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蜀河水電站46MW燈泡貫流式水輪機(jī)設(shè)計
【摘 要】 蜀河水電站裝設(shè)6臺單機(jī)容量46MW的大型燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，該機(jī)組是目前國內(nèi)自主設(shè)計的水頭最高的貫流式機(jī)組，其中4臺機(jī)組由東方電機(jī)有限公司設(shè)計、制造。本文介紹了東方電機(jī)研制的蜀河水輪機(jī)的基本參數(shù)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】 蜀河水電站 燈泡貫流式機(jī)組 結(jié)構(gòu)設(shè)計
1 引言
蜀河水電站工程位于陜西省旬陽縣境內(nèi)的漢江上游干流上，距旬陽縣城51km，是以發(fā)電為主，兼有航運(yùn)等綜合利用效益的大型水電站。電站正常蓄水位217.3m，相應(yīng)水庫庫容為1.76億m3。電站為溢流式廠房結(jié)構(gòu)，樞紐建筑物由左右副壩、垂直升船機(jī)壩段、泄洪閘、電站廠房壩段等組成。
電站設(shè)計水頭為19.6m，設(shè)計運(yùn)行水頭范圍為10.5m～26.3m。電站裝設(shè)6臺46MW大型燈泡貫流式機(jī)組，總裝機(jī)容量為276MW。電站年平均發(fā)電量為9.53億kW.h，年利用小時數(shù)為3530h。
2 水輪機(jī)基本參數(shù)
水輪機(jī)型號：GZ（650）-WP-545
水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑：5.45m
轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)：5
水輪機(jī)額定出力：47MW
最大水頭：26.3m
額定水頭：19.6m
最小水頭：10.5m
額定轉(zhuǎn)速：125r/min
額定流量：261m3/s
飛逸轉(zhuǎn)速：
協(xié)聯(lián)工況295r/min
非協(xié)聯(lián)工況385r/min
最大軸向水推力不大于（正/反向）5750KN
機(jī)組旋轉(zhuǎn)方向
從上游向下游方向看：順時針旋轉(zhuǎn)
3 水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)
3.1 轉(zhuǎn)輪裝配
蜀河水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型號為GZ（650），5葉片，轉(zhuǎn)輪直徑Φ5450mm，主要由轉(zhuǎn)輪體、葉片、葉片軸、轉(zhuǎn)臂、連桿、接力器缸、接力器缸蓋、活塞、活塞桿、泄水錐等組成。
轉(zhuǎn)輪體為鑄鋼結(jié)構(gòu)，過流面堆焊不銹鋼。葉片材料為鑄鋼06Cr13Ni4Mo，葉片外緣背面?zhèn)仍O(shè)有抗空蝕裙邊，葉片與轉(zhuǎn)臂之間采用銷子傳遞扭矩，銷孔采用葉片、葉片軸及轉(zhuǎn)臂三件同鉸方式，確保裝配精度。葉片密封采用雙向多層“V”型密封結(jié)構(gòu)，可有效確保輪轂腔內(nèi)的油與外部的水之間的雙向密封效果，并可在不拆卸葉片的情況下更換密封件。
3.2 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)
導(dǎo)水機(jī)構(gòu)由導(dǎo)流部件及導(dǎo)葉傳動機(jī)構(gòu)組成，主要包括導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)、導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)延伸段、導(dǎo)葉外環(huán)、轉(zhuǎn)輪室、補(bǔ)償節(jié)、導(dǎo)葉、導(dǎo)葉臂、連桿、控制環(huán)、導(dǎo)葉接力器、重錘、鎖錠裝置等。
導(dǎo)葉內(nèi)、外環(huán)均為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，其球面段及雙曲面段均采用分塊鋼板冷模壓成型。導(dǎo)葉內(nèi)、外環(huán)設(shè)置了環(huán)形密封帶。內(nèi)、外環(huán)上的導(dǎo)葉軸孔分別采用數(shù)控加工，確保軸孔位置精度。
轉(zhuǎn)輪室分兩瓣，其球面段及喉口部位范圍均采用不銹鋼板，錐段采用碳素鋼板。不銹鋼段采用定尺下料鋼板模壓成型，可靠地保證了轉(zhuǎn)輪室焊接及加工質(zhì)量。
錐形導(dǎo)葉采用碳鋼整鑄結(jié)構(gòu)，導(dǎo)葉數(shù)為16件。導(dǎo)葉上端軸鑲不銹鋼軸套，其頭、尾部彌合面均鋪焊不銹鋼材料。導(dǎo)葉上軸頸處設(shè)置自潤滑向心關(guān)節(jié)軸承，導(dǎo)葉下軸頸處設(shè)置復(fù)合材料軸套。導(dǎo)葉保護(hù)裝置采用摩擦環(huán)結(jié)構(gòu)。
