电厂水轮机增容防蚀改造与运行

摘 要：通过对电厂的发展过程进行分析，可知，水轮机是一种不可缺少的机械设备，但是在水轮机运行的过程中，由于受到一些因素的影响，或者是电机和水轮机没有进行配套使用，不但无法最大限度地发挥电厂水轮机的容量潜力，同时还会出现水轮机腐蚀的现象，不但对水轮机自身产生了严重的影响，同时对于电厂的运行也会起到一定的阻碍作用。因此主要对电厂水轮机增容防蚀改造和运行工作进行细致地分析，进而找到切实可行的措施来解决问题。

关键词：水轮机；增容；防蚀；改造和运行

随着科技的发展和进步，电厂的相应设备也得到了快速地发展。尤其是水轮机，在电厂发展的过程中起到了不可替代的作用。但是在水轮机运行的过程中，为了适应社会的发展需要对其进行改造，这样才能最大限度地增加电厂的运行效率。进行水轮机的增容和防蚀工作具有一定的现实意义。接下来笔者就对水轮机的增容和防蚀等方面进行细致地分析，希望能够给相关人员提供参考。

1 水轮机增容的必要性

随着我国国民经济的持续发展，人们对于电力的要求也越来越高，但是，在电力系统运行的过程中，电力的负荷正处于上升的趋势。这就对中小型的发电厂带来了严重的影响。因此，需要进行地方电网的完善工作，进而提高电网的经济效率。其中一项较为常见也是效果相对较为明显的方法就是对水轮机进行改造，通过提高机组的效率来增加电容量，进而保证整个系统运行的稳定性。为了对这一问题进行细致地分析和研究，相关部门调查了我国各大中小型水电站，其机组的数量较多，而且容量较大，但是机械设备的运用的时间较长。因此，存在了一系列的问题。

1.1 水轮机的生产和制造技术较为落后，工作效率较低，而且过流能力无法达到相应的运行标准，直接影响着真机效率。

1.2 水轮机和发电机没有完全匹配，受到二者性能的影响，高效率区无法发挥其应有的价值。这就对机组的稳定性带来了严重的影响。另外，如果二者的匹配程度不同就会降低机组的时候寿命，其出力情况严重受到限制。

1.3 水轮机运行过程中的可靠性较差。在当时的水轮机制造工作中，制造水平无法和现如今的制造水平相媲美，水轮机的抗震、抗磨以及抗腐蚀性都相对较低。这就使得机组在运行的过程中产生了一系列的运行故障或者是引发诸多的安全事故。如果不对其进行改造就会产生能源的浪费，增大运行的成本。

1.4 自然条件的影响。水轮发电机的制造和安装都是严格按照当时的水位制定的，但是经过多年的运行，水位会出现明显的变化。因此，水轮机的运行就无法满足现如今的特点。因此，需要采用一种全新的水轮机机型，较为常见的就是X型叶轮。由于这种形式的水轮机在具体的运用中，不仅有效地提高了工作的效率，同时也带来了较为可观的经济效益，因此，得到了各个电厂的青睐。因此，在进行水轮发电机组制造和运行工作时，需要对自然条件，尤其是水位等进行充分考虑，进而提高工作效率。

2 增容效益分析

2.1 增容改造的费用远低于新建电站费用。据统计，增容改造的费用其单位千瓦造价仅为新建电站单位千瓦造价的10%～30%，增容后，有的电站仅用几个月就可收回增容改造费用。

2.2 提高了机组安全发电的可靠性。经过增容改造后的水轮机，其水利性能得到了进一步提升，同时期振动性和气蚀性也得到了较大的改善。进行机组的增容改造，主要是在采用先进的技术、工艺和手段的基础上，提高了机组的绝缘等级。另外，对于机组自身的客观条件也进行有效地改进，其中包括通风、散热等等。通过一系列的改造，降低了安全事故的发生频率，同时减少了运行中的诸多不稳定因素。减少了检修和维护的次数，进而降低了维修的相应费用。可见，进行增容改造不仅提高了工作的效率，同时也促进了发电的可靠性的提升。

2.3 社会经济效益。增容改造不仅使机组能安全稳发，产生直接的经济效益；而且由于增加了系统调峰容量，增发了水电季节性电能及增加了系统事故备用容量，它所产生的社会效益远远大于其直接经济效益。

3 水电站机组增容防蚀改造设计方法

为了合理利用我国的水力资源和充分利用现有电站的生产潜力，利用数控技术、实验测试技术和CFD数值模拟技术来更新和改造原有电站的机电设备已显得非常有意义。为了减少投资，对轴流转桨式水轮机可只对转轮叶片进行改造，而不对轮毂体进行改变；当对水轮机技术改造要求较高时，就必须对整个转轮叶片进行更换，投资较高。如何在保证轴流转桨式水轮机组的空化空蚀性能的情况下，使水轮机的能量性能得到提高，同时使机组的运行稳定性得到改善，是其转轮改造过程中的核心问题。对于轴流转桨式水轮机的技术改造，目前国内外多采用以下办法：

3.1 调整转轮设计参数

国内往往采用系列型谱对水轮机进行选型，由于型谱是分段制成的，不能保证每个电站都能选到最优的水轮机型号，即水轮机实际运行参数与所选型号水轮机的设计参数并不完全匹配，导致转轮性能较差。通过技术改造，根据上下游水流条件的变化，针对电站实际情况调整转轮的设计参数。例如，提高设计水头，增大设计流量，然后在原流道基础上对转轮进行专门设计，使水轮机效率得到提高，增大水轮机出力，使其综合水力性能得到改善。

3.2 对原有转轮进行改型设计

20世纪80年代，水轮机转轮由于受到设计理论的限制而采用一维和二维的方法设计。利用现代的优化设计理论对原水轮机叶片的型线进行改型设计，使水轮机的综合水力性能得到很大程度的提高。如：为了提高水轮机转轮叶片的抗空化空蚀性能，在其轮缘正面或背面加抗空蚀裙边的设计；为了使机组稳定性得到改善和使叶片出水边的卡门涡产生的概率减少，在保证叶片出水边强度的情况下对叶片进行修型设计。

3.3 开发新转轮

21世纪水轮机转轮采用现代转轮优化设计理论在综合考虑了水轮机的空化空蚀特性、压力脉动特性和能量特性，采用多目标优化算法对其进行三维设计。针对不同的电站进行“量体裁衣”式的设计方案，在保证机组效率较高的情况下，使其出力增加，同时使其抗空化空蚀性能得到提高，保证其运行的可靠性。

4 总结

综上所述，进行电厂水轮机的增容和防蚀的设计和改造，不仅能够提高电厂设备的运行效率，有效地节约资源和能源，同时也能够降低成本，是未来发展的一种重要趋势。但是在进行设计和改造之前要对电厂水轮机设备的运行状态以及容易出现安全故障的原因进行简要分析，只有工作人员熟悉地掌握改造的具体内容，才能提高改造的效率。进而保证水轮机的正常运行。本文中所提高的增容防蚀方法具有一定的可行性，希望得到同行们的借鉴。

参考文献

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