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中小型水电站水轮机转轮改型设计的必要性和可行性

2021-12-01 11:18:09      来源:J9九游会AG      点击:0
简介: 中小型水电站技术改造是水电事业发展的重要组成部分,本文通过对我国中小型水电站发展现状的论述,分析了在中小型水电站技术改造中水轮机转轮改型设计的必要性和可行性,并介绍了当前水轮机转轮设计、测试和制造方面的新技术。
关(guan)键字(zi):中小型(xing)水电站 水轮(lun)机转轮(lun) 改型(xing)设计
相关站中站: 水轮机


1我国中(zhong)小型水电站的发展现(xian)状


建(jian)国(guo)以来,我国(guo)水(shui)电(dian)(dian)建(jian)设(she)取得了(le)巨大(da)成就,据统计(ji)(ji)我国(guo)常规(gui)水(shui)电(dian)(dian)装机容(rong)(rong)量(liang)已达(da)到7700×104kW,其中,中小型(xing)水(shui)电(dian)(dian)站4.5×104余(yu)座,拥有机组(zu)7×104余(yu)台,总装机容(rong)(rong)量(liang)达(da)2020×104kW,有近一半为(wei)50~60年(nian)代(dai)制造的(de)设(she)备(bei)[1]。由于(yu)当时条件限(xian)制,这些电(dian)(dian)站的(de)水(shui)轮机多数是应用前苏联40~50年(nian)代(dai)的(de)技(ji)术,制造技(ji)术落后,效(xiao)率较(jiao)低(di),过(guo)流能力(li)差(cha),总的(de)能量(liang)指(zhi)标偏低(di)。加上大(da)部分(fen)国(guo)产机组(zu)生(sheng)产于(yu)特(te)殊年(nian)代(dai),不按电(dian)(dian)厂各种条件而硬性(xing)(xing)套用定(ding)型(xing)图(tu)纸,或仅(jin)按模型(xing)试验的(de)特(te)定(ding)角度硬性(xing)(xing)规(gui)定(ding)设(she)计(ji)(ji),致使原(yuan)来水(shui)力(li)效(xiao)率不高的(de)转轮又(you)偏离了(le)高效(xiao)率区(qu)。还有性(xing)(xing)能指(zhi)标较(jiao)低(di),如高效(xiao)区(qu)狭小、振动区(qu)范围(wei)大(da)、空化性(xing)(xing)能差(cha)等,对机组(zu)的(de)安全(quan)稳定(ding)运行产生(sheng)了(le)严(yan)重的(de)影响,很大(da)程(cheng)度上降低(di)了(le)电(dian)(dian)站设(she)备(bei)的(de)运行管理水(shui)平和效(xiao)益。


另(ling)外,由于(yu)大部分电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)已(yi)运行(xing)(xing)了三四十年,机(ji)组(zu)设备(bei)在性(xing)能(neng)和结构方面(mian)都已(yi)陈旧、事故(gu)(gu)增多、检修频繁。长(zhang)(zhang)期运行(xing)(xing)已(yi)使(shi)过流部件(jian)(jian)磨损(sun),特(te)别(bie)是转轮(lun)(lun)、导叶等部件(jian)(jian)由于(yu)空蚀和磨损(sun),叶型遭到破(po)坏,间隙增加而使(shi)效(xiao)率(lv)(lv)下(xia)(xia)降。根据国(guo)外有关资(zi)料介绍(shao),效(xiao)率(lv)(lv)下(xia)(xia)降约为2%。特(te)别(bie)是有些(xie)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)或由于(yu)当年是套用(yong)机(ji)组(zu),或由于(yu)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)参数发(fa)(fa)生变化,使(shi)机(ji)组(zu)长(zhang)(zhang)期在低效(xiao)率(lv)(lv)下(xia)(xia)运行(xing)(xing),浪费能(neng)源(yuan),亟待(dai)早日解决。与此形成鲜明对比的是,近年来,随(sui)着(zhe)国(guo)民经济的发(fa)(fa)展和人(ren)民生活水(shui)平的不断提高(gao),电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)(li)负荷(he)峰(feng)谷差愈(yu)(yu)来愈(yu)(yu)大,增大中(zhong)(zhong)小型电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)厂在电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)网(wang)系(xi)统中(zhong)(zhong)的调(diao)(diao)峰(feng)、调(diao)(diao)频能(neng)力(li)(li)也愈(yu)(yu)显(xian)重(zhong)要(yao)。而电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)(li)系(xi)统越(yue)来越(yue)多地要(yao)求水(shui)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)组(zu)特(te)别(bie)是中(zhong)(zhong)小型水(shui)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)组(zu)担(dan)负调(diao)(diao)峰(feng)、调(diao)(diao)频和事故(gu)(gu)备(bei)用(yong)任务(wu),这样(yang)就增加了机(ji)组(zu)启动(dong)、停机(ji)次数,致(zhi)使(shi)水(shui)轮(lun)(lun)机(ji)部件(jian)(jian)动(dong)载荷(he)增加,运行(xing)(xing)条件(jian)(jian)变得(de)苛刻(ke),对那些(xie)设备(bei)陈旧的老电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan),担(dan)负这样(yang)任务(wu)显(xian)然力(li)(li)不从(cong)心。同时,近几年大电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)网(wang)对地方电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)网(wang)实行(xing)(xing)峰(feng)谷差价和峰(feng)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)超(chao)计(ji)划加价政策,让电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)网(wang)中(zhong)(zhong)调(diao)(diao)节性(xing)能(neng)较好的水(shui)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)实行(xing)(xing)顶峰(feng)发(fa)(fa)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian),多发(fa)(fa)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)必(bi)将会显(xian)著提高(gao)地方电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)网(wang)的负荷(he)率(lv)(lv)和经济效(xiao)益(yi)。


