蜀河水電站46MW燈泡貫流式水輪機設計

蜀河水電站46MW燈泡貫流式水輪機設計【摘要】蜀河水電站裝設6臺單機容量46mw的大型燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，該機組是目前國內自主設計的水頭最高的貫流式機組，其中4臺機組由東方電機有限公司設計、制造。本文介紹了東方電機研制的蜀河水輪機的基本參數和結構特點。

【關鍵詞】蜀河水電站燈泡貫流式機組結構設計

1引言

蜀河水電站工程位于陜西省旬陽縣境內的漢江上游干流上，距旬陽縣城51km，是以發(fā)電為主，兼有航運等綜合利用效益的大型水電站。電站正常蓄水位217.3m，相應水庫庫容為1.76億m3。電站為溢流式廠房結構，樞紐建筑物由左右副壩、垂直升船機壩段、泄洪閘、電站廠房壩段等組成。

電站設計水頭為19.6m，設計運行水頭范圍為10.5m～26.3m。電站裝設6臺46mw大型燈泡貫流式機組，總裝機容量為276mw。電站年平均發(fā)電量為9.53億kw.h，年利用小時數為3530h。

2水輪機基本參數

水輪機型號：gz（650）-wp-545

水輪機轉輪直徑：5.45m

轉輪葉片數：5

水輪機額定出力：47mw

最大水頭：26.3m

額定水頭：19.6m

最小水頭：10.5m

額定轉速：125r/min

額定流量：261m3/s

飛逸轉速：

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

機組旋轉方向

從上游向下游方向看：順時針旋轉

3水輪機結構設計特點

3.1轉輪裝配

蜀河水輪機轉輪型號為gz（650），5葉片，轉輪直徑φ5450mm，主要由轉輪體、葉片、葉片軸、轉臂、連桿、接力器缸、接力器缸蓋、活塞、活塞桿、泄水錐等組成。

轉輪體為鑄鋼結構，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有抗空蝕裙邊，葉片與轉臂之間采用銷子傳遞扭矩，銷孔采用葉片、葉片軸及轉臂三件同鉸方式，確保裝配精度。葉片密封采用雙向多層“v”型密封結構，可有效確保輪轂腔內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導水機構

導水機構由導流部件及導葉傳動機構組成，主要包括導葉內環(huán)、導葉內環(huán)延伸段、導葉外環(huán)、轉輪室、補償節(jié)、導葉、導葉臂、連桿、控制環(huán)、導葉接力器、重錘、鎖錠裝置等。

導葉內、外環(huán)均為鋼板焊接結構，其球面段及雙曲面段均采用分塊鋼板冷模壓成型。導葉內、外環(huán)設置了環(huán)形密封帶。內、外環(huán)上的導葉軸孔分別采用數控加工，確保軸孔位置精度。

轉輪室分兩瓣，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，可靠地保證了轉輪室焊接及加工質量。

錐形導葉采用碳鋼整鑄結構，導葉數為16件。導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。導葉上軸頸處設置自潤滑向心關節(jié)軸承，導葉下軸頸處設置復合材料軸套。導葉保護裝置采用摩擦環(huán)結構。

3.3軸承裝配

水導軸承為自調心分半臥式筒式軸承，軸承采用自調心扇形板支撐，可適應主軸撓度的變化。水導軸承不設油室，采用重力油箱系統(tǒng)自流供油，外部循環(huán)，外部冷卻。機組啟動及停機時投入高壓油頂起系統(tǒng)，在主軸與軸瓦之間形成保護油膜。下半瓦設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℃，停機溫度為65℃。在不拆機組其他主要設備的情況下，可方便地維護、檢修水導軸承。

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構，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組其他主要設備的情況下進行更換。

3.5主軸

主軸裝配由主軸、內操作油管、外操作油管等組成。主軸采用中空整鍛結構，包括軸身、水機端法蘭、電機端法蘭及組合軸承工作面，材料為優(yōu)質鍛鋼。內、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腔及輪轂腔連接。主軸與轉輪采用螺栓連接，銷子傳遞扭矩，與轉子采用螺栓連接，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，既是導葉前的導流部件，更是重要的受力載體。根據部件制造工藝性、設備運輸條件以及設備安裝要求等因素，座環(huán)分為座環(huán)內環(huán)、座環(huán)外環(huán)、上支柱、下支柱、導流錐等部件。

座環(huán)內環(huán)是整個機組的安裝基準，也是最重要的受力載體。上、下支柱作為整個機組關鍵的受力支撐，其與座環(huán)內環(huán)之間采用焊縫連接，工地調整好后施焊。上、下支柱既是管路、橋架、電纜等的布置通道，也是日常巡視、維護座環(huán)內部設備的人行通道。通過上支柱通道檢修水導軸承、密封裝配、導葉小端零件、發(fā)電機組合軸承等座環(huán)內部設備。

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)，外部冷卻結構，依靠自流方式向水導軸承及發(fā)電機組合軸承供油。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、油冷卻器等設備，采用l-tsa46號汽輪機油潤滑。系統(tǒng)分別設置兩臺高、低壓泵，一主一備，高壓泵采用交替啟動模式，而低壓泵則可根據機組的啟停頻繁程度，自主選擇停機切換模式或手動切換模式。

4結語

東方電機為蜀河水電站提供4套額定出力為46mw的水輪發(fā)電機組，繼首臺機于2009年12月29日順利投產發(fā)電后，第4臺機也于2010年10月18日投入商業(yè)運行。4臺機均系一次啟動和投運成功，機組運行穩(wěn)定，綜合性能良好，各項運行參數如溫度、振動、擺度、噪音等指標優(yōu)良，在國內外同類型機組中處于領先水平，獲得了業(yè)主很高的評價和贊譽。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)的經濟發(fā)展作出了重要貢獻。

蜀河項目作為燈泡貫流式水輪發(fā)電機組向大容量、高水頭的一次跨越，其成功研制，拓寬了我國自行設計的燈