燈泡貫流式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

任尚潔

摘要：燈泡貫流式水輪機(jī)是開(kāi)發(fā)低水頭水力資源的一種機(jī)組，文章綜合介紹了燈泡貫流式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：燈泡貫流式水輪機(jī)；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TK730.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2014）17-0086-02

這種機(jī)型適用水頭范圍廣，流道呈直線狀，轉(zhuǎn)輪形狀與軸流式相似。機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分采用兩支點(diǎn)雙懸臂結(jié)構(gòu)，機(jī)組旋轉(zhuǎn)方向?yàn)閺陌l(fā)電機(jī)端向下游方向看順時(shí)針。由于水流在流道內(nèi)基本上沿軸向運(yùn)動(dòng)不拐彎，因此較大的提高了機(jī)組的過(guò)水能力和水力效率。

1燈泡貫流式水輪機(jī)的主要部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1尾水管

尾水管一般采用鋼板里襯，里襯應(yīng)能安全承受各種尾水位的內(nèi)外水壓力、運(yùn)行中的壓力脈動(dòng)以及混凝土澆筑中出現(xiàn)的內(nèi)外壓力，所以要求里襯有足夠的強(qiáng)度和剛度。因?yàn)槲菜芾镆r都是運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后再拼焊成整體，所以里襯的分節(jié)數(shù)在滿足裝卸及運(yùn)輸條件下應(yīng)盡可能少，這樣可以減少現(xiàn)場(chǎng)的組裝工作量和尾水管的變形。尾水管上設(shè)有單獨(dú)引出的進(jìn)口斷面壓力測(cè)頭4個(gè)及出口斷面壓力測(cè)頭4個(gè)(沿圓周方向均布，采用不銹鋼制作，分別測(cè)量尾水管進(jìn)口真空和出口壓力)。尾水管底部應(yīng)開(kāi)一定數(shù)量的帶堵板的混凝土澆注孔和灌漿孔。

1.2轉(zhuǎn)輪室

轉(zhuǎn)輪室是連接尾水管和管型座的部件，其分瓣結(jié)合面采用法蘭連接，并應(yīng)有可靠的止漏措施。轉(zhuǎn)輪室內(nèi)表面應(yīng)加工成球面，內(nèi)壁與槳葉外緣的間隙要均勻，單邊間隙值≤0.0008 D。轉(zhuǎn)輪室與基礎(chǔ)環(huán)之間應(yīng)設(shè)伸縮節(jié)，其可調(diào)間隙為15~25 mm。

1.3管型座

管型座既是流道又是機(jī)組的主支撐，必須具備足夠的強(qiáng)度和剛度。它的受力情況主要考慮四個(gè)工作狀態(tài)下的：在停機(jī)充水工況；滿負(fù)荷正常運(yùn)行工況；緊急停機(jī)；飛逸工況。

管型座由內(nèi)殼體、外殼體、上豎井和下豎井等組成。上下豎井應(yīng)設(shè)有爬梯和平臺(tái)，并須考慮管道、電纜的通過(guò)。內(nèi)殼體與上、下豎井采用焊接聯(lián)接并進(jìn)行無(wú)損檢查。內(nèi)殼體的上游面與定子機(jī)座連接，下游面與內(nèi)導(dǎo)環(huán)連接，其采用分瓣結(jié)構(gòu)。外殼體上游面與發(fā)電機(jī)進(jìn)人孔的框架、墩子蓋板連接，下游面與外導(dǎo)環(huán)連接。外殼體采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，在工廠內(nèi)預(yù)裝并在現(xiàn)場(chǎng)組裝，其與混凝土接觸面應(yīng)設(shè)有錨具及拉桿。管型座底部應(yīng)開(kāi)一定數(shù)量的混凝土澆注孔和灌漿孔，并帶堵板。

1.4導(dǎo)水機(jī)構(gòu)

