高水头多泥沙条件下立式同轴双级混流式水轮机检修周期量化方法

技术领域

本发明涉及水力发电技术领域，具体涉及一种高水头多泥沙条件下立式同轴双级混流式水轮机检修周期量化方法。

背景技术

在高水头下，特别是大于700m水头时，相对于冲击式水轮机，采用立式同轴双级混流式水轮机能获得更高的发电效率和更优的抗耐受泥沙性能；但当过机泥沙含量超过一定数值后，泥沙对水轮机转轮和导叶等过流部件磨蚀仍然较为严重，水轮机在长期运行当中磨蚀损失越来越多，会造成其运行效率不断降低，甚至稳定运行范围也随之发生变化，严重时会造成一定的安全事故。因此，在水轮机磨蚀到一定程度时，需要对水轮机过流部件进行检查维护。

现阶段，我国对多泥沙水电站的开发主要是在黄河流域，这些电站的水头均不高，基本上都在100m以下。我国对高水头多泥沙的水电站开发较少，还未形成一套因泥沙磨损水轮机而维修过流部件的检修周期量化机制；因无法在运行时，实时观测水轮机的磨损状况，一般的多泥沙电站均采用定期停机、吊起机组观测判断进行检修周期的量化。这种方法也只是一种经验判断法，无法做到事前预测，并且停机吊起机组造成大量时间机组无法发电。

我国西部地区河流水能开发条件具备的开发水头高达800m～1000m，单机容量达到500MW～800MW，这些电站或多或少都存在泥沙含量较大的问题，需要一种能量化其检修周期避免无故障停机次数的方法。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种高水头多泥沙条件下立式同轴双级混流式水轮机检修周期量化方法，通过对水轮机过流部件制造材料在高水头和特征流速下的磨损量研究，预测量化其长时间运行后的磨损量，进而量化检修周期。

本发明采用的技术方案是：一种高水头多泥沙条件下立式同轴双级混流式水轮机检修周期量化方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、取样调查河流泥沙和过机泥沙的参数；

b、在试验室采用与步骤a相同参数条件的泥沙,对与水轮机制造材质相同的试验试块进行泥沙磨蚀试验，获取一系列特征流速和泥沙含量条件下的试块磨损量，进而拟合水轮机各过流部件的磨损量的计算关系式；

c、依据试验拟合的磨损量计算关系式和不同的精度需求，输入每个时段的运行时间和该时间段的平均过机泥沙参数，计算出各时段的水轮机磨损量；

d、将水轮机的历时磨损量与评判标准进行对照，进而量化其检修周期。

作为优选，步骤a中，所述河流泥沙和过机泥沙的参数，包括泥沙颗粒大小、泥沙颗粒硬度、泥沙含量、泥沙颗粒形状、悬移质泥沙颗粒级配和悬移质泥沙成分。

作为优选，步骤b中，水轮机各过流部件的磨损量的计算关系式为：

▽H＝(1/ε)*Ki*C*T*W

式中：▽H—水轮机磨损量；ε—材料耐磨系数；Ki—单位含沙量的磨损能力综合系数，为磨粒的平均粒径系数、磨粒的形状系数、磨粒的硬度系数、磨粒的容重系数、磨粒的流动状态系数和其他因素系数的乘积；C—平均含沙量，kg/m3；T-磨损时间，h；W—水流相对速度，m/s；m—是与水流流态有关的速度指数。

作为优选，步骤d中，将规范GB/T10969《水轮机、蓄能泵和水泵水轮机通流部件技术条件》中对混流式水轮机的型线允许的最大偏差作为水轮机磨损是否需要维护的评判标准。

本发明取得的有益效果是：本发明通过试验，准确的找出磨损量与泥沙参数以及时间之间的函数关系，根据历时或监测得到的泥沙情况和运行时间来计算出水轮机磨损量，对照规范准确量化检修周期，无需停机进行实物检查来判定是否检修。

附图说明

图1为本发明的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明的一种高水头多泥沙条件下立式同轴双级混流式水轮机检修周期量化方法，包括以下步骤：

a、取样调查河流泥沙和过机泥沙的参数，包括泥沙颗粒大小、泥沙颗粒硬度、泥沙含量、泥沙颗粒形状、悬移质泥沙颗粒级配和悬移质泥沙成分；

b、在试验室采用与步骤a相同参数条件的泥沙,对与水轮机制造材质相同的试验试块进行泥沙磨蚀试验，获取一系列特征流速和泥沙含量条件下的试块磨损量，进而拟合水轮机各过流部件的磨损量的计算关系式：

式中：

c、依据试验拟合的磨损量计算关系式和不同的精度需求，输入每个时段的运行时间和该时间段的平均过机泥沙参数，计算出各时段的水轮机磨损量；

d、将规范GB/T10969《水轮机、蓄能泵和水泵水轮机通流部件技术条件》中对混流式水轮机的型线允许的最大偏差作为水轮机磨损是否需要维护的评判标准，将水轮机的历时磨损量与评判标准进行对照，进而量化其检修周期。

在一实施例中：

一种高水头多泥沙条件下立式同轴双级混流式水轮机检修周期量化方法，包括以下步骤：

a、取样调查河流泥沙和过机泥沙的参数，包括泥沙颗粒大小、泥沙颗粒硬度、泥沙含量、泥沙颗粒形状、悬移质泥沙颗粒级配和悬移质泥沙成分；

b、在试验室采用与步骤a相同参数条件的泥沙,对与水轮机制造材质相同的试验试块进行泥沙磨蚀试验，获取一系列特征流速和泥沙含量条件下的试块磨损量，进而拟合水轮机各过流部件的磨损量的计算关系式：

式中：

为了使试验室泥沙磨损试验结果能较好地符合于水轮机真机的实际，试验所选择的试验条件应尽可能与真机的磨损状态与条件相近，试验流速与真机相同，试块母材与真机一致，试验泥沙采用实地取样泥沙；

c、依据试验拟合的磨损量计算关系式和不同的精度需求，输入每个时段的运行时间和该时间段的平均过机泥沙参数，计算出各时段的水轮机磨损量；

在电站进水口设置一套泥沙在线检测装置，以获取各运行时段的过机泥沙参数；或者根据水电工程建设前期的河道泥沙沉降推演试验，获得典型年或者设计年的旬过机泥沙平均含量等参数；

d、将规范GB/T10969《水轮机、蓄能泵和水泵水轮机通流部件技术条件》中对混流式水轮机的型线允许的最大偏差作为水轮机磨损是否需要维护的评判标准，将水轮机的历时磨损量与评判标准进行对照，进而量化其检修周期；

以转轮叶片为例，叶片最大厚度的最大允许偏差为-8％T(T为原型叶片设计最大厚度)，当历时累加的转轮叶片磨损量大于8％T时，转轮叶片的检修周期即为该运行历时时长。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。