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美國FARGO電站水輪機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

文檔作者：朱勇軍徐澤強(qiáng) 文檔來源：浙江金輪機(jī)電實(shí)業(yè)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(jī)設(shè)計(jì)工作。E_m ail ： zhuyongjunvip＠ sina.com
美國FA RG O 電站水輪機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)
朱勇軍， 徐澤強(qiáng)
（浙江金輪機(jī)電實(shí)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(duì)應(yīng)
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(tái)水輪機(jī)， 水輪機(jī)
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(jī)組， 分別配套２ 臺(tái)８００ kW 和２００ kW 發(fā)電
機(jī)及２ 套獨(dú)立的控制保護(hù)設(shè)備， 預(yù)計(jì)需投資約４００
萬美元； 但考慮到用戶總投資的限制， 無法承擔(dān)此
方案的全部投資。因此， 在此項(xiàng)目的選型設(shè)計(jì)時(shí)需
優(yōu)化設(shè)計(jì)， 用最簡潔的設(shè)備布置來滿足需求。
2 水輪機(jī)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(tái)水機(jī)轉(zhuǎn)輪的標(biāo)準(zhǔn)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(hù)設(shè)備的投資， 可考
慮用２ 臺(tái)水輪機(jī)帶１ 臺(tái)發(fā)電機(jī)， 機(jī)組的控制保護(hù)設(shè)
備僅需１ 套； 總設(shè)備投資控制在３００ 萬美元以內(nèi)。
發(fā)電機(jī)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(jī)最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速的范圍， 可適
當(dāng)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(jī)配SFW １０００ — ８P 。在此運(yùn)
行范圍內(nèi)，效率如下所示（見表１ 、表２）。
表1 大機(jī)參數(shù)
流量
（cfs）
流量
／（m ３ ·s- １ ）
凈水頭
（ft）
凈水頭
／m
水輪機(jī)效率
／％
水輪機(jī)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(jī)參數(shù)
流量
（cfs）
流量
／（m ３ ·s- １ ）
凈水頭
（ft）
凈水頭
／m
水輪機(jī)效率
／％
水輪機(jī)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(shè)計(jì)創(chuàng)新
考慮到２ 臺(tái)水輪機(jī)帶１ 臺(tái)發(fā)電機(jī)， 為保證機(jī)組
的穩(wěn)定運(yùn)行、維護(hù)方便和支點(diǎn)不至于過約束， 取大
機(jī)H LA ６９６ — W J — ６５ 與SFW １０００ — ８P 電機(jī)２ 支點(diǎn)結(jié)
構(gòu)（兩機(jī)共軸） ； 小機(jī)H LA １５３ — W J — ５０ 與發(fā)電機(jī)
為４ 支點(diǎn)彈性聯(lián)接結(jié)構(gòu)（兩機(jī)兩軸） 。大機(jī)與發(fā)電
機(jī)共２ 個(gè)軸承， 小機(jī)２ 個(gè)軸承， 整機(jī)共４ 個(gè)軸承
（見圖１） 。
圖1 機(jī)組安裝示意
為統(tǒng)一水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向， 大機(jī)取旋轉(zhuǎn)方向?yàn)?
從發(fā)電機(jī)端看為順時(shí)針， 小機(jī)取旋轉(zhuǎn)方向?yàn)閺陌l(fā)電
機(jī)端看為逆時(shí)針； 即大機(jī)取蝸殼、固定導(dǎo)葉、活動(dòng)
導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)， 小機(jī)取蝸殼、固定
導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)。
4 結(jié) 語
在設(shè)計(jì)、制造、安裝完成后， FA RG O 電站從
２０１２ 年底已發(fā)電穩(wěn)定運(yùn)行至今， 累計(jì)發(fā)電量１ ０００
萬kW ·h ， 取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)然， 在電站
的設(shè)計(jì)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(jī)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)大機(jī)沒有設(shè)計(jì)成
可脫開機(jī)組以減少磨擦損失等。在今后的水輪機(jī)設(shè)
計(jì)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(jì)高效的產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。
■
責(zé)任編輯 吳 昊

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