燈泡貫流式水輪機結構設計特點及運行問題的解決對策

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燈泡貫流式水輪機屬于開發低水頭水力資源的機組之一,下面我們具體介紹其設計特點和運行期間問題的解決對策。

一、燈泡貫流式水輪機部件結構設計特點

(一)尾水管。尾水管通常使用鋼板里襯,里襯可承載尾水位的內外水壓力,因此里襯需具備充足強度。普遍情況是尾水管理里襯到達現場的情況后開始拼焊,因此里襯在滿足運輸限制條件下盡量減少分節數,目的是降低組裝工作壓力及尾水管出現變形的可能性。在尾水管中設置了獨立斷面壓力測頭和出口斷面壓力測頭。尾水管下端設置足夠帶堵板的混凝土澆筑孔。

(二)管型座。管型座不只是流道,同時也是機組的主支撐,強度必須滿足標準要求。其受力要根據具體的工作狀態來決定,其中主要包括:在停機沖水的、滿負荷運行、緊急停機等情況。

內外殼體、上下豎井是管型座的主要構成部件。其中,上下豎井要設置爬梯、平臺,以保證管道、電纜能夠順利通過;內殼體和上下豎井主要是通過焊接的方式連接,并進行無損檢測;內殼體的上端和定子機座會銜接固定,下游面和內導環相連,以分瓣結構為主;外殼體上端和發電機鉆進孔相連,下端和外導環相連;外殼體以鋼板焊接結構為主,在工廠預裝,在現場組裝,和混凝土接觸面設置拉錨。管型底座的下端設置足夠的混凝土澆筑孔,并配置堵板。

(三)導葉接力器。導葉接力器控制水輪機進水量,并由液壓操控,通常額定操作油壓是6.3MPa、12MPa。接力器活塞室要做好密封工作,以避免出現漏油的情況。要用不銹鋼來制作接力器活塞,并設立漏油接收以及排油設施,和從接力器缸清理空氣的針閥,在其兩側要安裝壓力表。同時在接力器和導水機構操作環間設置連桿。

(四)受油器。通常在發電機前端的燈泡頭當中安設受油器。設計和工藝上要求達到漏油量低、安裝簡便。同時安設漏油回收設備,使用回油管路將漏油接入漏油箱避免油混入進發電機側。

操作油管主要使用的是不銹鋼無縫鋼管,法蘭連接,在軸承上使用的是調整結構。在主軸中,軸承配置三個及以上自調整軸承,在受油器開、關腔油管設置壓力表,用于監測油壓。

二、運行中解決問題的對策

(一)水輪機主軸和轉輪體連接。兩者的連接是機組設計的重要環節,設計效果直接影響機組的運行效率和穩定性。通常情況下,使用螺栓和銷釘連接,而具體的方式包括兩種:

(1)采用“加熱伸長”的方式。某電站水輪機主軸與轉輪體聯接螺栓12根M90,螺栓材料40Cr,連接工作要在安裝間來完成。首先是打緊,然后采用加熱器使聯接螺栓變熱,保證其能夠在不超出標準范圍變長,之后擰固螺栓。需注意,此部位的螺栓容易發生斷裂,會造成不必要的經濟浪費。

(2)采用“液壓拉伸器伸長”。某電站水輪機主軸與轉輪體聯接螺柱20根M100,螺柱材料35Cr Mo,現地連接。先打緊,然后以對稱的方式,采用“液壓拉伸器”讓聯接螺栓在不超過規定范圍拉伸,最后擰固螺母。目前,基本都采用這種方式連接,應用效果良好。

通過上述對比,第一種聯接方式監測拉伸長度不夠精準,同時操作需在安裝間完成,具有限制性;第二種聯接方式對稱穩固,效果最為理想。

(二)導水機構和過速保護。導水機構中心線和機組水平中心線夾角成錐形,導葉采用雙支點結構,控制環通常設立于頂蓋,用垂直缸接力器操控通常控制環設置重錘。過速保護裝置在飛逸狀況下保證機組不出現飛逸情況。

機組在正常、事故停機時,導水機構會因為導葉自關閉水力矩的作用而自動閉上。此系統主要是自動控制閥門構成,其中關腔油管閥門、開腔排油閥門等是其重要組成部分。在產生故障,這些閥門就會自動關閉,緊接著接力器“開關腔”就會連接到一起,同時油會全部排出,在導葉自關閉水力矩的作用下,導葉就會關閉掉,機組停下。該方案在出現事故后,此時保護投入的保護閥門較多,一定要使用質量符合要求的電閥門,同時電閥門要位于干燥環境。否則,電磁閥安設到機坑等潮濕地方,動作會非常不準確,起不到保護機組效果。所以,相關專家在的基礎上進行了創新。

目前,過速保護不再采用閥門和有關管路,而是使用防飛逸裝置。若機組過速,同時調速器不動作時,立即啟動飛逸裝置,關掉全部導葉。在防飛逸裝置不動作,經延時后,進水口事故閥自動關掉。

(三)主軸密封型式。橡膠活塞盤式端面密封:利用0.25MPa水壓力把橡膠活塞壓往轉環,起到良好的密封性,避免下游水混進水輪機燈泡體內。若水質較差,泥沙量多,盤式端面密封的不銹鋼轉環就要遭到磨損。檢修時要卸掉水導軸承,結構相對復雜。所以,相關專家也為此進行了創新,目前已經得到了普遍的使用,主要包括兩種方式:一是主軸襯套-編織盤根密封:主軸襯套用編織盤根纏繞,使用0.25MPa干凈水壓入編制盤根,具有非常好的密封效果;二是雙像膠平板密封:在運行過程中,采用雙向橡膠板,構成一空腔,再加上0.25MPa干凈水來進行密封,這種型式密封效果非常理想。

三、小結

與相同容量的其他類型機組相比,燈泡貫流式水輪機結構性能好,能夠設立到壩體當中,可不再使用繁瑣的引水系統,縮減廠房面積,大幅降低開挖量。隨水輪機技術的發展進步,和水電行業技術創新,高效燈泡貫流式水輪機能夠得到更好的應用。