轴流ZD560转轮型号机组改造扩容升级探讨

谢向东，洪安俊，黄 岩

(浙江金轮机电实业有限公司，浙江 金华 321002)

1 电站概况

宸前电厂位于福建省崇阳溪建阳与建瓯辖区交界处的徐市镇亭村附近。电厂建成于1982年，总装机容量1.6万kW(5×3 200 kW)，设计额定水头11.2 m(毛水头)，净水头10.3 m，单机设计引用流量37.6 m3/s。

本次增容扩容要求：单机由3 200 kW增至3 800 kW，装机容量由1.6万kW增容至1.8～1.9万kW。

电站现有5台3 200 kW立式轴流发电机组(生产厂家：重庆水轮机厂)，水轮机型号为ZD560—LH—250，设计水头11.2 m，最高水头12.5 m，设计流量37.6 m3/s。水轮机出力3 460 kW，额定转速187.5 r/min，飞逸转速391 r/min，单位转速140 r/min，单位流量1.79 m3/s，效率84%。水轮机安装高程115.46 m，设计吸出高程+0.5 m；导叶相对高b0/D1为0.4，尾水相对高h/D1为2.52，转轮轮毂比为0.35；导叶最大开度(mm)/数量(片)为240/24，接力器行程为365.5 mm，调速功为4 700 kg.m。

2 可行性分析

针对电站水头不变、设备需在蜗壳和尾水流道不变的情况，增加水轮机的过流量并提高效率才能保证水轮机出力增加。通过分析，ZD560的蜗壳流道在设计的时候是有10%～20%的余量，相应保证了机组过流量增加的要求(见表1)。

表1 机组选型分析比较

续表1 机组选型分析比较

综上所述，即使是国外转轮，也未能达到增效扩容要求，这一工况点在国内都是空白的区域。对于这前所未有的挑战，我们请教了很多国内外优秀专家，参考了国内外很多资料，通过对流道、导叶和转轮进行分析，不断改进导叶、叶片的翼型，用CFD模拟分析计算水轮机最大出力可达到4 000 kW，发电机出力可达到3 800 kW。

3 模拟分析计算

3.1 原有的蜗壳和尾水流态分析

通过原有蜗壳和尾水进行流道分析，蜗壳的最大过流量可达到43～44 m3/s，能够满足机组发3 800 kW的过流量要求，无需对蜗壳和尾水改进；……