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)由內(nèi)、外導(dǎo)環(huán)、導(dǎo)葉、導(dǎo)葉軸承、導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)、重錘、連桿、拐臂和導(dǎo)葉保護(hù)裝置等組成。導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，在滿足水輪機(jī)允許吸出高度要求的條件下，盡可能增大導(dǎo)葉開(kāi)度，以增加低水頭下的輸出功率。要設(shè)置有效保護(hù)裝置，使得在導(dǎo)葉關(guān)閉過(guò)程中，當(dāng)兩導(dǎo)葉之間卡有異物時(shí)能保護(hù)其他導(dǎo)葉可以全關(guān)，并能發(fā)出導(dǎo)葉卡阻信號(hào)。一個(gè)保護(hù)元件破壞應(yīng)不會(huì)引起其它保護(hù)元件的連續(xù)破壞，每個(gè)保護(hù)元件應(yīng)裝有信號(hào)裝置，保護(hù)裝置應(yīng)具有互換性。導(dǎo)葉采用彈簧連桿保護(hù)方式，彈簧連桿間隔布置。

導(dǎo)葉采用鑄鋼整鑄或鋼板焊接加工，圓錐形布置，各軸頸處堆焊不銹鋼保護(hù)層。內(nèi)、外導(dǎo)環(huán)為分瓣結(jié)構(gòu)，用鋼板焊接并退火，分瓣結(jié)合面及上游、下游側(cè)均采用法蘭連接，并設(shè)可靠的止漏裝置。內(nèi)導(dǎo)環(huán)采用鋼制件，其上游和下游側(cè)均有法蘭。

控制環(huán)采用鑄焊貨焊接結(jié)構(gòu)，具有足夠的剛度。如必須分瓣時(shí)，分瓣面應(yīng)設(shè)在應(yīng)力最低的位置。控制環(huán)與外配水環(huán)之間采用滑動(dòng)摩擦或滾動(dòng)摩擦，滾球材料為不銹鋼，并便于拆裝。控制環(huán)上設(shè)有懸掛重錘的吊環(huán)。

1.5轉(zhuǎn)輪和轉(zhuǎn)輪槳葉操作機(jī)構(gòu)

槳葉采用可焊性好、耐腐蝕的不銹鋼VOD精煉鑄造，并在五座標(biāo)數(shù)控鏜銑床加工成型。在預(yù)期的最大載荷和最高飛逸轉(zhuǎn)速時(shí)，葉片最大應(yīng)力都不超過(guò)規(guī)定值。轉(zhuǎn)輪要滿足鑄造質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并做無(wú)損探傷試驗(yàn)。槳葉加工前后要探測(cè)氣孔，所有氣孔均應(yīng)鏟除并修復(fù)，加工后不允許有空穴、凹陷、裂縫或凸出物。槳葉操作機(jī)構(gòu)由連桿、拐臂及連接銷組成，該機(jī)構(gòu)應(yīng)有足夠的精度并運(yùn)行靈活。

轉(zhuǎn)輪輪轂采用抗磨蝕和可焊性好的碳鋼鑄造，用不銹鋼螺栓和定位銷連接到主軸法蘭上。在輪轂表面槳葉根部活動(dòng)范圍內(nèi)鋪焊不銹鋼保護(hù)層以防空蝕。槳葉端部活動(dòng)范圍內(nèi)的輪轂表面應(yīng)加工成球形，減少槳葉與輪轂之間的間隙，以降低通過(guò)此間隙的漏水量。槳葉密封應(yīng)安裝、拆卸方便，不用拆卸葉片即可更換葉片密封。轉(zhuǎn)輪體內(nèi)的采用鋼制活塞，活塞桿通過(guò)接力器活塞缸蓋的部位應(yīng)設(shè)有可更換的導(dǎo)向瓦。輪轂表面型線應(yīng)與驗(yàn)收后模型相似。

泄水錐用不銹鋼螺栓連接到輪轂的下游端，應(yīng)設(shè)有防脫落設(shè)施，泄水錐拆卸后可檢修輪轂內(nèi)部的槳葉操作機(jī)構(gòu)。

轉(zhuǎn)輪裝配好后應(yīng)在車間進(jìn)行耐壓及槳葉動(dòng)作試驗(yàn)，以檢驗(yàn)槳葉密封、槳葉開(kāi)啟角度范圍；同時(shí)應(yīng)作靜平衡試驗(yàn)，不允許在輪轂的外側(cè)作偏心切割，為了平衡用的配重塊或塞孔必須設(shè)在不靠近水流的表面。