3.3 軸承裝配
水導(dǎo)軸承為自調(diào)心分半臥式筒式軸承，軸承采用自調(diào)心扇形板支撐，可適應(yīng)主軸撓度的變化。水導(dǎo)軸承不設(shè)油室，采用重力油箱系統(tǒng)自流供油，外部循環(huán)，外部冷卻。機(jī)組啟動及停機(jī)時投入高壓油頂起系統(tǒng)，在主軸與軸瓦之間形成保護(hù)油膜。下半瓦設(shè)置兩件分體式雙支三線制RTD，以監(jiān)測瓦溫，軸瓦報警溫度為60℃，停機(jī)溫度為65℃。在不拆機(jī)組其他主要設(shè)備的情況下，可方便地維護(hù)、檢修水導(dǎo)軸承。
3.4 密封裝配
密封裝配由檢修密封及工作密封組成，工作密封采用間隙密封、平板密封及徑向盤根密封的組合型式。檢修密封采用空心空氣圍帶式結(jié)構(gòu)，密封滑動配合面均為不銹鋼材料，密封易損件可在不拆卸機(jī)組其他主要設(shè)備的情況下進(jìn)行更換。
3.5 主軸
主軸裝配由主軸、內(nèi)操作油管、外操作油管等組成。主軸采用中空整鍛結(jié)構(gòu)，包括軸身、水機(jī)端法蘭、電機(jī)端法蘭及組合軸承工作面，材料為優(yōu)質(zhì)鍛鋼。內(nèi)、外操作油管將主軸中心孔分為兩個高壓腔及一個低壓腔，分別與漿葉接力器開關(guān)腔及輪轂腔連接。主軸與轉(zhuǎn)輪采用螺栓連接，銷子傳遞扭矩，與轉(zhuǎn)子采用螺栓連接，銷套傳遞扭矩。
3.6 座環(huán)
座環(huán)是由多個部件組焊而成的大型組合體，既是導(dǎo)葉前的導(dǎo)流部件，更是重要的受力載體。根據(jù)部件制造工藝性、設(shè)備運(yùn)輸條件以及設(shè)備安裝要求等因素，座環(huán)分為座環(huán)內(nèi)環(huán)、座環(huán)外環(huán)、上支柱、下支柱、導(dǎo)流錐等部件。
座環(huán)內(nèi)環(huán)是整個機(jī)組的安裝基準(zhǔn)，也是最重要的受力載體。上、下支柱作為整個機(jī)組關(guān)鍵的受力支撐，其與座環(huán)內(nèi)環(huán)之間采用焊縫連接，工地調(diào)整好后施焊。上、下支柱既是管路、橋架、電纜等的布置通道，也是日常巡視、維護(hù)座環(huán)內(nèi)部設(shè)備的人行通道。通過上支柱通道檢修水導(dǎo)軸承、密封裝配、導(dǎo)葉小端零件、發(fā)電機(jī)組合軸承等座環(huán)內(nèi)部設(shè)備。
3.7 軸承潤滑系統(tǒng)
軸承潤滑系統(tǒng)包括高壓油頂起系統(tǒng)和低壓潤滑系統(tǒng)，后者采用外部循環(huán)，外部冷卻結(jié)構(gòu)，依靠自流方式向水導(dǎo)軸承及發(fā)電機(jī)組合軸承供油。該系統(tǒng)主要包括重力油箱、低位油箱、高壓油泵、低壓油泵、油過濾器、油冷卻器等設(shè)備，采用L-TSA46號汽輪機(jī)油潤滑。系統(tǒng)分別設(shè)置兩臺高、低壓泵，一主一備，高壓泵采用交替啟動模式，而低壓泵則可根據(jù)機(jī)組的啟停頻繁程度，自主選擇停機(jī)切換模式或手動切換模式。
4 結(jié)語
東方電機(jī)為蜀河水電站提供4套額定出力為46MW的水輪發(fā)電機(jī)組，繼首臺機(jī)于2009年12月29日順利投產(chǎn)發(fā)電后，第4臺機(jī)也于2010年10月18日投入商業(yè)運(yùn)行。4臺機(jī)均系一次啟動和投運(yùn)成功，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，綜合性能良好，各項運(yùn)行參數(shù)如溫度、振動、擺度、噪音等指標(biāo)優(yōu)良，在國內(nèi)外同類型機(jī)組中處于領(lǐng)先水平，獲得了業(yè)主很高的評價和贊譽(yù)。蜀河電站的順利發(fā)電，提升了漢江流域水力資源的綜合開發(fā)水平，為西北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。
蜀河項目作為燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組向大容量、高水頭的一次跨越，其成功研制，拓寬了我國自行設(shè)計的燈泡貫流式機(jī)組工作水頭的應(yīng)用范圍，提升了我國在大型燈泡貫流式機(jī)組方面的整體設(shè)計水平，同時鞏固了東方電機(jī)在國內(nèi)燈泡貫流式機(jī)組領(lǐng)域內(nèi)的領(lǐng)先地位，大大提升了我公司在特大型燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組領(lǐng)域的競爭能力，為進(jìn)一步拓展國內(nèi)、國際市場提供了有力的技術(shù)支撐。
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