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美國FARGO電站水輪機的創(chuàng)新設計

文檔作者：朱勇軍徐澤強文檔來源：浙江金輪機電實業(yè)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月06日
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收稿日期：２０１６ - ０１ - ０７
作者簡介 ：朱勇軍 （１９６９ - ） ，男 ，工程師 ，主要從事水輪 機設計工作。E_m ail ： zhuyongjunvip＠ sina.com
美國FA RG O 電站水輪機的創(chuàng)新設計
朱勇軍， 徐澤強
（浙江金輪機電實業(yè)有限公司，浙江金華３２１０００）
1 概 述
美國FA RG O 電站為同一電站兩種不同的額定
水頭： H １（１） ＝ ４３.２８ m ， H １（２） ＝ ２４.３８ m ， 分別對應
不同的額定流量Q １（１） ＝ ２.２６ m ３ ／s ， Q １（２） ＝
１.１３ m ３ ／s ； 要求安裝一大一?。?臺水輪機， 水輪機
的出力分別為８００ kW 和２３０ kW 。
按照小水電通常做法， 即可裝２ 套小混流式水
輪發(fā)電機組， 分別配套２ 臺８００ kW 和２００ kW 發(fā)電
機及２ 套獨立的控制保護設備， 預計需投資約４００
萬美元； 但考慮到用戶總投資的限制， 無法承擔此
方案的全部投資。因此， 在此項目的選型設計時需
優(yōu)化設計， 用最簡潔的設備布置來滿足需求。
2 水輪機選型
H １（１） ＝ ４３.２８ m ， H １（２） ＝ ２４.３８ m ； Q １（１） ＝
２.２６ m ３ ／s ， Q １（２） ＝ １.１３ m ３ ／s ； f＝ ６０ H z 。
N １（１） ＝ ９.８１ × ４３.２８ × ２.２６ × ０.８４ ＝ ８０６ kW
N １（２） ＝ ９.８１ × ２４.３８ × １.１３ × ０.８５ ＝ ２１４.３ kW
初定D １（１） ＝ ６００ m m ， D １（２） ＝ ５００ m m （ D １（１） 、
D １（２）為２ 臺水機轉(zhuǎn)輪的標準直徑） 。
Q′
１（１） ＝ Q １（１）
D２１
（１） H １（２）
＝ ２.２６
０.６２ ４３.２８
＝ ０.９５４
Q′
１（２） ＝ Q １（２）
D ２１
（２） H １（２）
＝ １.１３
０.５２ ２４.３８
＝ ０.９１５
為節(jié)約廠房投資和控制保護設備的投資， 可考
慮用２ 臺水輪機帶１ 臺發(fā)電機， 機組的控制保護設
備僅需１ 套； 總設備投資控制在３００ 萬美元以內(nèi)。
發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速初取n ＝ ９００ r／m in ， 出力為
１ ０００ kW ：
n′
１（１） ＝ nD １（１）
H １（１）
＝ ９００ × ０.６
４３.２８
＝ ８２
n′
１（２） ＝ nD １（２）
H １（２）
＝ ９００ × ０.５
２４.３８
＝ ９１.１３
考慮到混流水輪機最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速的范圍， 可適
當調(diào)整有關(guān)參數(shù)， 取D １（１） ＝ ６５０ m m ， n ＝
７２０ r／m in ， D １（２）保持不變：
n′
１（１） ＝ nD １（１）
H １（１）
＝ ７２０ × ０.６５
４３.２８
＝ ７１.１３
n′
