浅谈水轮机的节能改造

浅谈水轮机的节能改造
发布时间：2021-05-17T03:05:26.887Z 来源：《电力设备》2021年第1期作者：宋玉峰[导读] 随着我国社会主义市场经济的飞速发展，我国各行各业的发展水平都有了极大的提升，电力行业的发展亦是如此
（新疆伊犁河流域开发建设管理局新疆伊宁 835000）摘要：随着我国社会主义市场经济的飞速发展，我国各行各业的发展水平都有了极大的提升，电力行业的发展亦是如此。

目前，高炉采用的是敞开式循环冷却系统（也叫净循环冷却系统），即从高炉被冷却构件流出来的热水经管道流入泵站热水池，用泵送上冷却塔，经
蒸发与空气的热交换，被冷却的降温水流回泵站冷水池，再用水泵加压送至高炉被冷却构件的循环系统。

为了使送上冷却塔的热水快速冷却，需在冷却塔上安装风机，通过风机的抽风使进入冷却塔的水流快速散热冷却。

没有改造的风机均是需要电动机驱动的，经过对部分风机的改造，目前高炉一期冷却塔上的10台风机已有5台是水轮机驱动风机。

关键词：水轮机；节能；改造
引言
我国部分电站在投产时使用的水轮机调速器为老一代单片机调速器系统，随着电力设备技术的进步，该调速器系统已经不能满足现场发电设备安全运行的需要，且该调速器已运行十年，存在设备老化、工况不稳定、备品备件采购困难等诸多因素，严重制约了发电设备的安全运行，为此，我国电站开始对部分调速器进行了升级改造。

1水轮机简介
水轮机是将水的动能或势能转化成旋转机械能的原动机，是水力发电的主要设备之一，按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机。

冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，有收缩喷嘴，能把水流能量转变为高速射流的动能，主要是动能的转换。

反击式水轮转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的势能和动能均有改变，主要是势能的转换。

对于冲击式水轮机而言，需尽可能减小管道面积以输出更多的能量，进水口处都有明显的变径，多消耗了一部分额外能量，因此对循环水系统而言，反击式水轮机高效率的利用系统中的流量和扬程提供的势能，比冲击式水轮机效率更高，可以提供更大的轴功率和更高的转速，所以对循环水供水系统而言，反击式水轮机技术改造更合适。

水轮机是一种特殊的风机驱动设备，其核心工作部件是叶轮，运行动力来自系统富余扬程，叶轮接受流体能量旋转并带动风机叶片旋转抽风，冷却循环水。

由于叶轮前、后水流几乎没有压差，只需水体流速对叶片进行冲击，因此能量转换效率较高，在达到节能目的的同时也能满足换热设备的工艺要求。

2水轮机的节能改造的目的水轮机的节能改造的目的主要涉及到以下方面具体内容：改造的重点是解决存在的问题，同时在硬件方面实现采用目前先进的高性能双微机调节器作为控制核心，搭配可靠性高的执行元件和全国产化具有完全自主知识产权的主配压阀的目的，具备测频精度高、响应速度快、静态耗油量低和安装维护方便等特点，从而提高设备运行的可靠性，保证机组安全经济运行。

3水轮机的节能改造举措 3.1消除轴领内部与挡油筒处的真空度，解决机组安全运行风险的措施
１)优化橡胶密封圈结构。

将Y型橡胶密封圈改为Ｈ型，密封圈下端两边设置裙边，减少清洁密封水渗漏泄压，同时加高橡胶密封圈高度，减小密封圈回落至密封座或不能正常顶起时橡胶密封圈顶端与密封转环间的间隙，通过优化结构，减少主轴密封漏水量。

２)提高主轴密封水供水可靠性。

增设旁路密封水源，利用压差检测每路滤水器堵塞情况并能自动切换，确保密封水质、水压满足设计要求。

３)防止真空产生。

在轴领上部增加２~４个通气孔，将挡油筒和轴领内侧空间与油盆上部空间联通，防止此处产生真空，为防止油盆润滑油从该孔溢出，轴领孔口设置防溢油孔塞，彻底解决真空影响可能导致的安全运行。

