水輪發電機組防止抬機的方法

2023-06-02 11:04:16 2

專利名稱：水輪發電機組防止抬機的方法
技術領域：
本發明屬於水力機械工程，特別是水輪發電機組防止抬機的方法。
背景技術：
現在已建成的部分電站如葛洲壩水電站、湖南省水府廟水電站、安仁大石水電 站、麻陽馬頸坳水電站、紅巖水電站及西北勘測設計研究院設計的敘利亞迪什林水電站等， 由於水輪發電機組抬機使電站正常運行遇到障礙，嚴重時會損壞水輪發電機的推力軸承及 結構部件。水輪發電機機組抬機現象，一般主要發生在如下三種情況
1)水輪發電機機組甩負荷後，水輪機導水葉快速關閉，主要是造成過水流量急劇下降 導致轉輪室-尾水管段產生反水擊，發電機組在慣性的作用下繼續轉動，是水輪機由水輪 機工況轉變為水泵工況，水輪機葉片將水向尾水推，加上水輪機導水葉快速關閉，尾水管產 生的反水擊作用，水對葉片產生向上的水推力抬起機組。2)承擔調相任務的水輪發電機組，機組由發電工況轉變到調相工況時，水輪機導 水葉的快速關閉，在調相壓氣過程中，是發電機由發電工況轉變為電動機工況並給系統發 無功負荷帶動水輪機轉動(調相工況)，使水輪機由水輪機工況轉變到水泵工況，水輪機葉 片將水向尾水推，加上導水葉的快速關閉，尾水管產生的反水擊作用，水對葉片產生向上的 水推力發生抬機。3)安裝高程低、尾水位高的機組，特別是軸流式機組，機組在停機過程發生抬機， 這種現象主要是機組停機時，水輪機導葉快速關閉，漿葉角度變小，是發電機組在慣性的作 用下繼續轉動，是水輪機由水輪機工況轉變為水泵工況，水輪機葉片將水向尾水推，加上停 機過程導葉的快速關閉，尾水管產生的反水擊作用，水對葉片產生向上的水推力發生抬機。

發明內容
本發明的目的是提供一種結構簡單、安全可靠、可防止水輪發電機組抬機的方法。本發明的目的是這樣實現的，水輪發電機組防止抬機的方法，其方法是在水輪機 轉輪出口布置減壓閥，當水輪機導水葉快速關閉P2壓力升高到一定值時，使減壓閥打開， 通過減壓閥排水卸壓降低P2，使P2 -Pl^G,實現防止水輪發電機組抬機發生，式中，Pl是 向下的軸向水推力(包括混流機組頂蓋間隙內水流對轉輪上冠產生的向下的水推力)，P2是 向上的軸向水推力(包括混流機組下環間隙內水流對轉輪下環產生的向上的水推力)，G是 水輪發電機組的轉動部分的重量。所述的減壓閥包括閥體、閥塞、彈簧，閥體的輸入口和輸出口在彈簧的作用下關 閉，當水輪機轉輪出口的壓力大於彈簧的彈簧力時，閥塞壓縮彈簧，閥塞使閥體的輸入口和 輸出口打開，這時排水卸壓降低P2，使P2 - Pl ^ G0所述的減壓閥可以是遠程自動控制的閥門(如蝶閥或閘閥等)，當水輪機導水葉快 速關閉時，首先由機組控制系統發出指令，開啟閥門，排水卸壓、降低P2，使P2 —Pl彡G。
所述的減壓閥通過沿園周均勻分布引水支管和引水環管連接，引水支管兩根或兩根以上分布在引水環管內側徑向分布，引水支管一端與水輪機轉輪出口相通，另一端與引 水環管密封相通，引水環管與減壓閥接口連接，引水環管可以做成變徑管。本發明的優點是在水輪機轉輪出口布置減壓閥，減壓閥通過兩根或兩根以上沿 園周均勻分布引水支管和引水環管(按照水力學原理做成變徑管)與轉輪出口連接，當轉輪 出口壓力使減壓閥彈簧壓縮閥塞自動開啟時，排水卸壓降低P2，使P2 — Pl <G。