2水轮机(ji)转轮改型的必要性和(he)可行性


2.1水轮机转轮改型(xing)的(de)必要性


从我国(guo)水(shui)电(dian)(dian)事业的(de)发(fa)展现状(zhuang)来(lai)看,大(da)批水(shui)电(dian)(dian)站存在的(de)主要(yao)问(wen)题及(ji)产生的(de)严重后果(guo)主要(yao)是长期以来(lai)水(shui)轮机(ji)转(zhuan)轮的(de)设计制造与使用(yong)条件相(xiang)脱节,主要(yao)表现在下面(mian)几个方面(mian)[2]:


(1)水(shui)(shui)轮(lun)(lun)机(ji)转轮(lun)(lun)效率低。水(shui)(shui)轮(lun)(lun)机(ji)效率是水(shui)(shui)轮(lun)(lun)机(ji)性能(neng)的(de)重要指标,据统计从50年代(dai)至今,水(shui)(shui)轮(lun)(lun)机(ji)效率每10年提高一(yi)个百分(fen)点,我国有一(yi)大(da)批机(ji)组水(shui)(shui)轮(lun)(lun)机(ji)转轮(lun)(lun)系国内50、60年代(dai)产品,与90年代(dai)国内外先进转轮(lun)(lun)相比,差距很大(da),真机(ji)效率约低2%~5%以上(shang)。造成可利(li)用能(neng)源的(de)巨大(da)浪费。


(2)水轮机(ji)(ji)(ji)与水轮发(fa)(fa)电(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)选型不合(he)理。“六五”以前安装的水轮发(fa)(fa)电(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)组(zu),由于设(she)计条件(jian)限制,有些(xie)电(dian)(dian)站选择(ze)水轮机(ji)(ji)(ji)与发(fa)(fa)电(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)偏于保守(shou),使水能不能充(chong)分(fen)利(li)用,有些(xie)电(dian)(dian)站选择(ze)水轮机(ji)(ji)(ji)与发(fa)(fa)电(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)容量匹(pi)配不当,从而(er)大大限制了(le)机(ji)(ji)(ji)组(zu)出力。


(3)水(shui)轮机(ji)运行(xing)可(ke)靠性差(cha)。水(shui)轮机(ji)受当时设(she)计、制(zhi)造水(shui)平(ping)限制(zhi),水(shui)轮机(ji)抗(kang)空化(hua)、抗(kang)磨损(sun)(sun)、抗(kang)振动性能差(cha),经几十年运行(xing),一(yi)些机(ji)组空化(hua)、磨损(sun)(sun)、振动严重,运行(xing)条件(jian)恶劣、事(shi)故隐患不断(duan)增(zeng)加。严重影响(xiang)水(shui)轮机(ji)的可(ke)靠运行(xing)。


(4)自然条件的变(bian)化(hua)。近年(nian)来随着经济(ji)的发(fa)展,有些电(dian)站(zhan)的上(shang)游大(da)(da)(da)力发(fa)展耗(hao)水(shui)(shui)(shui)量较(jiao)大(da)(da)(da)的农(nong)业企(qi)业,工农(nong)业用水(shui)(shui)(shui)量突飞猛进。另外,随着人(ren)们生活质量的提高(gao),生活用水(shui)(shui)(shui)、环境用水(shui)(shui)(shui)、生态用水(shui)(shui)(shui)等过(guo)去(qu)设计电(dian)站(zhan)时忽略的部分消耗(hao)也一(yi)天比(bi)一(yi)天增多(duo)。这样部分水(shui)(shui)(shui)轮(lun)(lun)发(fa)电(dian)机组经几(ji)十年(nian)投运,上(shang)、下游水(shui)(shui)(shui)位已发(fa)生较(jiao)大(da)(da)(da)变(bian)化(hua),原(yuan)有转轮(lun)(lun)运行(xing)已大(da)(da)(da)大(da)(da)(da)偏离设计工况(kuang),甚至(zhi)无(wu)法正(zheng)常运行(xing)。