3.2水轮机接力器杆头结构创新
为满足电网上网频率的要求，水轮发电机组运行时，需保证水轮发电机组在不同工况和负载下转速恒定。

为实现转速恒定，水轮机是通过调速器根据检测转速偏差值发出调节指令，通过操作油压变化控制接力器动作，带动导水机构，调节导叶开度，从而改变机组流量来实现转速调节，以达到机组转速在规定范围内运行。

接力器杆头就是将接力器的操作力传递给导水操作机构的关键部件。

大型混流式水轮机接力器杆头连接结构传递接力器操作力载荷大（三峡机组最大操作力约为3500KN），杆头所受应力交变频率高，应力幅值变化大，杆头结构抗疲劳要求高。

杆头的安全性和可靠性，对整个水轮发电机组尤为重要。

如果杆头联接出了问题，将严重影响机组开机和运行。

3.3凉水塔节能改造的方法
利用水轮机对传统循环水凉水塔实施节能改造，在保障降温效果的基础上，去掉高能耗电机与减速箱，同时保持塔体结构原状。

1）拆除凉水塔原有的电动机、风叶、传动轴和减速箱，新增的水轮机安装在凉水塔原有风机减速箱框架上。

2）对塔内分水管进行整改，使循环水在经过水轮机后均匀进入布水环节，保证整个凉水塔水量分布合理。

3）增加水轮机进水管线旁路与切断阀，使之在特殊情况、低气温、主装置停运时保持凉水塔正常运行。

4）增设水轮机进、出水管与水轮机下部支撑部件，同时风筒开孔后应进行补强处理。

5）对凉水塔内循环水主要管道进行防腐保护处理。

6）新的水轮机采用测振、测温、测转速度三位一体原件。

7）拆除原有系统加油副件，新的水轮机采用脂类润滑只需定期加脂。

改造工作利用大修周期一次整改，同时改造工艺简单，技术要求较低。

经过试运行，3台水轮机基本达到或超过原凉水塔风机额定转速，节能效果明显，运行效果良好。

3.4冷却塔改造实施主要步骤
通过对原有电机驱动的风机进行改造，可以实现使用水轮机驱动风机。

主要改造步骤有2个。

1）先将原电机、传动轴、减速机等拆除，安装新型水轮机。

2）将原进水管向上延伸至水轮机入水口高度，水轮机入水口连接进水管，出口连接布水管。

而原进水管与布水管相连处安装调节阀，用于调节水轮机进水量，其他部件不变。

4 MGC4000系列双微机调速器的主要硬件
首先是调节器。

调节器采用的是M340可编程控制器。

这是一款处于世界领先地位的自动化控制平台，在配套使用厂家开发的应用软件后，可以实现自动/手动启机功能、工况转换功能、手自动频率和有功功率控制功能、双微机故障冗余功能、紧急停机功能、试验功能、故障自诊断和报警功能以及一次调频功能。

其次是主配压阀。

主配压阀采用的是厂家自主开发生产的、具有自主知识产权的NSD－TS－ZP100型主配压阀，结构形式采用的是传统立式滑阀形式，它主要由主活塞(阀芯)、主衬套(阀套)、阀体、引导阀阀芯和引导阀阀体组成，具有安装检修方便、故障率低等特点。

最后是控制执行元件。

主要控制执行元件采用的是德国力士乐比例阀和台湾台达伺服电机，构成两套不同类型的、独立的电液转换器和液压放大机构，实现机械部分的双冗余，解决了对水轮机控制中高性能及高可靠性的要求。

结语
总而言之，冷却塔水轮机代替电机驱动风机可以将水流能量利用起来，达到降低能耗的目的，为企业节约成本。

受水泵功率、冷水温度要求以及水处理量的限制，不能对电动风机进行全部改造。

采用间隔式改造，既可以达到节能的目的，又不会影响冷却效果，在一定程度上减少了水雾对周边设施的影响。

参考文献
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