1.6主軸和主軸密封

主軸用鍛鋼鍛制，帶有鍛制法蘭。主軸為空心結(jié)構(gòu)。

主軸應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，且全部精加工，主軸與軸承配合的表面要拋光，并在精加工之后做超聲波檢查。主軸保護(hù)罩采用鋼板卷制，分成兩瓣，采用法蘭連接。

主軸密封應(yīng)嚴(yán)密、耐磨、耐熱、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于檢修。緊固工作密封和檢修密封的壓板、螺栓、螺母等均用不銹鋼制作。一般有端面平板式密封；成型填料密封；徑向補(bǔ)償式密封。

1.7導(dǎo)葉接力器

水輪機(jī)應(yīng)設(shè)置油壓操作的導(dǎo)葉接力器，其額定操作油壓為6.3 MPa。接力器應(yīng)設(shè)置填料箱和密封，以防止漏油。接力器活塞桿應(yīng)用高精度加工的不銹鋼制造，應(yīng)設(shè)置漏油接收和排油裝置，以及從接力器缸排除空氣的針閥。接力器缸兩端應(yīng)設(shè)有壓力表。在接力器與導(dǎo)水機(jī)構(gòu)操作環(huán)之間設(shè)置連桿。

接力器應(yīng)在工廠整體組裝和做耐壓試驗(yàn)，充油運(yùn)輸，包裝嚴(yán)密，在工地不需拆洗。接力器設(shè)計(jì)要合理，防止導(dǎo)桿、接力器缸和活塞等部件的拉毛現(xiàn)象。

1.8受油器

受油器安裝在發(fā)電機(jī)前面的燈泡頭內(nèi)，包括受油器支架、操作油管和傳輸槳葉位置的回復(fù)桿及位移傳感器等。

受油器結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足漏油量最小，安裝方便和運(yùn)行可靠的要求。應(yīng)設(shè)有漏油回收的排出裝置，并用管路將漏油排至漏油箱。任何情況下必須杜絕油漏向發(fā)電機(jī)。

操作油管采用不銹鋼無(wú)縫鋼管，法蘭連接，其軸承采用自調(diào)整結(jié)構(gòu)，在機(jī)組主軸內(nèi)不少于三個(gè)自調(diào)整軸承。在受油器開(kāi)、關(guān)腔油管上應(yīng)裝設(shè)壓力表。

受油器設(shè)有槳葉轉(zhuǎn)角和回復(fù)桿位置指示裝置。受油器應(yīng)設(shè)有防止軸電流及漏電的措施，受油器與發(fā)電機(jī)連接應(yīng)設(shè)有絕緣措施。受油器轉(zhuǎn)動(dòng)與固定部分應(yīng)留有一定的反向推力位移裕量。

1.9軸承潤(rùn)滑油系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)、過(guò)速保護(hù)裝置等

軸承采用高位油箱供油，高位油箱油量應(yīng)滿足在油泵故障時(shí)機(jī)組各軸承能連續(xù)安全運(yùn)行10 min和完成機(jī)組事故停機(jī)時(shí)所需的潤(rùn)滑油量。所有軸承都采用同一種潤(rùn)滑油，冷卻器布置在軸承油箱外。水輪機(jī)應(yīng)設(shè)有油溫監(jiān)測(cè)裝置。

每臺(tái)機(jī)組提供一套保護(hù)裝置，其動(dòng)作值在原廠整定，不允許現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整定。該裝置在工廠整定后，在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)不需要調(diào)試即應(yīng)可投入正常運(yùn)行。

2結(jié) 語(yǔ)

因?yàn)樨灹鳈C(jī)機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，與同一容量的機(jī)組相比，其尺寸小，可布置在壩體內(nèi)，取消了復(fù)雜的飲水系統(tǒng)，可減少?gòu)S房的建筑面積。但是由于發(fā)電機(jī)也是裝在水下密閉的燈泡體內(nèi)，所以對(duì)電機(jī)的通風(fēng)、密封、軸承的布置和運(yùn)行檢修有一定的要求。相信隨著水輪機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，以及國(guó)內(nèi)外技術(shù)的交流學(xué)習(xí)，這種低水頭、效率高的貫流機(jī)會(huì)有更大的空間。

參考文獻(xiàn)：

[1] 符勝蛟.燈泡貫流式水輪機(jī)運(yùn)行中的幾個(gè)問(wèn)題[J].大眾科技,2011,(8).