赞比亚卡里巴北岸扩机工程项目水轮机模型性能试验研究

辛守龙

摘要：本文以赞比亚卡里巴北岸水电站扩机工程为例，通过A801c模型水轮机性能实验、研究、设计出的原型水轮机，通过相似换算后用于赞比亚卡里巴水电站北岸扩机工程水轮机发电组，可以保证水轮机安全、稳定、高效运行。本研究和实践将为国外后续EPC项目的大型水轮机模型试验提供有效的技术参考。

关键词：水轮机；模型；性能实验；效率；研究

1 概述

卡里巴水电站位于非洲赞比亚和津巴布韦两国交界的赞比亚西河中游卡里巴峡谷内，除了砼双曲拱坝外，由南、北岸电站组成，南岸电站属于津巴布韦。卡里巴北岸地下厂房内已安装4台水轮发电机组，装机容量4×150MW。本次扩机工程是以赞比亚境内的北岸电站为基础进行，新增扩机2台，装机容量2×180MW，额定水头89.0m；

2试验要求

（1）所有试验应包括整个水轮机运行范围模型水轮机导叶从0开度至110 %导叶额定开度之间最大间隔不大于10 %的各种导叶开度条件下进行。

（2）原型水轮机的效率应根据模型试验对应的效率换算确定。

3 试验程序

（1）按照上述要求，性能试验采用定水头变转速这一方式进行，试验水头为30m。

（2）性能试验覆盖整个运行范围，水轮机模型从0开度到110%额定导叶开度之间，最大开度间隔不大于10%的各种导叶开度下进行。

（3）根据试验结果，以单位流量、单位转速（以D1进行计算）为横轴和纵轴来绘制综合特性曲线，最终的综合特性曲线完全体现模型水轮机的性能指标，其包括等效率曲线、运行范围、间隔10%的导叶开度线、95%的功率限制线以及最优效率点。

4 特征参数的换算

（1）效率换算

在效率保证范围内，采用两步法，由模型水轮机特性换算成原型水轮机特性。将测出的模型效率换算到雷诺数ReuM*下的效率。

将模型效率换算到原型工况。参照固定的雷诺数ReuM*，将模型效率hMt用下式

换算到原型雷诺数ReuP下效率。

在这种情况下，Hm*P按模型最优效率点计算并在保证效率范围内是不变值。

（2）功率和流量的换算

原型水轮机的功率和流量用下列公式计算：

5 试验结果

（1）模型最优效率点

A801c最优效率点

（2）额定工况点效率

（3）通过相似换算后得出原型機试运行以后在不同水头、各级出力下的效率保证值，由下表可见，所有试验点均满足合同要求。

原型机在不同水头、各级出力下的效率保证值

（4）出力保证值

6 实验研究结果

A801c模型水轮机在规定的水头范围和导叶开度较宽广的范围内在稳定运行的前提下水轮机有较高的效率，且效率曲线变化平缓，总之，A801c模型水轮机有较好的水头适应性和负荷适应性。

性能试验的详细结果见附录A-性能试验结果

参考文献：

[1]IEC60193-1999（第二版）水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验规程；

[2]IEC60609-1-2004，水轮机、蓄能泵和水泵水轮机气蚀损坏评定标准；

8附录A 性能试验结果