湖北石庙子电站增容改造

解再益

（湖南云箭集团有限公司，湖南长沙410100）



湖北石庙子电站增容改造

解再益

（湖南云箭集团有限公司，湖南长沙410100）

湖北石庙子电站的增容技改方案：保留水轮机尾水弯管及进水弯管，更换蜗壳、导水机构、转轮，更换主轴、轴承。用新型转轮代替HL160转轮，并增加转轮直径，提高机组过流能力，同时提高水轮机的效率，较大幅度地提高了水轮机的出力。发电机部分则将定子、转子返厂，更改定子线圈与转子线圈。经改造后，电站出力增加，效率提高，运行稳定，且更方便电站的检修和维护，得到了用户的肯定。此次技改的成功，为今后国内众多同类型电站的技改提供借鉴。

增容改造；混流式水轮机；高效；转轮；轴承

1　湖北石庙子电站基本情况

1.1电站概况

湖北石庙子电站位于湖北竹溪县。原设计水头为113.3m，单机发电引用流量为2.2m3/s，装机容量为3×2 000 kW，厂房内安装三台混流式水轮发电机组。电站修建时基于当时的水平及所处的时代，选型只能“套用”相近转轮HL160，因而机组运行偏离最优工况区。

1.2增容改造前机组参数

1.2.1水轮机参数（见表1）

表1　水轮机主要参数

1.2.2原转轮运行范围

从原水轮机运行区间图（见图1）可以看出，机组运行区严重偏离模型曲线的高效区，而且水轮机的运行区间在一个不稳定的区域，效率低，但在当时建设电站的年代，应该还是可以接受的方案，电站运行多年也证明了这一点。

图1　HL160-WJ-60运行区间图

2　电站技改目标和要求

2.1电站技改目标

合同规定改造3台卧式水轮发电机，在额定水头113.3m，额定流量2.57m3/s的条件下：

（1）将机组出力从2 000 kW提高至2 500 kW；（2）将水轮机结构优化，改善机组维护性能。

2.2电站技改要求

基本保留原机组厂房的基础，尾水弯管，发电机底板，利用原水轮机飞轮、飞轮罩，其余部分更换，发电机定子、转子返厂进行线圈改造升级，调速器不做改动。

本次电站技改是机电更换工程，土建基本不动。

3　增容技改的内容

湖北石庙子电站增容技改的关键问题有二个：一是转轮的选择，一个最合适于该电站的转轮是技改成功的前提；二是结构的设计，从电站旧结构中发现其弊端，在新结构中如何优化，以及新旧结构的结合，是结构设计的主要内容，也是技改成功的有力保证。另外由于厂房地基不动，要保整机组能够顺利发电，对机组的制造与安装也是一个考验。下面我就从这二个方面分别介绍此次技改的设计过程。

3.1转轮的改造

机组从2 000 kW增容到2 500 kW，对新机组的过流能力，转轮效率，空化性能及飞逸转速等几个方面都有较高要求，因此对于新转轮必须具备的性能条件是模型效率高，过流能力大，气蚀性能好。

针对石庙子电站的具体要求，结合混流式水轮机转轮的选择经验，以及电站安装高程已固定的现实，分别筛选了HLA678和HLJF2053D，HLD307转轮。

其模型资料的参数见表2和表3。

对比三种转轮模型，HLD307效率最高，但限制工况过流量能力小，无法满足增容要求。最终确定HLJF2053D转轮为技改机型。真机HLJF2053D-WJ -65和HL160-WJ-60的各工况技术参数见表4

通过二种机型的真机参数对照，HLJF2053D转轮的设计点效率高，其它参数都能满足电站的实际要求，HLJF2053D转轮系北京水科院研制的转轮。模型最优效率93.8%,最优单位转速67.5 r/min。该转轮模型效率高，气蚀性能好，稳定性优越，我公司已在多个电站应用，性能优秀。此次技改的转轮就是采用HLJF2053D转轮。

