燈泡貫流式水輪機的結構特點

任尚潔

摘要：燈泡貫流式水輪機是開發(fā)低水頭水力資源的一種機組，文章綜合介紹了燈泡貫流式水輪機的結構設計特點。

關鍵詞：燈泡貫流式水輪機；結構特點

中圖分類號：TK730.3 文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2014）17-0086-02

這種機型適用水頭范圍廣，流道呈直線狀，轉輪形狀與軸流式相似。機組轉動部分采用兩支點雙懸臂結構，機組旋轉方向為從發(fā)電機端向下游方向看順時針。由于水流在流道內基本上沿軸向運動不拐彎，因此較大的提高了機組的過水能力和水力效率。

1燈泡貫流式水輪機的主要部件結構特點

1.1尾水管

尾水管一般采用鋼板里襯，里襯應能安全承受各種尾水位的內外水壓力、運行中的壓力脈動以及混凝土澆筑中出現(xiàn)的內外壓力，所以要求里襯有足夠的強度和剛度。因為尾水管里襯都是運到現(xiàn)場后再拼焊成整體，所以里襯的分節(jié)數(shù)在滿足裝卸及運輸條件下應盡可能少，這樣可以減少現(xiàn)場的組裝工作量和尾水管的變形。尾水管上設有單獨引出的進口斷面壓力測頭4個及出口斷面壓力測頭4個(沿圓周方向均布，采用不銹鋼制作，分別測量尾水管進口真空和出口壓力)。尾水管底部應開一定數(shù)量的帶堵板的混凝土澆注孔和灌漿孔。

1.2轉輪室

轉輪室是連接尾水管和管型座的部件，其分瓣結合面采用法蘭連接，并應有可靠的止漏措施。轉輪室內表面應加工成球面，內壁與槳葉外緣的間隙要均勻，單邊間隙值≤0.0008 D。轉輪室與基礎環(huán)之間應設伸縮節(jié)，其可調間隙為15~25 mm。

1.3管型座

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

管型座由內殼體、外殼體、上豎井和下豎井等組成。上下豎井應設有爬梯和平臺，并須考慮管道、電纜的通過。內殼體與上、下豎井采用焊接聯(lián)接并進行無損檢查。內殼體的上游面與定子機座連接，下游面與內導環(huán)連接，其采用分瓣結構。外殼體上游面與發(fā)電機進人孔的框架、墩子蓋板連接，下游面與外導環(huán)連接。外殼體采用鋼板焊接結構，在工廠內預裝并在現(xiàn)場組裝，其與混凝土接觸面應設有錨具及拉桿。管型座底部應開一定數(shù)量的混凝土澆注孔和灌漿孔，并帶堵板。

1.4導水機構

導水機構由內、外導環(huán)、導葉、導葉軸承、導葉操作機構、重錘、連桿、拐臂和導葉保護裝置等組成。導葉操作機構應有足夠的強度和剛度，在滿足水輪機允許吸出高度要求的條件下，盡可能增大導葉開度，以增加低水頭下的輸出功率。要設置有效保護裝置，使得在導葉關閉過程中，當兩導葉之間卡有異物時能保護其他導葉可以全關，并能發(fā)出導葉卡阻信號。一個保護元件破壞應不會引起其它保護元件的連續(xù)破壞，每個保護元件應裝有信號裝置，保護裝置應具有互換性。導葉采用彈簧連桿保護方式，彈簧連桿間隔布置。

導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層。內、外導環(huán)為分瓣結構，用鋼板焊接并退火，分瓣結合面及上游、下游側均采用法蘭連接，并設可靠的止漏裝置。內導環(huán)采用鋼制件，其上游和下游側均有法蘭。

控制環(huán)采用鑄焊貨焊接結構，具有足夠的剛度。如必須分瓣時，分瓣面應設在應力最低的位置?？刂骗h(huán)與外配水環(huán)之間采用滑動摩擦或滾動摩擦，滾球材料為不銹鋼，并便于拆裝。控制環(huán)上設有懸掛重錘的吊環(huán)。

