)進(jìn)行了延長(zhǎng)，有利于提高出水邊的汽蝕性能。

沙坪水電站轉(zhuǎn)輪葉片頭部的適度優(yōu)化，能夠提高轉(zhuǎn)輪在高水頭運(yùn)行時(shí)進(jìn)口的抗汽蝕性能，使葉片背部脫流區(qū)遠(yuǎn)離機(jī)組運(yùn)行范圍。

與此同時(shí)，對(duì)沙坪水電站轉(zhuǎn)輪葉片的進(jìn)口邊角度和型線厚度進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，以確保高水頭低負(fù)荷和低水頭高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的進(jìn)口汽蝕性能。

轉(zhuǎn)輪經(jīng)CFD優(yōu)化設(shè)計(jì)后，需要對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行FEA分析，以便對(duì)其應(yīng)力、應(yīng)變、固有頻率、動(dòng)態(tài)應(yīng)力、疲勞壽命等做出評(píng)估和校核，確保轉(zhuǎn)輪機(jī)械結(jié)構(gòu)安全可靠。必要時(shí)，需要重新調(diào)整其葉片或上冠下環(huán)型線，使轉(zhuǎn)輪在水力性能和機(jī)械強(qiáng)度上達(dá)到平衡。

4 L269S轉(zhuǎn)輪性能預(yù)測(cè)

水輪機(jī)在進(jìn)行CFD優(yōu)化設(shè)計(jì)的同時(shí)可以獲得機(jī)組性能的預(yù)測(cè)。

4.1 水輪機(jī)效率

水輪機(jī)效率的預(yù)測(cè)以L269模型水輪機(jī)試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行。根據(jù)對(duì)沙坪水電站機(jī)組原蝸殼、尾水管進(jìn)行的CFD分析，以及活動(dòng)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪的CFD優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)原模型水輪機(jī)的效率水平進(jìn)行了調(diào)整，并預(yù)測(cè)新L269S水輪機(jī)的最優(yōu)效率為95.8%。

L269模型水輪機(jī)最優(yōu)效率試驗(yàn)結(jié)果為95.41%。

沙坪水電站L269S水輪機(jī)水力效率的調(diào)整:

蝸殼座環(huán) 0%

尾水管 -0.05%

活動(dòng)導(dǎo)葉優(yōu)化 +0.2%

轉(zhuǎn)輪葉片優(yōu)化 -0.3%

止漏環(huán)設(shè)計(jì) -0.05%

安全余量 -0.4%

總效率調(diào)整 -0.6%

最終將L269S CFD模型水輪機(jī)最優(yōu)效率調(diào)整為94.81 %。

沙坪水電站真機(jī)最優(yōu)效率為(按莫迪公式換算)95.8%。

4.2 運(yùn)行范圍

對(duì)于經(jīng)過(guò)CFD優(yōu)化設(shè)計(jì)后的沙坪水電站L269S水輪機(jī)，設(shè)備廠家提出了34%～100%額定出力的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行范圍，該連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行范圍比改造合同中規(guī)定的45%～100%額定出力范圍寬。將低于34%額定出力的低負(fù)荷區(qū)域定義為臨時(shí)運(yùn)行區(qū)域。由于混流式水輪機(jī)天然固有的水力特性，機(jī)組在低負(fù)荷區(qū)域運(yùn)行時(shí)其汽蝕、渦帶和動(dòng)態(tài)應(yīng)力會(huì)增大，對(duì)轉(zhuǎn)輪壽命存在負(fù)面影響。因此，必須對(duì)在該低負(fù)荷區(qū)域的臨時(shí)運(yùn)行時(shí)間有一定限制，以避免機(jī)組因長(zhǎng)期運(yùn)行在惡劣工況下?lián)p壞，例如葉片裂紋。因此，在設(shè)定機(jī)組連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行范圍時(shí)需要充分考慮水輪機(jī)的水力性能，結(jié)合電站運(yùn)行工況需求合理設(shè)定。

4.3 汽蝕性能

圖5中的曲線顯示的是轉(zhuǎn)輪葉片汽蝕趨勢(shì)，從圖中可以看出：在設(shè)計(jì)尾水位高程2 004 m工況下，轉(zhuǎn)輪在正常負(fù)荷運(yùn)行區(qū)域其需求的尾水位高程比設(shè)計(jì)尾水位高程低，沒(méi)有出現(xiàn)汽蝕的風(fēng)險(xiǎn)。L269S轉(zhuǎn)輪汽蝕性能見(jiàn)圖5。

圖5 L269S轉(zhuǎn)輪汽蝕性能示意圖

5 結(jié) 語(yǔ)

沙坪水電站水輪機(jī)改造業(yè)已完成并投入運(yùn)行，機(jī)組出力滿足設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行平穩(wěn)，達(dá)到了改造優(yōu)化的目的。

2004年，中國(guó)國(guó)內(nèi)的水電站總裝機(jī)容量就超過(guò)了1億kW，時(shí)至今日，很多機(jī)組已經(jīng)進(jìn)入升級(jí)改造周期。沙坪水電站水輪機(jī)存在的運(yùn)行問(wèn)題在國(guó)內(nèi)眾多中小型混流式水輪機(jī)機(jī)組中具有一定的典型性。沙坪水電站水輪機(jī)的改造優(yōu)化，可以為國(guó)內(nèi)中小型水電站水輪機(jī)改造提供一定的參考和借鑒。