综上所述,80年代以前建(jian)设(she)的(de)一大批电站,由于(yu)机(ji)电设(she)备落后,技(ji)术老化,机(ji)组(zu)设(she)计水(shui)平低(di),制造(zao)(zao)工艺差,技(ji)术参(can)数(shu)低(di)。以及部件老化机(ji)组(zu)出力(li)受阻(zu)和(he)自然条件的(de)变(bian)化,已不能充分(fen)利用已开发的(de)水(shui)力(li)资源(yuan),从(cong)而(er)造(zao)(zao)成(cheng)水(shui)力(li)资源(yuan)的(de)再(zai)度浪费(fei)。再(zai)加上电网(wang)调(diao)峰的(de)迫切需(xu)要。如何提高已开发的(de)水(shui)力(li)资源(yuan)的(de)经济效益(yi)和(he)社会效益(yi)成(cheng)为(wei)许多(duo)老水(shui)电厂面(mian)临(lin)的(de)重大课题。


众所周知,水(shui)轮(lun)(lun)(lun)机转轮(lun)(lun)(lun)水(shui)电(dian)站(zhan)的(de)核心设备。水(shui)轮(lun)(lun)(lun)机的(de)水(shui)力性能、振动与空化主要取决于转轮(lun)(lun)(lun)性能,转轮(lun)(lun)(lun)性能的(de)优劣对(dui)合理开发利用水(shui)能、保证电(dian)网可(ke)(ke)靠性方面有着巨大影响。因(yin)此,对(dui)老的(de)水(shui)轮(lun)(lun)(lun)机转轮(lun)(lun)(lun)的(de)更新(xin)改造势在必行(xing)。通(tong)过(guo)对(dui)水(shui)轮(lun)(lun)(lun)机转轮(lun)(lun)(lun)的(de)改型,可(ke)(ke)提高机组效率,增加(jia)电(dian)站(zhan)容量,改善机组运(yun)行(xing)的(de)安全稳(wen)定性。


2.2水轮(lun)机转(zhuan)轮(lun)改型(xing)的(de)可行性


首(shou)先,从经济(ji)的角度分析(xi),开(kai)发新(xin)电站(zhan)投(tou)资大、周期(qi)长,而进行水(shui)轮机转(zhuan)轮的增容改造由于(yu)不需要(yao)(yao)再(zai)建(jian)(jian)大坝等水(shui)工建(jian)(jian)筑(zhu)物,故投(tou)资很(hen)少,见(jian)效(xiao)很(hen)快,经济(ji)效(xiao)益很(hen)高(gao)。一(yi)般认为,对(dui)老(lao)电站(zhan)的增容改造其单位千瓦投(tou)资要(yao)(yao)比新(xin)建(jian)(jian)电站(zhan)低2/3以上[3]。


因(yin)此,水电站水轮(lun)机(ji)转轮(lun)的改(gai)型(xing)是一(yi)项投入少产出多(duo)效(xiao)益显著的项目,是提(ti)高水电站运(yun)行可靠性和经济(ji)性的最主(zhu)要方向,已成(cheng)为许多(duo)国(guo)家解(jie)决能源短缺问题的手段之一(yi)。


其(qi)次,从技(ji)(ji)术(shu)上来说,近年来计(ji)算机与计(ji)算技(ji)(ji)术(shu)、流体机械三维(wei)流动分析与设(she)计(ji)理论(lun)、通讯与传感器技(ji)(ji)术(shu)、现代(dai)控制理论(lun)和机械加工(gong)技(ji)(ji)术(shu)等都已取(qu)得了(le)很(hen)大的(de)进步(bu)。使得现代(dai)转轮的(de)设(she)计(ji)、测试和制造(zao)方面都取(qu)得了(le)长足的(de)进步(bu)。这些新的(de)技(ji)(ji)术(shu)主要表现在:


