龜石水力發(fā)電站水輪發(fā)電機(jī)組改造技術(shù)探析

　　【摘要】本文以廣西賀州市龜石水力發(fā)電站水輪發(fā)電機(jī)組為研究對(duì)象，研究水輪發(fā)電機(jī)組改造中采用的CFD流體分析技術(shù)和ANSYS有限元分析技術(shù)。本次水輪發(fā)電機(jī)組改造技術(shù)方案，有效提高水能資源綜合利用率，提升水電站的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　【關(guān)鍵詞】水輪發(fā)電機(jī)組改造;CFD流體分析;ANSYS有限元分析

　　賀州市龜石水力發(fā)電站以發(fā)電、防洪為主，電站所發(fā)電量全部送入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)或桂東電網(wǎng)，除滿足賀州市各縣、區(qū)用電外，同時(shí)在電網(wǎng)系統(tǒng)中起補(bǔ)償調(diào)節(jié)作用。龜石水力發(fā)電站為賀江梯級(jí)電站之一，供電范圍主要是賀州市電網(wǎng)，目前是賀州市鐘山縣電網(wǎng)的第一大電源。

　　水電論文范例：水利水電工程建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響分析

　　1工程概況

　　賀州市龜石水力發(fā)電站位于珠江流域富江中上游，鐘山縣龜石村境內(nèi)與富川縣交界處，東經(jīng)111°，北緯24°30′，電站距鐘山縣16km，距離賀州市56km，為龜石水庫(kù)壩后式電站[1]。1959年10月1日龜石水力發(fā)電工程開(kāi)始興建，1964年4月17日發(fā)電站開(kāi)始正式投入發(fā)電運(yùn)行。

　　五十多年來(lái)灌區(qū)安全供水150多億m3，為地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。然而經(jīng)過(guò)五十多年的日常運(yùn)行，電站大部分設(shè)備設(shè)施屬超期服役，嚴(yán)重地危及到電站的安全運(yùn)行。發(fā)電機(jī)定子線圈、轉(zhuǎn)子線圈絕緣等已嚴(yán)重老化，前期進(jìn)行水輪機(jī)改造后，發(fā)電機(jī)容量與水輪機(jī)出力已不匹配，使電站在水量充沛時(shí)不能充分利用水資源多發(fā)電;機(jī)電設(shè)備已經(jīng)陳舊落后，多數(shù)為已淘汰產(chǎn)品、性能明顯下降、操作維護(hù)困難，設(shè)備故障率逐年上升，電站公共安全及穩(wěn)定發(fā)供電等受到較大的影響。根據(jù)國(guó)家有關(guān)政策，賀州市龜石水力發(fā)電站符合農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造項(xiàng)目要求，列入改造范圍。本次龜石水力發(fā)電站增效擴(kuò)容改造工程對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行改造升級(jí)，以提高水能資源利用率[2]。

　　龜石水力發(fā)電站改造前裝機(jī)容量為4×3000kW，歷年實(shí)際平均發(fā)電量5077.8萬(wàn)kW·h，改造后裝機(jī)容量提高到4×3600kW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量可達(dá)5931萬(wàn)kWh，年增加發(fā)電量為853.2萬(wàn)kW·h，設(shè)計(jì)增效17%。根據(jù)電站2016年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)結(jié)果，2016年電站實(shí)際發(fā)電量達(dá)6876.48萬(wàn)kW·h，2016年增效35.4%，達(dá)到了充分利用水能資源的目的，提高了電站的發(fā)電效益。龜石水力發(fā)電站增效擴(kuò)容改造后，電站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、設(shè)備技術(shù)性能均得到有效改善，機(jī)組出力潛力增強(qiáng)，設(shè)備損耗有效降低，設(shè)備故障停機(jī)率明顯減少，有效提高了水電站的發(fā)電能力[3]，同時(shí)對(duì)緩解賀州市供電緊張、推進(jìn)賀州市各縣、區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到一定的作用。

　　2水輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)改造

　　賀州市龜石水力發(fā)電站水輪發(fā)電機(jī)組改造后采用4臺(tái)JF3156-LJ-134型立軸式水輪機(jī)，配4套SF4000-22/3250型發(fā)電機(jī)組[4]。

　　3水輪發(fā)電機(jī)組改造關(guān)鍵技術(shù)

　　3.1CFD流體分析技術(shù)

　　采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)設(shè)計(jì)，水輪發(fā)電機(jī)組所有零部件均進(jìn)行計(jì)算，用3D模擬技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真調(diào)整，保證零部件真機(jī)的裝配質(zhì)量[5]。對(duì)更新改造的水輪機(jī)組蝸殼、轉(zhuǎn)輪葉片、轉(zhuǎn)輪及尾水管采用CFD分析，確保真機(jī)能達(dá)到機(jī)組改造設(shè)計(jì)要求。

　　3.2ANSYS有限元分析技術(shù)

　　對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)械零件加工和安裝采用模塊化有限元計(jì)算[6]。ANSYS有限元計(jì)算部件采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，模塊化二次開(kāi)發(fā)有限元計(jì)算程序，計(jì)算時(shí)無(wú)須再建模及設(shè)定邊界條件，大大提高計(jì)算效率，在較短的時(shí)間里，挑選最佳方案，確保電機(jī)特別是轉(zhuǎn)子各點(diǎn)力在規(guī)定的允許范圍內(nèi)，既提高了機(jī)械零件的安全性，又能通過(guò)有限元計(jì)算及優(yōu)化設(shè)計(jì)控制各部件的變形(如載重機(jī)架下沉，定子機(jī)座剛度、導(dǎo)軸承支架剛度等)，為機(jī)組安全運(yùn)行提供了保證。

　　4結(jié)論

　　賀州市龜石水力發(fā)電站增效擴(kuò)容改造工程中采用CFD流體分析技術(shù)和ANSYS模塊化有限元分析技術(shù)，提升了水輪機(jī)組出力和效率，滿足了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，使水力發(fā)電站更加可靠、高效運(yùn)行。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]麻山紅,張紅.龜石水電站3~#發(fā)電機(jī)勵(lì)磁改造技術(shù)分析[J].廣西水利水電,2017(3):55-57.

　　[2]張紅,麻山紅.龜石水庫(kù)電站增效擴(kuò)容改造若干技術(shù)分析[J].廣西水利水電,2016(4):80-83.

　　[3]馬意德.水電站水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備技術(shù)升級(jí)改造[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2020(31):154-155.

　　[4]劉瑜,黃光總,陳炳森,等.青獅潭水電站水輪發(fā)電機(jī)組增效擴(kuò)容改造[J].裝備制造技術(shù),2020(3):204-206.

　　[5]朱成凱.基于CFD的水輪機(jī)全流道水力振源特性分析[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2019,25(6):55-58.

　　[6]李效革,張士昂,周學(xué)均.基于ANSYS的混流式水輪機(jī)故障的處理[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2019,36(S1):227-232.

　　作者：馮靜1，劉昌林2

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