表2　模型转轮基本参数表

表3　模型转轮流道参数表

表4　原型水轮机主要参数

3.2技改结构设计

3.2.1原机组结构特点说明

湖北石庙子电站水轮机由于当时条件限制，水轮机结构的设计，采用的是当时全国统一设计的结构，水轮机结构如下页图2，其结构设计保守，材料使用较多，安装检修困难，其特点有以下几点：

（1）控制环前置

湖北石庙子电站原来的水轮机主要的结构特点是：水轮机控制环置于水轮机顶盖上，小耳环外布置，电站更换剪断销困难。特别是控制环底部的剪断销，剪断后更换困难，有时无法更换。

（2）平板密封

水轮机主轴密封为平板密封，但把密封转动环安装在转轮上，这样在拆转轮时，必须将密封转动环拆后才能拆去转轮，安装过程也是这样，因此机组的可维护性较差。

3.2.2技改后结构说明

（1）技改后水轮机的蜗壳设计

技改后水轮机蜗壳改为钢板焊接结构，这对技改的设计意义就是座环结构的更改。原铸造结构的座环是带蝶形边的，而焊接蜗壳的座环为平行板结构，这样在水轮机蜗壳进口及中心距保持不变的情况下，能够放大机组的固定导叶内外径，更方便水轮机导水机构的布置，这也是此次技改后的转轮直径能够从φ60 cm加大到φ65 cm的主要原因。

（2）导水机构的改造

益生素属于活微生物制剂，可以作为饲料添加剂提升饲料的营养价值，有效促进动物的生长发育，增强动物机体的免疫功能，新型添加剂无毒且无任何副作用。其中胆汁酸是胆汁的主要活性成分，在动物脂肪代谢中起重要作用，具有促进脂肪消化和吸收、保肝利胆、抑菌、促进免疫功能等作用。生猪日粮中同时添加胆汁酸和益生素，有效提升饲料利用率，降低饲养成本，同时还可以减轻环境中的氨味、臭味，减少疾病的发生几率，增加生猪养殖者的经济收入[1]。日粮中同时添加胆汁酸和益生素与不添加任何生物制剂的对照组进行试验对比，结果表明饲料中加入胆汁酸与益生素可有效提升生猪的生产性能，效果非常明显，每头参试生猪能增加经济收入193.37元。

导水机构的设计就是将控制环后置，将其安装在底环上，方便检修。同时改变导叶，导叶密封设计，将导叶中轴径与下轴径设计为同一尺寸，前后盖导叶轴孔导通，将导叶的轴向水推力平衡，导叶采用双O密封。改造后的水轮机总图见图3。

（3）轴承改造

电站能否正常运行，瓦温是个相当重要的参数。机组出力从2 000 kW提升到2 500 kW,水推力从8.4 t提升到9.8 t，为了确保电站一次性成功，将水机轴直径从φ200加大到φ250。轴承地基不动，因此根据电站原地基，重新设计了轴承、轴承座，轴承盖用钢板焊接而成。

（4）密封改造

图2　原水轮机结构总剖面图

图3　技改后的水轮机总剖面图

4　改造后的效果

改造后的水轮发电机组，不论从结构方面，还是出力方面，都进行了大幅度地优化，使得机组的结构更加合理，检修更方便；出力增加了25%，达到技改合同的规定。

5　结束语

湖北石庙子电站的改造，将整个水轮机蜗壳换新，在结构上进行了较大的改变，其新旧部分的接口是不容易同时保证的。

经过努力，在结构设计过程中，充分考虑安装的便利性和可靠性，采用按弹性装配的关系设计，将结构设计得更为合理，从而保证了机组安装时能一步到位。这样即保证了安装质量，又为安装单位赢得了时间。

改造后取得了令业主满意的效果，机组出力达2 500 kW，比改造前的2 000 kW增加了500 kW，增容25%，运行也非常稳定，达到了技改预期的目的。

[1]张屹峰.马颈坳水电站6号水轮机的增容改造[C]//第十八次中国水电设备学术讨论会论文集，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，工程师，从事水轮机设计工作。