湖北石廟子電站增容改造

解再益

（湖南云箭集團有限公司，湖南長沙410100）

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湖北石廟子電站增容改造

解再益

（湖南云箭集團有限公司，湖南長沙410100）

湖北石廟子電站的增容技改方案：保留水輪機尾水彎管及進水彎管，更換蝸殼、導水機構、轉輪，更換主軸、軸承。用新型轉輪代替HL160轉輪，并增加轉輪直徑，提高機組過流能力，同時提高水輪機的效率，較大幅度地提高了水輪機的出力。發電機部分則將定子、轉子返廠，更改定子線圈與轉子線圈。經改造后，電站出力增加，效率提高，運行穩定，且更方便電站的檢修和維護，得到了用戶的肯定。此次技改的成功，為今后國內眾多同類型電站的技改提供借鑒。

增容改造；混流式水輪機；高效；轉輪；軸承

1　湖北石廟子電站基本情況

1.1電站概況

湖北石廟子電站位于湖北竹溪縣。原設計水頭為113.3m，單機發電引用流量為2.2m3/s，裝機容量為3×2 000 kW，廠房內安裝三臺混流式水輪發電機組。電站修建時基于當時的水平及所處的時代，選型只能“套用”相近轉輪HL160，因而機組運行偏離最優工況區。

1.2增容改造前機組參數

1.2.1水輪機參數（見表1）

表1　水輪機主要參數

1.2.2原轉輪運行范圍

從原水輪機運行區間圖（見圖1）可以看出，機組運行區嚴重偏離模型曲線的高效區，而且水輪機的運行區間在一個不穩定的區域，效率低，但在當時建設電站的年代，應該還是可以接受的方案，電站運行多年也證明了這一點。

圖1　HL160-WJ-60運行區間圖

2　電站技改目標和要求

2.1電站技改目標

合同規定改造3臺臥式水輪發電機，在額定水頭113.3m，額定流量2.57m3/s的條件下：

（1）將機組出力從2 000 kW提高至2 500 kW；（2）將水輪機結構優化，改善機組維護性能。

2.2電站技改要求

基本保留原機組廠房的基礎，尾水彎管，發電機底板，利用原水輪機飛輪、飛輪罩，其余部分更換，發電機定子、轉子返廠進行線圈改造升級，調速器不做改動。

本次電站技改是機電更換工程，土建基本不動。

3　增容技改的內容

湖北石廟子電站增容技改的關鍵問題有二個：一是轉輪的選擇，一個最合適于該電站的轉輪是技改成功的前提；二是結構的設計，從電站舊結構中發現其弊端，在新結構中如何優化，以及新舊結構的結合，是結構設計的主要內容，也是技改成功的有力保證。另外由于廠房地基不動，要保整機組能夠順利發電，對機組的制造與安裝也是一個考驗。下面我就從這二個方面分別介紹此次技改的設計過程。

3.1轉輪的改造

機組從2 000 kW增容到2 500 kW，對新機組的過流能力，轉輪效率，空化性能及飛逸轉速等幾個方面都有較高要求，因此對于新轉輪必須具備的性能條件是模型效率高，過流能力大，氣蝕性能好。

針對石廟子電站的具體要求，結合混流式水輪機轉輪的選擇經驗，以及電站安裝高程已固定的現實，分別篩選了HLA678和HLJF2053D，HLD307轉輪。

其模型資料的參數見表2和表3。

對比三種轉輪模型，HLD307效率最高，但限制工況過流量能力小，無法滿足增容要求。最終確定HLJF2053D轉輪為技改機型。真機HLJF2053D-WJ -65和HL160-WJ-60的各工況技術參數見表4

通過二種機型的真機參數對照，HLJF2053D轉輪的設計點效率高，其它參數都能滿足電站的實際要求，HLJF2053D轉輪系北京水科院研制的轉輪。模型最優效率93.8%,最優單位轉速67.5 r/min。該轉輪模型效率高，氣蝕性能好，穩定性優越，我公司已在多個電站應用，性能優秀。此次技改的轉輪就是采用HLJF2053D轉輪。

