美国FARGO电站水轮机的创新设计

朱勇军，徐泽强

(浙江金轮机电实业有限公司，浙江　金华　321000)

美国FARGO电站水轮机的创新设计

朱勇军，徐泽强

(浙江金轮机电实业有限公司，浙江金华321000)

1概述

美国FARGO电站为同一电站两种不同的额定水头：H1(1)=43.28 m，H1(2)=24.38 m，分别对应不同的额定流量Q1(1)=2.26 m3/s，Q1(2)=1.13 m3/s；要求安装一大一小2台水轮机，水轮机的出力分别为800 kW和230 kW。

按照小水电通常做法，即可装2套小混流式水轮发电机组，分别配套2台800 kW和200 kW发电机及2套独立的控制保护设备，预计需投资约400万美元；但考虑到用户总投资的限制，无法承担此方案的全部投资。因此，在此项目的选型设计时需优化设计，用最简洁的设备布置来满足需求。

2水轮机选型

H1(1)=43.28 m，H1(2)=24.38 m；Q1(1)=2.26 m3/s，Q1(2)=1.13 m3/s；f=60 Hz。

N1(1)=9.81×43.28×2.26×0.84=806 kW

N1(2)=9.81×24.38×1.13×0.85=214.3 kW

初定D1(1)=600 mm，D1(2)=500 mm(D1(1)、D1(2)为2台水机转轮的标准直径)。

为节约厂房投资和控制保护设备的投资，可考虑用2台水轮机带1台发电机，机组的控制保护设备仅需1套；总设备投资控制在300万美元以内。

发电机同步转速初取n=900 r/min，出力为1 000 kW：

考虑到混流水轮机最优单位转速的范围，可适当调整有关参数，取D1(1)=650 mm，n=720 r/min，D1(2)保持不变：

按n、Q分别选取 HLA696—WJ—65和HLA153—WJ—50，水轮机配SFW1000—8P。在此运行范围内，效率如下所示(见表1、表2)。

表1　大机参数

表2　小机参数

3结构中的设计创新

考虑到2台水轮机带1台发电机，为保证机组的稳定运行、维护方便和支点不至于过约束，取大机HLA696—WJ—65与SFW1000—8P电机2支点结构(两机共轴)；小机HLA153—WJ—50与发电机为4支点弹性联接结构(两机两轴)。大机与发电机共2个轴承，小机2个轴承，整机共4个轴承(见图1)。

图1　机组安装示意

为统一水轮机的旋转方向，大机取旋转方向为从发电机端看为顺时针，小机取旋转方向为从发电机端看为逆时针；即大机取蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮顺时针旋转的设计，小机取蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮逆时针旋转的设计。

4结语

在设计、制造、安装完成后，FARGO电站从2012年底已发电稳定运行至今，累计发电量1 000万kW·h，取得了良好的经济效益。当然，在电站的设计中，还存在一些不尽人意的地方，如在小流量工况工作中，在小机独立运行时大机没有设计成可脱开机组以减少磨擦损失等。在今后的水轮机设计过程中，还要不断通过技术上的创新，为用户提供最经济高效的产品和技术服务。

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责任编辑吴昊

收稿日期：2016-01-07

作者简介：朱勇军(1969-)，男，工程师，主要从事水轮机设计工作。E_mail:zhuyongjunvip@sina.com