1.5轉輪和轉輪槳葉操作機構

槳葉采用可焊性好、耐腐蝕的不銹鋼VOD精煉鑄造，并在五座標數(shù)控鏜銑床加工成型。在預期的最大載荷和最高飛逸轉速時，葉片最大應力都不超過規(guī)定值。轉輪要滿足鑄造質量標準，并做無損探傷試驗。槳葉加工前后要探測氣孔，所有氣孔均應鏟除并修復，加工后不允許有空穴、凹陷、裂縫或凸出物。槳葉操作機構由連桿、拐臂及連接銷組成，該機構應有足夠的精度并運行靈活。

轉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范圍內鋪焊不銹鋼保護層以防空蝕。槳葉端部活動范圍內的輪轂表面應加工成球形，減少槳葉與輪轂之間的間隙，以降低通過此間隙的漏水量。槳葉密封應安裝、拆卸方便，不用拆卸葉片即可更換葉片密封。轉輪體內的采用鋼制活塞，活塞桿通過接力器活塞缸蓋的部位應設有可更換的導向瓦。輪轂表面型線應與驗收后模型相似。

泄水錐用不銹鋼螺栓連接到輪轂的下游端，應設有防脫落設施，泄水錐拆卸后可檢修輪轂內部的槳葉操作機構。

轉輪裝配好后應在車間進行耐壓及槳葉動作試驗，以檢驗槳葉密封、槳葉開啟角度范圍；同時應作靜平衡試驗，不允許在輪轂的外側作偏心切割，為了平衡用的配重塊或塞孔必須設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。主軸為空心結構。

主軸應具有足夠的強度和剛度，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。主軸保護罩采用鋼板卷制，分成兩瓣，采用法蘭連接。

主軸密封應嚴密、耐磨、耐熱、結構簡單，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；徑向補償式密封。

1.7導葉接力器

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

接力器應在工廠整體組裝和做耐壓試驗，充油運輸，包裝嚴密，在工地不需拆洗。接力器設計要合理，防止導桿、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)電機前面的燈泡頭內，包括受油器支架、操作油管和傳輸槳葉位置的回復桿及位移傳感器等。

受油器結構應滿足漏油量最小，安裝方便和運行可靠的要求。應設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。

操作油管采用不銹鋼無縫鋼管，法蘭連接，其軸承采用自調整結構，在機組主軸內不少于三個自調整軸承。在受油器開、關腔油管上應裝設壓力表。

受油器設有槳葉轉角和回復桿位置指示裝置。受油器應設有防止軸電流及漏電的措施，受油器與發(fā)電機連接應設有絕緣措施。受油器轉動與固定部分應留有一定的反向推力位移裕量。

1.9軸承潤滑油系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)、過速保護裝置等

軸承采用高位油箱供油，高位油箱油量應滿足在油泵故障時機組各軸承能連續(xù)安全運行10 min和完成機組事故停機時所需的潤滑油量。所有軸承都采用同一種潤滑油，冷卻器布置在軸承油箱外。水輪機應設有油溫監(jiān)測裝置。

每臺機組提供一套保護裝置，其動作值在原廠整定，不允許現(xiàn)場進行整定。該裝置在工廠整定后，在現(xiàn)場安裝時不需要調試即應可投入正常運行。

2結 語

因為貫流機機組結構緊湊，與同一容量的機組相比，其尺寸小，可布置在壩體內，取消了復雜的飲水系統(tǒng)，可減少廠房的建筑面積。但是由于發(fā)電機也是裝在水下密閉的燈泡體內，所以對電機的通風、密封、軸承的布置和運行檢修有一定的要求。相信隨著水輪機技術的進步和發(fā)展，以及國內外技術的交流學習，這種低水頭、效率高的貫流機會有更大的空間。

參考文獻：

[1] 符勝蛟.燈泡貫流式水輪機運行中的幾個問題[J].大眾科技,2011,(8).