貴州興義中寨電站

中寨電站混流式水輪機(jī)組特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要：本文介紹高水頭混流式水輪機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，為提高機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行所采取的措施，供同行們參考。關(guān)鍵詞中寨電站；高水頭；混流式水輪機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前言：混流式水輪機(jī)組由于運(yùn)行的水頭范圍很寬廣，因此其應(yīng)用的電站也很多。目前國(guó)內(nèi)混流機(jī)組運(yùn)行水頭為20?400m。由于強(qiáng)度和汽蝕的限制，大于400m一般采用沖擊式水輪機(jī)。混流式機(jī)組比轉(zhuǎn)速高于沖擊式機(jī)組，且運(yùn)行效率較高，同時(shí)水頭變化范圍也大。目前混流式機(jī)組有向更高水頭發(fā)展趨勢(shì)。重慶水輪機(jī)廠有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱重水廠）研制生產(chǎn)的部分立軸高水頭混流式機(jī)組參數(shù)見下表型號(hào)水頭范圍（m）出力（KW）轉(zhuǎn)速(r/min)電站名稱HL006-LJ-140295?31515000750云南綠水河電站HLA179-LJ-120237?247.58421750四川峨邊電站HLA179-LJ-165259.5?28320618600四川峨邊電站HLA542-LJ-130250?254.412500750廣東潮州電站HLA351-LJ-148265.365?339.80225770750貴州中寨電站2002年重水承接了貴州中寨電站項(xiàng)目，使我廠在高水頭混流機(jī)組設(shè)計(jì)制造方面上了臺(tái)階。并有許多新結(jié)構(gòu)是以前未采用的。電站概述2.1中寨電站位于貴州省興義市魯布革水電站附近，廠房?jī)?nèi)裝一臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量25MW，電站在系統(tǒng)中擔(dān)任基荷運(yùn)行。2.2水輪機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)：型號(hào)HLA351-LJ-148轉(zhuǎn)輪直徑：D1=1.48m額定水頭：Hr=282m最高水頭：Hmax=339.802m最低水頭：Hmin=265.365m額定流量：Qr=10.12m3/s額定出力：Nr=25.77MW額定轉(zhuǎn)速：nr=750r/min飛逸轉(zhuǎn)速：np=1332r/min軸承水推力：Pt=640KN吸出高度：HsW-3.5m配套發(fā)電機(jī)型號(hào):SF25-8/3000配套進(jìn)水閥型號(hào):JZQ-00A/@1000*4.8配套調(diào)速器型號(hào):BWT-80-4機(jī)組結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)以往高水頭混流機(jī)組都存在振動(dòng)、密封漏水、機(jī)組汽蝕及磨損快，以及導(dǎo)水機(jī)構(gòu)關(guān)閉不嚴(yán)難停機(jī)等問(wèn)題。本機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)將以上問(wèn)題為切入口，根據(jù)以往高水頭機(jī)組運(yùn)行及修改的經(jīng)驗(yàn)，采取相應(yīng)措施大膽創(chuàng)新。其總體結(jié)構(gòu)見圖1。3.1本機(jī)主軸與轉(zhuǎn)輪采用螺栓聯(lián)接摩擦傳遞扭矩，主軸與發(fā)電機(jī)主軸為螺栓聯(lián)接園柱銷傳遞扭矩。要確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，首先要滿足機(jī)組的臨界轉(zhuǎn)速nk大于飛逸轉(zhuǎn)速nR。一般nk/nR=1.2?1.25,本機(jī)滿足強(qiáng)度的主軸軸徑為中450,為提高轉(zhuǎn)動(dòng)部份的剛度，軸徑增大到中500，使其nk>1.25nR。