阿航格朗电站水轮机设计

张 力 李小伟

（东方电气集团有限公司东风电机有限公司，四川乐山614000）

作为水力发电的机械部分-水轮机， 其主要的作用是将水流的动能转换为机械能。所以，它是能量转换的关键部件，其水力性能的好坏，直接决定着机组的效率、气蚀和稳定性。 而机组的设计，通常是以电站的特有的水文条件为依据进行选型、设计。因此，根据电站的流量Q、水头H 等参数，选择机组的转轮型号，设计出与之匹配的机组，对整机的长久稳定运行，具有重要的意义。

1 电站概况

阿航格朗水电站位于乌兹别克斯坦共和国塔什干州安格连河上，距首都塔实干约80km，工程主要任务是从安格连河引水，为下游安格连煤矿区供水，并结合供水发电。

2 水轮机主要参数

根据电站的特点，确定了水轮机的型号、出力、水头等相关参数。其中，部分参数如下表所示。

表1 机组部分参数

3 水轮机结构设计

3.1 蜗壳的设计

电站机组采用立轴混流式。 再根据本电站的特点，蜗壳采用半埋方式，即蜗壳只有导叶中心线以下部分埋入混泥土基础内。 水轮机层采用开放式结构，双直缸接力器直接布置在蜗壳上。 蜗壳内壁承受水压如图1 所示。

图1 蜗壳强度分析

其部分断面搭接板加载载荷的变形量如图2 所示。

图2 蜗壳断面搭接板变形仿真

由图1 所示结果，可确定蜗壳壁厚δ。再将加载后的壁厚进行有限元分析，可根据其变形量验证壁厚取值的合理性。在此基础上，考虑到该电站布置形式与常规立式混流式机组不同，裸露的蜗壳金属容易腐蚀渐渐脱落，运行较长时间后容易造成机组蜗壳壁厚变薄，直接影响到蜗壳的整体刚度，从而影响机组的稳定性。为了降低机组振动，延长机组使用寿命，确保机组稳定、安全运行，我们在设计蜗壳时，将蜗壳壁厚腐蚀余量加大至6mm。

3.2 水润滑轴承

水轮机水导轴承采用φ435 水润滑橡胶轴承。主要由轴承体、轴瓦、水箱、密封箱、填料密封等组成。

轴瓦采用专门的轴承用硬橡胶模压制而成，它具有较大的硬度和弹性模量，且压制表面光滑，无需刮削，轴瓦压入轴承圆筒形衬套， 衬套装入钢制轴承壳体中，轴承与主轴间隙可调。

在轴承上面设有填料密封， 密封材料采用高分子材料复合橡胶， 可减轻对主轴的磨损，填料密封采用水润滑方式。

轴承固定在轴承支架上， 设计压力为0.7～0.8MPa，设计流量为8.6m3/h。 轴承润滑冷却水通过40μm 的滤水器，再经过DN50 供水系统进入轴承压力水箱：一部分经过填料密封箱排出；一部分经过轴承，将轴承产生的热量带出，靠压差经过检修密封、水泵密封、转轮泄水孔及顶盖排水管排出。

3.3 检修密封

该电站设计吸出高度Hs=-0.9m，当电站引用流量为390m3/s 电站下游尾水位为1004.8m， 此时对应机组装置吸出高度Hs=-4.6m。

检修密封安装在轴承下方，为充气式空气围带结构，布置在顶盖上。 检修密封在停机而不排除尾水管存水时投入，以便拆卸和更换轴承。检修密封配备有工作状态检测装置，以保证检修密封为解除时，水轮机不得启动运行。 其工作时充气压力为0.5～0.7MPa。

为了使轴承更靠近转轮，提高水轮机运行稳定性和减少水轮机摆度、振动，我们对机组密封进行了改进，取消了机组工作密封。

4 机组的运行

阿航格朗水电站两台机于2010.6 全部并网发电， 水轮机的各项性能指标均优于设计要求。

5 结论

结合阿航格朗水电站的自身水文条件，以此为依据，确定了合理的机组转轮型号、水头、扬程等参数。 在设计过程中，采用计算机仿真的方法，验证了计算的正确性。最终，设计出了性能优越的机组。然而，需要注意的是，水轮机是一个非常复杂的机组，内部精密零件很多，因此，设计过程中，需要对每一个部分都严格论证，是一项非常复杂的工作，因此，在未来的设计中，需要逐渐完善现有的方法，力求设计出性能更加优良的产品。

［1］宋文武.水力机械及工程设计[M].重庆：重庆大学出版社，2005.

［2］杨庆裕.关于龟石电站水轮机蜗壳振动的分析[J].科技与生活，2011.