表2　模型轉輪基本參數表

表3　模型轉輪流道參數表

表4　原型水輪機主要參數

3.2技改結構設計

3.2.1原機組結構特點說明

湖北石廟子電站水輪機由于當時條件限制，水輪機結構的設計，采用的是當時全國統一設計的結構，水輪機結構如下頁圖2，其結構設計保守，材料使用較多，安裝檢修困難，其特點有以下幾點：

（1）控制環前置

湖北石廟子電站原來的水輪機主要的結構特點是：水輪機控制環置于水輪機頂蓋上，小耳環外布置，電站更換剪斷銷困難。特別是控制環底部的剪斷銷，剪斷后更換困難，有時無法更換。

（2）平板密封

水輪機主軸密封為平板密封，但把密封轉動環安裝在轉輪上，這樣在拆轉輪時，必須將密封轉動環拆后才能拆去轉輪，安裝過程也是這樣，因此機組的可維護性較差。

3.2.2技改后結構說明

（1）技改后水輪機的蝸殼設計

技改后水輪機蝸殼改為鋼板焊接結構，這對技改的設計意義就是座環結構的更改。原鑄造結構的座環是帶蝶形邊的，而焊接蝸殼的座環為平行板結構，這樣在水輪機蝸殼進口及中心距保持不變的情況下，能夠放大機組的固定導葉內外徑，更方便水輪機導水機構的布置，這也是此次技改后的轉輪直徑能夠從φ60 cm加大到φ65 cm的主要原因。

（2）導水機構的改造

益生素屬于活微生物制劑，可以作為飼料添加劑提升飼料的營養價值，有效促進動物的生長發育，增強動物機體的免疫功能，新型添加劑無毒且無任何副作用。其中膽汁酸是膽汁的主要活性成分，在動物脂肪代謝中起重要作用，具有促進脂肪消化和吸收、保肝利膽、抑菌、促進免疫功能等作用。生豬日糧中同時添加膽汁酸和益生素，有效提升飼料利用率，降低飼養成本，同時還可以減輕環境中的氨味、臭味，減少疾病的發生幾率，增加生豬養殖者的經濟收入[1]。日糧中同時添加膽汁酸和益生素與不添加任何生物制劑的對照組進行試驗對比，結果表明飼料中加入膽汁酸與益生素可有效提升生豬的生產性能，效果非常明顯，每頭參試生豬能增加經濟收入193.37元。

導水機構的設計就是將控制環后置，將其安裝在底環上，方便檢修。同時改變導葉，導葉密封設計，將導葉中軸徑與下軸徑設計為同一尺寸，前后蓋導葉軸孔導通，將導葉的軸向水推力平衡，導葉采用雙O密封。改造后的水輪機總圖見圖3。

（3）軸承改造

電站能否正常運行，瓦溫是個相當重要的參數。機組出力從2 000 kW提升到2 500 kW,水推力從8.4 t提升到9.8 t，為了確保電站一次性成功，將水機軸直徑從φ200加大到φ250。軸承地基不動，因此根據電站原地基，重新設計了軸承、軸承座，軸承蓋用鋼板焊接而成。

（4）密封改造

圖2　原水輪機結構總剖面圖

圖3　技改后的水輪機總剖面圖

4　改造后的效果

改造后的水輪發電機組，不論從結構方面，還是出力方面，都進行了大幅度地優化，使得機組的結構更加合理，檢修更方便；出力增加了25%，達到技改合同的規定。

5　結束語

湖北石廟子電站的改造，將整個水輪機蝸殼換新，在結構上進行了較大的改變，其新舊部分的接口是不容易同時保證的。

經過努力，在結構設計過程中，充分考慮安裝的便利性和可靠性，采用按彈性裝配的關系設計，將結構設計得更為合理，從而保證了機組安裝時能一步到位。這樣即保證了安裝質量，又為安裝單位贏得了時間。

改造后取得了令業主滿意的效果，機組出力達2 500 kW，比改造前的2 000 kW增加了500 kW，增容25%，運行也非常穩定，達到了技改預期的目的。

[1]張屹峰.馬頸坳水電站6號水輪機的增容改造[C]//第十八次中國水電設備學術討論會論文集，2011.11.

TV734

B

1672-5387（2016）02-0012-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.02.004

2015-04-15

解再益（1975-），男，工程師，從事水輪機設計工作。