(1)数(shu)值模拟技术。五六十年代,混流(liu)式(shi)转轮(lun)的(de)设(she)计基础是本(ben)世(shi)纪初罗(luo)伦兹提出的(de)通流(liu)理论(lun),即假定转轮(lun)中的(de)叶片数(shu)无(wu)穷(qiong)多,无(wu)限薄,这样将(jiang)三(san)(san)维流(liu)动(dong)(dong)(dong)简化成轴对称流(liu)动(dong)(dong)(dong)。从80年代以后,随着计算(suan)机(ji)技术和计算(suan)流(liu)体(ti)动(dong)(dong)(dong)力(li)学的(de)迅速发展(zhan),水(shui)力(li)机(ji)械过流(liu)部件的(de)三(san)(san)维流(liu)动(dong)(dong)(dong)分(fen)析、三(san)(san)维设(she)计和优化算(suan)法都有(you)了长足的(de)发展(zhan),已成为过流(liu)部件水(shui)力(li)设(she)计与流(liu)动(dong)(dong)(dong)分(fen)析的(de)重要工具。目前(qian),仅在水(shui)轮(lun)机(ji)研究领域就有(you)清华、哈电和东方厂(chang)等国(guo)内(nei)近十家单位引进(jin)了先(xian)进(jin)的(de)CFD分(fen)析软(ruan)件。


如哈电,利(li)用CFD分析软(ruan)件进行模(mo)型(xing)转(zhuan)(zhuan)轮(lun)开发,完成(cheng)了三(san)峡(xia)右岸(an)转(zhuan)(zhuan)轮(lun)的转(zhuan)(zhuan)化(hua)设计,对丰满、新(xin)安江(jiang)、丹江(jiang)口、东江(jiang)、乌(wu)溪江(jiang)等一(yi)批老电站(zhan)改造项(xiang)目进行数(shu)值模(mo)拟和优(you)化(hua),完成(cheng)了洛溪渡、水(shui)布垭(ya)、小湾(wan)、龙滩、公伯峡(xia)等电站(zhan)水(shui)轮(lun)机的水(shui)力设计。东方厂(chang)利(li)用CFD技术开发出(chu)福堂电站(zhan)用D307模(mo)型(xing)转(zhuan)(zhuan)轮(lun),其最(zui)高效率为(wei)94.43%。空化(hua)性(xing)能也很高,其空化(hua)系数(shu)δ=0.047,飞(fei)逸转(zhuan)(zhuan)速特性(xing)最(zui)大(da)为(wei)106.4r/min,最(zui)大(da)压力脉(mai)动(dong)混频双振幅(fu)值为(wei)5.5%。


另外,西安(an)理工大学从80年代后(hou)期开始进行(xing)水(shui)(shui)轮机(ji)(ji)通(tong)流(liu)(liu)部件的(de)(de)(de)反(fan)(fan)问题(ti)(ti)研究[4],先(xian)后(hou)提出并建立了(le)基(ji)于(yu)(yu)S1流(liu)(liu)面(mian)反(fan)(fan)问题(ti)(ti)计(ji)算的(de)(de)(de)准三维(wei)(wei)设(she)计(ji)模(mo)(mo)型(xing)和方法、基(ji)于(yu)(yu)S2流(liu)(liu)面(mian)反(fan)(fan)问题(ti)(ti)计(ji)算的(de)(de)(de)准三维(wei)(wei)设(she)计(ji)模(mo)(mo)型(xing)和方法、基(ji)于(yu)(yu)混合(he)谱方法的(de)(de)(de)全三维(wei)(wei)有(you)旋流(liu)(liu)动的(de)(de)(de)反(fan)(fan)问题(ti)(ti)计(ji)算模(mo)(mo)型(xing)和方法。近年来(lai),在(zai)三维(wei)(wei)粘(zhan)性(xing)流(liu)(liu)设(she)计(ji)模(mo)(mo)型(xing)的(de)(de)(de)基(ji)础上,又实现(xian)了(le)设(she)计(ji)方案的(de)(de)(de)计(ji)算机(ji)(ji)自寻(xun)优(you),达到了(le)根据厂站(zhan)的(de)(de)(de)实际水(shui)(shui)力参数进行(xing)“量体(ti)载衣(yi)”式的(de)(de)(de)设(she)计(ji),取得了(le)水(shui)(shui)力机(ji)(ji)械转轮设(she)计(ji)方法的(de)(de)(de)重大突破。到目前为止,用(yong)该模(mo)(mo)型(xing)已(yi)先(xian)后(hou)为有(you)关(guan)电(dian)站(zhan)、多(duo)家水(shui)(shui)轮机(ji)(ji)厂和有(you)关(guan)研究单(dan)位的(de)(de)(de)几(ji)十台水(shui)(shui)轮机(ji)(ji)转轮进行(xing)了(le)改(gai)型(xing)设(she)计(ji),全部达到了(le)用(yong)户(hu)提出的(de)(de)(de)改(gai)造目标。