下面結合實施例附圖對本發明作進一步說明 圖1是本發明實施例結構示意圖2是圖1的A-A方向剖示圖。圖中1、水輪機轉輪；2、水輪機轉輪入口 ；3、水輪機轉輪出口 ；4、水輪機導水葉； 5、引水環管；6、閥塞；7、彈簧；8、排水管；9、引水支管；10、減壓閥；11、集水井。
具體實施例方式
如圖1和圖2所示，在水輪機轉輪1的水輪機轉輪出口 3布置減壓閥10，減壓閥10通 過沿園周均勻分布引水支管9和引水環管5連接，引水支管9兩根或兩根以上分布在引水 環管5內側徑向分布，引水支管9 一端與水輪機轉輪出口 3相通，另一端與引水環管5密封 相通，當水輪機轉輪出口 3壓力使減壓閥10的彈簧7壓縮閥塞6自動開啟時，排水卸壓降 低P2，使P2 -Pl^ G，這時，水輪機轉輪出口 3的水通過排水管8引入集水井11，實現防止 水輪發電機組抬機發生。減壓閥10包括閥體、閥塞6、彈簧7，閥體的輸入口和輸出口在彈簧7的作用下關 閉，當水輪機轉輪出口 3的壓力大於彈簧7的彈簧力時，閥塞6壓縮彈簧7，閥塞6使閥體的 輸入口和輸出口打開，這時排水卸壓降低P2，使P2 — Pl <G。減壓閥10可以是遠程自動控制的閥門(如蝶閥或閘閥等)，當水輪機導水葉4快速 關閉時，首先由機組控制系統發出指令，開啟閥門，排水卸壓、降低P2，使P2 — Pl彡G，防抬 機過程完成後，關閉閥門。實現防止水輪發電機組抬機發生。由於水輪發電機組抬機從機 組動作上有一個共同的特點水輪機導水葉4快速關閉。且抬機只是瞬間過渡過程。在水輪機轉輪出口 3布置減壓閥10，減壓閥10通過兩根或兩根以上沿園周均勻分 布引水支管9和引水環管5與轉輪出口連接，當水輪機轉輪出口 3壓力使減壓閥10的彈簧 7壓縮閥塞6自動開啟時，排水卸壓降低P2，使P2 — Pl彡G。水輪發電機組抬機都是在機組正常運行情況下，水輪機導水葉4快速關閉，伴隨 著尾水管產生反水擊而發生，反映在機組特徵上是水輪機工況轉變為同轉向的水泵工況。 從力學角度水輪發電機組抬機的條件是水輪機轉輪入口 2水流產生的向下的軸向水推力 Pl (包括混流機組頂蓋間隙內水流對轉輪上冠產生的向下的水推力)，加上水輪發電機組的 轉動部分的重量G小於水輪機轉輪出口水流產生的向上的軸向水推力P2(包括混流機組下 環間隙內水流對轉輪下環產生的向上的水推力)，即
Pl + G < P2(1)
水輪發電機組就發生抬機，否則
Pl + G ≥ P2(2)就不發生抬機，這是水輪發電機組抬機的力學條件。在水輪機工況，肯定不會發生抬機問題，只有水輪機處於同水輪機工況轉向相同 的水泵工況時，才有可能出現，水輪機轉輪入口 2水流產生的向下的軸向水推力Pl，加上水 輪發電機組的轉動部分的重量G小於水輪機轉輪出口 3水流產生的向上的軸向水推力P2， 水輪發電機組就發生抬機。水輪發電機機組抬機從作上有一個共同的特點水輪機導水葉4快速關閉。且抬 機只是瞬間過渡過程，因此也可以將附圖中的減壓閥通過遠程自動控制閥門(如蝶閥、閘閥 等)進行遠程自動控制，當水輪機導水葉4快速關閉時，先由機組控制系統發出指令開啟閥 門，排水卸壓、降低P2，防抬機過程完成後，關閉閥門。
以上兩種方法只要設計合理，能使受力應滿足於(2)式或(3)式，防止抬機發生。P2 — Pl ≤ G(3)。
權利要求
水輪發電機組防止抬機的方法，其方法是在水輪機轉輪出口(3)布置減壓閥(10)，當水輪機導水葉(4)快速關閉P2壓力升高到一定值時，使減壓閥(10)打開，通過減壓閥(10)排水卸壓降低P2，使P2－P1≤G，實現防止水輪發電機組抬機發生，式中，P1是向下的軸向水推力，P2是向上的軸向水推力，G是水輪發電機組的轉動部分的重量。
2.根據權利要求1所述的水輪發電機組防止抬機的方法，其方法是所述的減壓閥 (10)包括閥體、閥塞(6)、彈簧(7)，閥體的輸入口和輸出口在彈簧(7)的作用下關閉，當水 輪機轉輪出口(3)的壓力大於彈簧(7)的彈簧力時，閥塞(6)壓縮彈簧(7)，閥塞(6)使閥體 的輸入口和輸出口打開，這時排水卸壓降低P2，使P2 — Pl <G。
3.根據權利要求1所述的水輪發電機組防止抬機的方法，其方法是所述的減壓閥 (10)是蝶閥或閘閥，當水輪機導水葉(4)快速關閉時，首先由機組控制系統發出指令，開啟 閥門，排水卸壓、降低P2，使P2 — Pl < G，防抬機過程完成後，關閉閥門。
全文摘要
本發明屬於水力機械工程，特別是水輪發電機組防止抬機的方法，其方法是在水輪機轉輪出口布置減壓閥，當水輪機導水葉快速關閉P2壓力升高到一定值時，使減壓閥打開，排水卸壓降低P2，使P2－P1≤G，實現防止水輪發電機組抬機發生，式中，P1是向下的軸向水推力，P2是向上的軸向水推力，G是水輪發電機組的轉動部分的重量。它提供了一種結構簡單、安全可靠的防止水輪發電機組抬機的方法。
文檔編號F03B11/00GK101846028SQ20101017497
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月18日 優先權日2010年5月18日
發明者王耀洲 申請人:中國水電顧問集團西北勘測設計研究院