１（２） ＝ nD １（２）
H １（２）
＝ ７２０ × ０.５
２４.３８
＝ ７２.９
Q′
１（１） ＝ Q １（１）
D２１
（１） H １（１）
＝ ２.２６
０.６５２ ４３.２８
＝ ０.８１３
Q′
１（２） ＝ Q １（２）
D２１
（２） H １（２）
＝ １.１３
０.５２ ２４.３８
＝ ０.９１５ （不
變）
按n 、Q 分別選取H LA ６９６ — W J — ６５ 和
H LA １５３ — W J — ５０ ， 水輪機配SFW １０００ — ８P 。在此運
行范圍內(nèi)，效率如下所示（見表１ 、表２）。
表1 大機參數(shù)
流量
（cfs）
流量
／（m ３ ·s- １ ）
凈水頭
（ft）
凈水頭
／m
水輪機效率
／％
水輪機出力
／kW
８０ ２.２６ １４２ ４３.２８ ９１.０ ８７３ ７５ ２.１２ １４２ ４３.２８ ９１.０ ８１９ ７０ １.９８ １４２ ４３.２８ ９１.０ ７６５ ６０ １.７０ １４２ ４３.２８ ８９.５ ６４５ ５０ １.４２ １４２ ４３.２８ ８６.０ ５１８ ４０ １.１３ １４２ ４３.２８ ８０.５ ３８６ ３０ ０.８５ １４２ ４３.２８ ７４.０ ２６７ · ２１ ·
小水電 ２０１６ 年第３ 期（總第１８９ 期） 技術(shù)交流
表2 小機參數(shù)
流量
（cfs）
流量
／（m ３ ·s- １ ）
凈水頭
（ft）
凈水頭
／m
水輪機效率
／％
水輪機出力
／kW
４５ １.２７ ８０ ２４.３８ ８７.５ ２６５ ４０ １.１３ ８０ ２４.３８ ８７.８ ２３７ ３５ ０.９９ ８０ ２４.３８ ８５.５ ２０２ ３０ ０.８５ ８０ ２４.３８ ８２.５ １６７ ２５ ０.７１ ８０ ２４.３８ ７８.５ １３３ ２０ ０.５７ ８０ ２４.３８ ７０.０ ９５ １５ ０.４３ ８０ ２４.３８ ６０.０ ６１ 3 結(jié)構(gòu)中的設計創(chuàng)新
考慮到２ 臺水輪機帶１ 臺發(fā)電機， 為保證機組
的穩(wěn)定運行、維護方便和支點不至于過約束， 取大
機H LA ６９６ — W J — ６５ 與SFW １０００ — ８P 電機２ 支點結(jié)
構(gòu)（兩機共軸） ； 小機H LA １５３ — W J — ５０ 與發(fā)電機
為４ 支點彈性聯(lián)接結(jié)構(gòu)（兩機兩軸） 。大機與發(fā)電
機共２ 個軸承， 小機２ 個軸承， 整機共４ 個軸承
（見圖１） 。
圖1 機組安裝示意
為統(tǒng)一水輪機的旋轉(zhuǎn)方向， 大機取旋轉(zhuǎn)方向為
從發(fā)電機端看為順時針， 小機取旋轉(zhuǎn)方向為從發(fā)電
機端看為逆時針； 即大機取蝸殼、固定導葉、活動
導葉、轉(zhuǎn)輪順時針旋轉(zhuǎn)的設計， 小機取蝸殼、固定
導葉、活動導葉、轉(zhuǎn)輪逆時針旋轉(zhuǎn)的設計。
4 結(jié) 語
在設計、制造、安裝完成后， FA RG O 電站從
２０１２ 年底已發(fā)電穩(wěn)定運行至今， 累計發(fā)電量１ ０００
萬kW ·h ， 取得了良好的經(jīng)濟效益。當然， 在電站
的設計中， 還存在一些不盡人意的地方， 如在小流
量工況工作中， 在小機獨立運行時大機沒有設計成
可脫開機組以減少磨擦損失等。在今后的水輪機設
計過程中， 還要不斷通過技術(shù)上的創(chuàng)新， 為用戶提
供最經(jīng)濟高效的產(chǎn)品和技術(shù)服務。
■
責任編輯 吳 昊

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