这种针(zhen)对某一(yi)电站(zhan)(zhan)进行(xing)专(zhuan)门设(she)计与制造(zao)的(de)(de)水轮机(ji)选(xuan)(xuan)型(xing)方法(fa),可以(yi)保证让每一(yi)个(ge)电站(zhan)(zhan)都可以(yi)选(xuan)(xuan)出适合自(zi)己电站(zhan)(zhan)条件的(de)(de)最优(you)水轮机(ji)型(xing)式,从而达到最佳运行(xing)效(xiao)果(guo),取得最大经济效(xiao)益。通过采(cai)用(yong)(yong)先进的(de)(de)计算(suan)机(ji)数值模拟技术对水轮机(ji)转(zhuan)轮进行(xing)增容改(gai)造(zao),具有低投入、高产(chan)出、见效(xiao)快的(de)(de)特(te)点。在改(gai)善运行(xing)性能的(de)(de)同时(shi)减(jian)少(shao)(shao)了运行(xing)及维修费用(yong)(yong)、减(jian)少(shao)(shao)了机(ji)组的(de)(de)停机(ji)时(shi)间(jian),使电厂费用(yong)(yong)降低并尽快受益。


(2)模(mo)型测(ce)(ce)试(shi)技(ji)(ji)术(shu)。当(dang)前流(liu)体(ti)机械测(ce)(ce)试(shi)技(ji)(ji)术(shu)发展迅速,诸如压力(li)测(ce)(ce)量技(ji)(ji)术(shu)、流(liu)量测(ce)(ce)量技(ji)(ji)术(shu)和(he)(he)(he)粒(li)子(zi)图像测(ce)(ce)速技(ji)(ji)术(shu)有较大的(de)(de)(de)提升,多(duo)媒(mei)体(ti)技(ji)(ji)术(shu)和(he)(he)(he)计算机网(wang)络技(ji)(ji)术(shu)进一步应用到(dao)流(liu)体(ti)机械测(ce)(ce)试(shi)系统(tong)中(zhong)。总之,以(yi)计算机为核心的(de)(de)(de)自动测(ce)(ce)试(shi)系统(tong)已(yi)成为现代测(ce)(ce)试(shi)系统(tong)的(de)(de)(de)一个特点和(he)(he)(he)通(tong)(tong)用形(xing)式。国内的(de)(de)(de)哈电(dian)、东方、双富等厂家(jia)和(he)(he)(he)清华、河海、水(shui)科院等科研院校都建设或(huo)对原水(shui)轮机模(mo)型试(shi)验台(tai)的(de)(de)(de)电(dian)气、测(ce)(ce)试(shi)系统(tong)进行了(le)全(quan)面的(de)(de)(de)改(gai)造。其综(zong)合测(ce)(ce)试(shi)精度(du)、运行稳(wen)定(ding)性和(he)(he)(he)重复精度(du)大大提高(gao)。目(mu)前,全(quan)国已(yi)有5座通(tong)(tong)过部级鉴定(ding)的(de)(de)(de)现代化试(shi)验台(tai),其效率(lv)综(zong)合试(shi)验误差在±0.25%~±0.3%,为水(shui)轮机模(mo)型试(shi)验和(he)(he)(he)电(dian)站(zhan)改(gai)造验证研究提供了(le)良好的(de)(de)(de)条件。如哈电(dian)研制成功了(le)转(zhuan)轮内部流(liu)态观察成像系统(tong)[5],可(ke)通(tong)(tong)过光纤内窥镜和(he)(he)(he)摄像头(tou)采集(ji)转(zhuan)轮进口处的(de)(de)(de)脱流(liu)、叶道涡(wo)、空化和(he)(he)(he)出口处的(de)(de)(de)空化、涡(wo)带的(de)(de)(de)信息,验证CFD的(de)(de)(de)分析(xi)结果。也(ye)可(ke)通(tong)(tong)过观察转(zhuan)轮在各工(gong)况的(de)(de)(de)流(liu)态,为改(gai)型设计提供依据。