其次轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)式設(shè)計(jì)應(yīng)注意止漏間隙分配。減小止漏間隙可以減少容積損失，但間隙小到一定程度時(shí)，將會(huì)引起轉(zhuǎn)輪背壓與止漏間隙中壓力的顯著變化從而引起機(jī)組振動(dòng)，一般第一道止漏間隙30.001D1。如不考慮反向水推力，轉(zhuǎn)輪上下止漏環(huán)徑向尺寸應(yīng)相同或相差不大，這樣可減小水力不平衡振動(dòng)。本機(jī)轉(zhuǎn)輪上冠、下環(huán)為ZG06Cr13Ni5Mo不銹鋼材料，為提高葉片的抗磨蝕能力，葉片采用0Cr13Ni5Mo鋼板模壓成型，并在上冠上直接加工出梳齒止漏環(huán)。轉(zhuǎn)輪與頂蓋和底環(huán)第一道止漏間隙取為1.5?1.7，梳齒處由于相對(duì)于第一道止漏間隙處壓力已降低，因此間隙取小為1.0?1.2。另外，轉(zhuǎn)輪上冠處還裝有葉片泵裝置，運(yùn)行時(shí)通過(guò)頂蓋取水作為機(jī)主輔助水源，同時(shí)也降低了主軸密封前壓力。3.2導(dǎo)水機(jī)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)中注意提高頂蓋及底環(huán)的強(qiáng)度和剛度，本機(jī)導(dǎo)葉數(shù)為20，其形狀與模型相比，材料為ZG06Cr13Ni5Mo，頂蓋系Q235-A焊接而成，過(guò)流面鋪焊有OCr13Ni5Mo不銹鋼板；底環(huán)為鑄焊結(jié)構(gòu)，底環(huán)體為ZG20SiMn，其過(guò)流面也鋪焊有OCr13Ni5Mo不銹鋼板。由于導(dǎo)葉頂蓋及底環(huán)過(guò)流面為不銹鋼，這大大提高了其抗汽蝕及泥沙破壞的能力，同時(shí)，要求導(dǎo)葉端面總間隙保證在0.1?0.3之內(nèi)。3.3補(bǔ)氣裝置特點(diǎn)高水頭機(jī)組由于尾水管流通狹窄，其尾水錐管內(nèi)流速較高，不利于象傳統(tǒng)在尾水管布置十字架補(bǔ)氣管，以免阻流或沖掉補(bǔ)氣管。本機(jī)采用主軸中心孔補(bǔ)氣，補(bǔ)氣裝置于發(fā)電機(jī)頂端，由于中寨電站發(fā)電機(jī)頂端高于機(jī)組尾水校核洪水位，經(jīng)設(shè)計(jì)審查確定取消了補(bǔ)氣裝置中的補(bǔ)氣閥，考慮機(jī)組過(guò)渡過(guò)程可能有少量的水排出，增大了補(bǔ)氣裝置排水管，排水補(bǔ)氣共用一根管，其結(jié)構(gòu)如圖2。3.4主軸密封特點(diǎn)主軸密封采用不接觸式密封，它由不動(dòng)的密封體和轉(zhuǎn)動(dòng)的密封套組成，主軸密封下端設(shè)有圍帶式檢修密封。在密封體上開有密宮減壓槽，同時(shí)接有兩根自流排水管，在圍帶座上也接有一根自流排水管。由于本機(jī)水頭很高，設(shè)計(jì)時(shí)擔(dān)心密封漏水，將密封體與轉(zhuǎn)動(dòng)密封套間隙取為0.3?0.4，試運(yùn)行時(shí)密封體與轉(zhuǎn)動(dòng)密封套拉燒，由于密封前有葉片泵，電站在取掉密封體后繼續(xù)調(diào)試運(yùn)行，機(jī)組除起動(dòng)時(shí)排水管有水外運(yùn)行時(shí)幾乎無(wú)水。后將密封體與轉(zhuǎn)動(dòng)密封套間隙加大為0.6?0.8。為避免密封體與轉(zhuǎn)動(dòng)套拉燒，應(yīng)將兩種零件材料硬度值拉開，同時(shí)密封體與轉(zhuǎn)動(dòng)套間隙應(yīng)適當(dāng)加大，特別是高轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)輪上裝葉片泵的機(jī)組。3.5軸承的特點(diǎn)本機(jī)水導(dǎo)軸承采用稀油潤(rùn)滑筒式軸瓦，通過(guò)熱傳遞計(jì)算，增加了冷卻銅管，由于機(jī)組轉(zhuǎn)速高，為減小油過(guò)快循環(huán)而使油發(fā)熱，軸瓦上油槽螺旋升角增大為65°，通過(guò)以上措施來(lái)降低軸瓦溫度。實(shí)際運(yùn)行機(jī)組水導(dǎo)軸瓦溫還是偏高，后經(jīng)改為外循環(huán)將溫度控制在65°