阿航格朗電站水輪機設計

張 力 李小偉

（東方電氣集團有限公司東風電機有限公司，四川樂山614000）

作為水力發電的機械部分-水輪機， 其主要的作用是將水流的動能轉換為機械能。所以，它是能量轉換的關鍵部件，其水力性能的好壞，直接決定著機組的效率、氣蝕和穩定性。 而機組的設計，通常是以電站的特有的水文條件為依據進行選型、設計。因此，根據電站的流量Q、水頭H 等參數，選擇機組的轉輪型號，設計出與之匹配的機組，對整機的長久穩定運行，具有重要的意義。

1 電站概況

阿航格朗水電站位于烏茲別克斯坦共和國塔什干州安格連河上，距首都塔實干約80km，工程主要任務是從安格連河引水，為下游安格連煤礦區供水，并結合供水發電。

2 水輪機主要參數

根據電站的特點，確定了水輪機的型號、出力、水頭等相關參數。其中，部分參數如下表所示。

表1 機組部分參數

3 水輪機結構設計

3.1 蝸殼的設計

電站機組采用立軸混流式。 再根據本電站的特點，蝸殼采用半埋方式，即蝸殼只有導葉中心線以下部分埋入混泥土基礎內。 水輪機層采用開放式結構，雙直缸接力器直接布置在蝸殼上。 蝸殼內壁承受水壓如圖1 所示。

圖1 蝸殼強度分析

其部分斷面搭接板加載載荷的變形量如圖2 所示。

圖2 蝸殼斷面搭接板變形仿真

由圖1 所示結果，可確定蝸殼壁厚δ。再將加載后的壁厚進行有限元分析，可根據其變形量驗證壁厚取值的合理性。在此基礎上，考慮到該電站布置形式與常規立式混流式機組不同，裸露的蝸殼金屬容易腐蝕漸漸脫落，運行較長時間后容易造成機組蝸殼壁厚變薄，直接影響到蝸殼的整體剛度，從而影響機組的穩定性。為了降低機組振動，延長機組使用壽命，確保機組穩定、安全運行，我們在設計蝸殼時，將蝸殼壁厚腐蝕余量加大至6mm。

3.2 水潤滑軸承

水輪機水導軸承采用φ435 水潤滑橡膠軸承。主要由軸承體、軸瓦、水箱、密封箱、填料密封等組成。

軸瓦采用專門的軸承用硬橡膠模壓制而成，它具有較大的硬度和彈性模量，且壓制表面光滑，無需刮削，軸瓦壓入軸承圓筒形襯套， 襯套裝入鋼制軸承殼體中，軸承與主軸間隙可調。

在軸承上面設有填料密封， 密封材料采用高分子材料復合橡膠， 可減輕對主軸的磨損，填料密封采用水潤滑方式。

軸承固定在軸承支架上， 設計壓力為0.7～0.8MPa，設計流量為8.6m3/h。 軸承潤滑冷卻水通過40μm 的濾水器，再經過DN50 供水系統進入軸承壓力水箱：一部分經過填料密封箱排出；一部分經過軸承，將軸承產生的熱量帶出，靠壓差經過檢修密封、水泵密封、轉輪泄水孔及頂蓋排水管排出。

3.3 檢修密封

該電站設計吸出高度Hs=-0.9m，當電站引用流量為390m3/s 電站下游尾水位為1004.8m， 此時對應機組裝置吸出高度Hs=-4.6m。

檢修密封安裝在軸承下方，為充氣式空氣圍帶結構，布置在頂蓋上。 檢修密封在停機而不排除尾水管存水時投入，以便拆卸和更換軸承。檢修密封配備有工作狀態檢測裝置，以保證檢修密封為解除時，水輪機不得啟動運行。 其工作時充氣壓力為0.5～0.7MPa。

為了使軸承更靠近轉輪，提高水輪機運行穩定性和減少水輪機擺度、振動，我們對機組密封進行了改進，取消了機組工作密封。

4 機組的運行

阿航格朗水電站兩臺機于2010.6 全部并網發電， 水輪機的各項性能指標均優于設計要求。

5 結論

結合阿航格朗水電站的自身水文條件，以此為依據，確定了合理的機組轉輪型號、水頭、揚程等參數。 在設計過程中，采用計算機仿真的方法，驗證了計算的正確性。最終，設計出了性能優越的機組。然而，需要注意的是，水輪機是一個非常復雜的機組，內部精密零件很多，因此，設計過程中，需要對每一個部分都嚴格論證，是一項非常復雜的工作，因此，在未來的設計中，需要逐漸完善現有的方法，力求設計出性能更加優良的產品。

［1］宋文武.水力機械及工程設計[M].重慶：重慶大學出版社，2005.

［2］楊慶裕.關于龜石電站水輪機蝸殼振動的分析[J].科技與生活，2011.