(3)刚强度(du)计(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)技术[5]。水轮机转轮不仅要(yao)(yao)有好的(de)(de)(de)水力性(xing)能,还应具备高(gao)的(de)(de)(de)刚强度(du)性(xing)能,这样才能保证机组(zu)高(gao)效安全地运行。因此对(dui)转轮的(de)(de)(de)刚强度(du)计(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)以及计(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)的(de)(de)(de)准确性(xing)尤为(wei)(wei)重要(yao)(yao)。传统的(de)(de)(de)设(she)计(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)方法采用(yong)简单(dan)的(de)(de)(de)材(cai)料力学理论将叶(ye)片(pian)作为(wei)(wei)一悬(xuan)臂梁在全水头均压下(xia)计(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)根部应力,计(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)结果与实际有较大(da)出入,或(huo)通过模型试验和电(dian)站实测来(lai)为(wei)(wei)设(she)计(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)者提(ti)供参考(kao)。而且(qie)还无(wu)法计(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)叶(ye)片(pian)的(de)(de)(de)静(jing)位移和固有频率(lv)。近年来(lai)随着(zhe)有限元的(de)(de)(de)发(fa)展,机械构(gou)件的(de)(de)(de)刚强度(du)计(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)技术有了(le)很大(da)的(de)(de)(de)提(ti)高(gao)。用(yong)计(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)机模拟技术代替模型试验和电(dian)站实测以成(cheng)为(wei)(wei)可能。目前以ANSYS和IDEAS为(wei)(wei)代表的(de)(de)(de)一大(da)批(pi)大(da)型有限元结构(gou)分析计(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)软件在转轮刚强度(du)计(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)中得到


了广泛(fan)的应用,实(shi)现了水(shui)(shui)力与强度的交互式设(she)计(ji),计(ji)算结果更(geng)为准确,叶片应力状况也更(geng)趋合(he)理。同时采(cai)用有限元(yuan)边(bian)界元(yuan)法(fa)相(xiang)结合(he)来计(ji)算过流部件的流固(gu)耦合(he)振动(dong),由于考虑(lv)了结构(gou)在流体(ti)中(zhong)(zhong)振动(dong)的附连水(shui)(shui)质量(liang),可用计(ji)算来估(gu)算结构(gou)在水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)的固(gu)有频率(lv),这种(zhong)方法(fa)可在改造项目(mu)中(zhong)(zhong)对机组的稳(wen)定性(xing)进行预测(ce)。


(4)叶(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)片(pian)(pian)模(mo)(mo)压(ya)(ya)成形技(ji)(ji)术。水轮(lun)(lun)机转轮(lun)(lun)是(shi)水轮(lun)(lun)机的(de)(de)(de)心(xin)脏,因此它的(de)(de)(de)制造(zao)质量(liang)至关(guan)重要(yao)。直(zhi)接(jie)影(ying)响着转轮(lun)(lun)的(de)(de)(de)效率、抗空(kong)化性能和运行稳定性。过(guo)去大多(duo)采(cai)用(yong)铸(zhu)造(zao)方(fang)法制造(zao)叶(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)片(pian)(pian),打磨(mo)光滑(hua)后与上冠(guan)、下环(huan)拼焊。该工(gong)(gong)艺方(fang)法有(you)(you)很多(duo)缺(que)点:型(xing)线偏差大、表(biao)面粗(cu)糙、打磨(mo)废工(gong)(gong)、抗空(kong)化性能差,并且铸(zhu)造(zao)的(de)(de)(de)叶(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)片(pian)(pian)带有(you)(you)铸(zhu)造(zao)缺(que)陷,使得(de)叶(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)片(pian)(pian)使用(yong)性能变坏,对于大型(xing)叶(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)片(pian)(pian),叶(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)型(xing)精确度(du)更(geng)难控制,最(zui)终也(ye)不易达到要(yao)求。近几(ji)年来,模(mo)(mo)压(ya)(ya)成型(xing)技(ji)(ji)术广(guang)泛用(yong)于水轮(lun)(lun)机转轮(lun)(lun)叶(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)片(pian)(pian)制造(zao),它是(shi)一(yi)项(xiang)可以获得(de)叶(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)型(xing)准确、铲(chan)磨(mo)量(liang)小、价格适中(zhong)(zhong)、生产周期较短的(de)(de)(de)转轮(lun)(lun)叶(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)片(pian)(pian)制造(zao)技(ji)(ji)术。其(qi)方(fang)法是(shi)将(jiang)叶(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)片(pian)(pian)母材进行初步(bu)加工(gong)(gong),然后放在用(yong)数控机床铣好(hao)的(de)(de)(de)压(ya)(ya)模(mo)(mo)内(nei)用(yong)压(ya)(ya)力机压(ya)(ya)型(xing),最(zui)后做(zuo)局部修磨(mo)。这种方(fang)式(shi)制成的(de)(de)(de)叶(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)片(pian)(pian)型(xing)线好(hao),材质好(hao),抗空(kong)化磨(mo)损性能强(qiang),效率也(ye)易得(de)到保证。如哈电应用(yong)IDEAS和DEFORM-3D两个有(you)(you)限元软件开发(fa)了动态(tai)计算模(mo)(mo)压(ya)(ya)叶(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)片(pian)(pian)中(zhong)(zhong)心(xin)和压(ya)(ya)力吨位(wei)的(de)(de)(de)计算方(fang)法,已获得(de)了成功(gong)。


