灯泡贯流式水轮机结构设计特点及运行问题的解决对策

东方电气股份有限公司 四川 成都 611731

灯泡贯流式水轮机属于开发低水头水力资源的机组之一,下面我们具体介绍其设计特点和运行期间问题的解决对策。

一、灯泡贯流式水轮机部件结构设计特点

(一)尾水管。尾水管通常使用钢板里衬,里衬可承载尾水位的内外水压力,因此里衬需具备充足强度。普遍情况是尾水管理里衬到达现场的情况后开始拼焊,因此里衬在满足运输限制条件下尽量减少分节数,目的是降低组装工作压力及尾水管出现变形的可能性。在尾水管中设置了独立断面压力测头和出口断面压力测头。尾水管下端设置足够带堵板的混凝土浇筑孔。

(二)管型座。管型座不只是流道,同时也是机组的主支撑,强度必须满足标准要求。其受力要根据具体的工作状态来决定,其中主要包括:在停机冲水的、满负荷运行、紧急停机等情况。

内外壳体、上下竖井是管型座的主要构成部件。其中,上下竖井要设置爬梯、平台,以保证管道、电缆能够顺利通过;内壳体和上下竖井主要是通过焊接的方式连接,并进行无损检测;内壳体的上端和定子机座会衔接固定,下游面和内导环相连,以分瓣结构为主;外壳体上端和发电机钻进孔相连,下端和外导环相连;外壳体以钢板焊接结构为主,在工厂预装,在现场组装,和混凝土接触面设置拉锚。管型底座的下端设置足够的混凝土浇筑孔,并配置堵板。

(三)导叶接力器。导叶接力器控制水轮机进水量,并由液压操控,通常额定操作油压是6.3MPa、12MPa。接力器活塞室要做好密封工作,以避免出现漏油的情况。要用不锈钢来制作接力器活塞,并设立漏油接收以及排油设施,和从接力器缸清理空气的针阀,在其两侧要安装压力表。同时在接力器和导水机构操作环间设置连杆。

(四)受油器。通常在发电机前端的灯泡头当中安设受油器。设计和工艺上要求达到漏油量低、安装简便。同时安设漏油回收设备,使用回油管路将漏油接入漏油箱避免油混入进发电机侧。

操作油管主要使用的是不锈钢无缝钢管,法兰连接,在轴承上使用的是调整结构。在主轴中,轴承配置三个及以上自调整轴承,在受油器开、关腔油管设置压力表,用于监测油压。

二、运行中解决问题的对策

(一)水轮机主轴和转轮体连接。两者的连接是机组设计的重要环节,设计效果直接影响机组的运行效率和稳定性。通常情况下,使用螺栓和销钉连接,而具体的方式包括两种:

(1)采用“加热伸长”的方式。某电站水轮机主轴与转轮体联接螺栓12根M90,螺栓材料40Cr,连接工作要在安装间来完成。首先是打紧,然后采用加热器使联接螺栓变热,保证其能够在不超出标准范围变长,之后拧固螺栓。需注意,此部位的螺栓容易发生断裂,会造成不必要的经济浪费。

(2)采用“液压拉伸器伸长”。某电站水轮机主轴与转轮体联接螺柱20根M100,螺柱材料35Cr Mo,现地连接。先打紧,然后以对称的方式,采用“液压拉伸器”让联接螺栓在不超过规定范围拉伸,最后拧固螺母。目前,基本都采用这种方式连接,应用效果良好。

通过上述对比,第一种联接方式监测拉伸长度不够精准,同时操作需在安装间完成,具有限制性;第二种联接方式对称稳固,效果最为理想。

(二)导水机构和过速保护。导水机构中心线和机组水平中心线夹角成锥形,导叶采用双支点结构,控制环通常设立于顶盖,用垂直缸接力器操控通常控制环设置重锤。过速保护装置在飞逸状况下保证机组不出现飞逸情况。

机组在正常、事故停机时,导水机构会因为导叶自关闭水力矩的作用而自动闭上。此系统主要是自动控制阀门构成,其中关腔油管阀门、开腔排油阀门等是其重要组成部分。在产生故障,这些阀门就会自动关闭,紧接着接力器“开关腔”就会连接到一起,同时油会全部排出,在导叶自关闭水力矩的作用下,导叶就会关闭掉,机组停下。该方案在出现事故后,此时保护投入的保护阀门较多,一定要使用质量符合要求的电阀门,同时电阀门要位于干燥环境。否则,电磁阀安设到机坑等潮湿地方,动作会非常不准确,起不到保护机组效果。所以,相关专家在的基础上进行了创新。

目前,过速保护不再采用阀门和有关管路,而是使用防飞逸装置。若机组过速,同时调速器不动作时,立即启动飞逸装置,关掉全部导叶。在防飞逸装置不动作,经延时后,进水口事故阀自动关掉。

(三)主轴密封型式。橡胶活塞盘式端面密封:利用0.25MPa水压力把橡胶活塞压往转环,起到良好的密封性,避免下游水混进水轮机灯泡体内。若水质较差,泥沙量多,盘式端面密封的不锈钢转环就要遭到磨损。检修时要卸掉水导轴承,结构相对复杂。所以,相关专家也为此进行了创新,目前已经得到了普遍的使用,主要包括两种方式:一是主轴衬套-编织盘根密封:主轴衬套用编织盘根缠绕,使用0.25MPa干净水压入编制盘根,具有非常好的密封效果;二是双像胶平板密封:在运行过程中,采用双向橡胶板,构成一空腔,再加上0.25MPa干净水来进行密封,这种型式密封效果非常理想。

三、小结

与相同容量的其他类型机组相比,灯泡贯流式水轮机结构性能好,能够设立到坝体当中,可不再使用繁琐的引水系统,缩减厂房面积,大幅降低开挖量。随水轮机技术的发展进步,和水电行业技术创新,高效灯泡贯流式水轮机能够得到更好的应用。