印度机组设计特点及运行情况

詹积粮，张鹏程，王曰平（浙江舜飞重型发电设备制造有限公司，浙江 杭州 310012）

印度机组设计特点及运行情况

詹积粮，张鹏程，王曰平
（浙江舜飞重型发电设备制造有限公司，浙江 杭州 310012）

摘要：介绍了坑式机组的设计特点及运行情况，重点介绍不同于贯流机组部分的结构，以供同行们参考。

关键词：坑式机组；设计特点

1　概述

2008年承接的印度机组，总装机容量为6× 4 000 kW。其主要参数如下:

（1）水轮机参数：

最大水头Hmax=6.0m；

额定水头Hr=4.8m；

最小水头Hmin=2.5m；

转轮直径D1＝4.2m；

额定转速nr＝111 rpm；

飞逸转速nR（协联／非协联）＝230／340 rpm；

额定流量Qr＝98.19m3/s。

（2）发电机参数：

额定出力PD=4 000 kW；

最大出力PDmax=4 400 kW；

额定转速nN＝500 rpm；

额定电压UN=11 kV；

频率f=50Hz。

2　选型与总体布置

根据电站水头参数，宜选用三叶片转轮的水轮机。由于转速较低，采用卧式坑式结构，中间用行星齿轮增速器与发电机相联，发电机转速增至水轮机的4.5倍（500/111 rpm），这样发电机可选用标准电机，机坑尺寸也减少。从而大大降低了发电机和厂房等的造价，较采用直联的灯泡贯流式机组优越，其布置如图1所示。

上游侧混凝土机坑内布置增速器、发电机和飞轮；下游侧布置水轮机，其转动部分有组合轴承、受油器、水导轴承、主轴密封和转轮等；固定部分有管型座、导水机构、转轮室和尾水管里衬等。水轮机部分以管形座为主要支撑，两支点结构。

为提供土建用的基础荷载，对机组在无水工况、充水工况、满负荷、飞逸工况和全甩负荷等工况作了计算，这也是基础受力部件强度计算时的依据，见下页表1及图2。

图1　机组布置图

3　结构设计

坑式机组水轮机部分的结构，大部分与灯泡贯流式机组的水轮机结构类似，其转轮、导水机构、管型座、转轮室、尾水管里衬、水导轴承、主轴密封等的设计，均采用成熟的贯流机组结构，这里不做详细介绍。重点是介绍与贯流机组不同的部分，主要是受油器、桨叶信号反馈装置、大轴、组合轴承等部件。

（1）受油器

表1　基础负荷计算结果

图2　基础负荷图

转桨式水轮发电机组，其转轮桨叶应随工况的变化调整开度，因此需要有一个专用的受油器，接受来自主配压阀的压力油，并将其送入转轮接力器，从而带动转轮桨叶转动。卧式机组受油器的一般形式如图3所示，是在两层同轴转动的油管上装有两个浮动瓦，浮动瓦之间形成的两个腔，分别与主配压阀的开启侧和关闭侧连通，油管的另一端穿过发电机和主轴，联接在转轮接力器的活塞上。由于上述受油器结构设置在主轴的顶端，从主轴的顶端引入压力油，因此不适用于带增速器的印度机组。

印度机组由于在主轴中间设有增速器，需采用新型的受油器结构，才能将外部的高压油，由静止管路从主轴中段处引入到旋转的主轴内部，并将其送入转轮接力器，从而实现桨叶的自动调节和润滑，在大轴上受油的受油器如图4所示。

图3　受油器

该受油器是通过三道浮动瓦的设置，使固定的受油器与主轴、操作油管等旋转部件分开，将从调速器来的压力油及高位油箱来的润滑油分别导入主轴内部，并将其送入转轮接力器，该结构解决了带有增速器的印度机组在浆叶转动过程中的油路传输难题。

三道浮动瓦的轴上受油器结构特点：1）浮动瓦浮动可以适用主轴、操作油管挠度的变化，防止烧瓦；2）主轴与浮动瓦之间设计合理的间隙，机组运行时旋转部分与固定部分之间形成一定的油膜，允许少量渗漏的同时，确保了旋转部分与固定部分的密封；3）结构简单紧凑，装拆方便，运行安全稳定。

（2）桨叶信号反馈装置

印度机组由于有增速器，用常规结构是无法取取出，如图5所示。其原理是通过设于主轴中间反馈杆的前后移动，带动滑块在主轴上滑动，滑块相对于主轴的轴向滑动，带动拨叉的旋转，从而带动回复轴的旋转，再通过角位移传感器将信号传出，实现桨叶与导叶各种工况的协联。该装置能够准确测定桨叶的运动状态，具有反馈灵敏的优点。

图4　受油器（轴上受油）

图5　桨叶信号反馈装置

（3）大轴

大轴如图6所示，其右侧通过法兰与转轮联接，左侧通过法兰与增速器联接。大轴上从左至右依次布置有桨叶反馈装置、组合轴承、受油器、水导轴承、主轴密封等。中间有阶梯状轴孔的加工，相对于常规机组大轴内孔的加工要难些，在制作时需引起重视，以确保满足尺寸配合和同心度等要求。

（4）组合轴承

印度机组的轴系为两支点，左侧为组合轴承中的导轴承，右侧为水导轴承，转轮呈单悬臂状态。转轮重量需靠大轴重量及联轴器重量和两轴承支撑来平衡。因此轴承位置的确定及相关尺寸均要通过详细计算，尽可能使组合轴承中的导轴承受力方向向下，以利于机组的安全运行。组合轴承的结构图如7所示。

图6　主轴

图7　推力导轴承（组合轴承）

4　运行情况

印度机组自投入运行一年后一切正常。2013年12月14日至12月18日，实测并发回运行记录如表2。

表2　实测机组出力、瓦温、摆度

5　结语

印度机组是转桨式的坑式机组，通过新型的轴上受油器和轴上信号反馈装置，使机组可随负荷变化实现导叶与桨叶协联动作，从而提高机组的水力效率，优化运行。印度机组的成功运行，对类似带有增速器的低水头机组具有借鉴意义。

参考文献：

[1]印度机组设计资料[Z].

[2]印度机组运行实测资料[Z].

中图分类号：TK730

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2015）02-0045-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.02.012

收稿日期：2014-09-15

作者简介：詹积粮（1972-），女，工程师，从事水轮机设计工作。