(5)叶片(pian)(pian)数控(kong)(kong)加(jia)工(gong)(gong)(gong)技(ji)(ji)(ji)(ji)术(shu)(shu)。对(dui)于叶片(pian)(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)过(guo)(guo)去采用(yong)“立体样(yang)板-铲磨”工(gong)(gong)(gong)艺,这(zhei)是一(yi)(yi)种(zhong)(zhong)通过(guo)(guo)投入大(da)量(liang)手工(gong)(gong)(gong)劳(lao)动(dong)力,依据立体样(yang)板作(zuo)(zuo)(zuo)为测(ce)量(liang)工(gong)(gong)(gong)具,把铸件毛(mao)坯(pi)变成(cheng)(cheng)(cheng)叶片(pian)(pian)成(cheng)(cheng)(cheng)品的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)艺。根据文献[6],使(shi)用(yong)这(zhei)种(zhong)(zhong)加(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)艺存在着(zhe)测(ce)量(liang)精(jing)(jing)度差、使(shi)用(yong)操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)困难和(he)费用(yong)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)三大(da)致(zhi)命缺点(dian)(dian)。近年(nian)(nian)来(lai),国内外各(ge)水(shui)(shui)轮(lun)(lun)机(ji)制(zhi)造(zao)(zao)厂(chang)(chang)家已取消了(le)(le)传(chuan)统的(de)(de)(de)(de)(de)(de)立体样(yang)板,采用(yong)数控(kong)(kong)加(jia)工(gong)(gong)(gong)技(ji)(ji)(ji)(ji)术(shu)(shu),它(ta)(ta)是一(yi)(yi)种(zhong)(zhong)通过(guo)(guo)计(ji)(ji)算机(ji)系统的(de)(de)(de)(de)(de)(de)软(ruan)件控(kong)(kong)制(zhi)机(ji)床自动(dong)操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)完(wan)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)种(zhong)(zhong)理想的(de)(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)艺。由于它(ta)(ta)能把叶片(pian)(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)理论曲面(mian)(mian)图形通过(guo)(guo)数据输出准确无(wu)误(wu)地传(chuan)送到(dao)执(zhi)行指令的(de)(de)(de)(de)(de)(de)操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)机(ji)构上,解决了(le)(le)叶片(pian)(pian)测(ce)量(liang)与(yu)(yu)理论位(wei)置的(de)(de)(de)(de)(de)(de)自动(dong)找正问(wen)(wen)题(ti)和(he)测(ce)点(dian)(dian)加(jia)工(gong)(gong)(gong)余量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)自动(dong)计(ji)(ji)算问(wen)(wen)题(ti),使(shi)大(da)型(xing)水(shui)(shui)轮(lun)(lun)机(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)叶片(pian)(pian)制(zhi)造(zao)(zao)精(jing)(jing)度较(jiao)传(chuan)统立体样(yang)板工(gong)(gong)(gong)艺有了(le)(le)较(jiao)大(da)提高(gao)。如刘家峡2#转(zhuan)轮(lun)(lun)和(he)天生桥的(de)(de)(de)(de)(de)(de)5#、6#转(zhuan)轮(lun)(lun)都是采用(yong)数控(kong)(kong)加(jia)工(gong)(gong)(gong)。再者,从(cong)工(gong)(gong)(gong)程(cheng)应用(yong)方面(mian)(mian)来(lai)说,近年(nian)(nian)来(lai),老电(dian)(dian)站机(ji)组的(de)(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)(ji)(ji)术(shu)(shu)改(gai)造(zao)(zao)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)已引起了(le)(le)世界各(ge)国的(de)(de)(de)(de)(de)(de)普遍关注,尤其在一(yi)(yi)些水(shui)(shui)力资源开发程(cheng)度较(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)国家,更为重视。我(wo)国的(de)(de)(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)站更新改(gai)造(zao)(zao)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)与(yu)(yu)国外先进国家相(xiang)比虽然(ran)起步较(jiao)晚。但也于80年(nian)(nian)代初(chu)开始探索性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)。20年(nian)(nian)来(lai),各(ge)类(lei)水(shui)(shui)电(dian)(dian)站的(de)(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)(ji)(ji)术(shu)(shu)改(gai)造(zao)(zao)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)已取得了(le)(le)不(bu)少的(de)(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)(cheng)绩和(he)经验,为各(ge)电(dian)(dian)厂(chang)(chang)和(he)科研(yan)单位(wei)培养了(le)(le)大(da)批技(ji)(ji)(ji)(ji)术(shu)(shu)人员和(he)技(ji)(ji)(ji)(ji)术(shu)(shu)工(gong)(gong)(gong)人,从(cong)而为我(wo)国各(ge)电(dian)(dian)厂(chang)(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增容改(gai)造(zao)(zao)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)奠定了(le)(le)基础,使(shi)各(ge)水(shui)(shui)电(dian)(dian)站的(de)(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)(ji)(ji)术(shu)(shu)改(gai)造(zao)(zao)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)顺利(li)完(wan)成(cheng)(cheng)(cheng)成(cheng)(cheng)(cheng)为可能。


3结论


开发(fa)新(xin)电(dian)站(zhan)(zhan)(zhan)投(tou)资(zi)(zi)大(da)(da)、周(zhou)(zhou)期(qi)长(zhang),而(er)老电(dian)站(zhan)(zhan)(zhan)增容更(geng)(geng)新(xin)改(gai)(gai)造(zao)由于不(bu)需要(yao)(yao)再(zai)建大(da)(da)坝(ba)等水(shui)(shui)(shui)(shui)工建筑物,故投(tou)资(zi)(zi)少、周(zhou)(zhou)期(qi)短、收(shou)益大(da)(da)。可见,水(shui)(shui)(shui)(shui)电(dian)站(zhan)(zhan)(zhan)更(geng)(geng)新(xin)改(gai)(gai)造(zao)已成为许(xu)多国家(jia)解决能(neng)源(yuan)短缺的重要(yao)(yao)手段之(zhi)(zhi)一(yi),而(er)水(shui)(shui)(shui)(shui)轮(lun)(lun)机(ji)(ji)(ji)转(zhuan)轮(lun)(lun)是水(shui)(shui)(shui)(shui)电(dian)站(zhan)(zhan)(zhan)的主要(yao)(yao)设(she)备之(zhi)(zhi)一(yi),水(shui)(shui)(shui)(shui)轮(lun)(lun)机(ji)(ji)(ji)转(zhuan)轮(lun)(lun)性能(neng)的优(you)劣(lie)对合(he)理(li)开发(fa)利用水(shui)(shui)(shui)(shui)能(neng)、提高(gao)水(shui)(shui)(shui)(shui)电(dian)站(zhan)(zhan)(zhan)运行可靠(kao)性和经济性、保(bao)证电(dian)网可靠(kao)性方面有着巨大(da)(da)影响。所以,水(shui)(shui)(shui)(shui)电(dian)站(zhan)(zhan)(zhan)水(shui)(shui)(shui)(shui)轮(lun)(lun)机(ji)(ji)(ji)转(zhuan)轮(lun)(lun)改(gai)(gai)型设(she)计已成为水(shui)(shui)(shui)(shui)电(dian)站(zhan)(zhan)(zhan)更(geng)(geng)新(xin)改(gai)(gai)造(zao)的主要(yao)(yao)任务与(yu)关键途径之(zhi)(zhi)一(yi)。与(yu)此(ci)同时(shi),现(xian)代计算机(ji)(ji)(ji)数值模拟技(ji)术(shu)、模型测试(shi)技(ji)术(shu)、刚(gang)强度计算技(ji)术(shu)和制造(zao)技(ji)术(shu)的不(bu)断进(jin)步,为水(shui)(shui)(shui)(shui)轮(lun)(lun)机(ji)(ji)(ji)转(zhuan)轮(lun)(lun)的改(gai)(gai)型设(she)计创造(zao)了(le)条件。因此(ci),J9九游会AG 应充分利用现(xian)代科(ke)学技(ji)术(shu)成果,结合(he)我(wo)国八十年代之(zhi)(zhi)前(qian)建造(zao)的中(zhong)小型水(shui)(shui)(shui)(shui)电(dian)站(zhan)(zhan)(zhan)的实(shi)际情况进(jin)行机(ji)(ji)(ji)组(zu)特别是水(shui)(shui)(shui)(shui)轮(lun)(lun)机(ji)(ji)(ji)的技(ji)术(shu)改(gai)(gai)造(zao)。确保(bao)水(shui)(shui)(shui)(shui)轮(lun)(lun)机(ji)(ji)(ji)的高(gao)性能(neng)、高(gao)质量和安(an)全可靠(kao)运行。