水輪機下拆式結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點

胡婉寧（浙江富春江水電設(shè)備有限公司,杭州　310030）

水輪機下拆式結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點

胡婉寧
（浙江富春江水電設(shè)備有限公司,杭州310030）

本文主要對下拆式水輪機的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了介紹。下拆式與上拆式、中拆式結(jié)構(gòu)的對比優(yōu)勢，使得易磨損部件易拆除，方便檢修，節(jié)省了維修時間，節(jié)約了成本。因為下拆式結(jié)構(gòu)的特點，不用拆除發(fā)電機，即可拆除水輪機一些易磨損部件，將廣泛應用于水輪發(fā)電機組，為以后下拆結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了參考。

下拆式；結(jié)構(gòu)；設(shè)計特點

1　下拆式結(jié)構(gòu)設(shè)計理念

下拆式結(jié)構(gòu)是水輪機一種重要的布置形式，這種結(jié)構(gòu)可以在不拆卸發(fā)電機的狀態(tài)下拆出水輪機的轉(zhuǎn)輪、底環(huán)、導葉等過流易損部件進行檢修，這就避免了對不需要檢修的發(fā)電機部分進行拆卸、回裝的工作量，大大節(jié)省了檢修時間。由于下拆式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，將越來越多的應用于混流式水輪機，抽水蓄能機組，尤其適用于多泥沙河流上的水輪發(fā)電機組。

2　下拆式結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)形式對比

對于大多數(shù)水輪發(fā)電機組，采用上拆式，即水輪機部件通過發(fā)電機定子拆除；另外還有一些采用中拆式：需要在水輪機和發(fā)電機之間布置中間軸，先把中間軸用滑動式吊車從水輪機中間平臺拆除，然后依次拆除控制環(huán)、頂蓋、轉(zhuǎn)輪、導葉等水輪機部件；下拆式與上拆式和中拆式相比：

（1）無需水輪機中間軸，這樣可節(jié)省費用并使大軸找正更方便、更準確；

（2）可以不拆除頂蓋和擾動軸系對關(guān)鍵水輪機部件進行處理。在某些情況下，只需把底環(huán)（可帶或不帶轉(zhuǎn)輪）下拆就有足夠的空間處理部件而無需將他們向側(cè)面移出，就可以進行檢修；

（3）在底部平臺上向側(cè)面搬運重量較大部件比在中間平臺上（中拆式）搬運更方便，需要的臨時梁和支撐也比較少。

3　下拆式的結(jié)構(gòu)設(shè)計

下面以某混流式電站為例說明下拆式結(jié)構(gòu)的特點，該電站總裝機容量150MW(3X50MW)，額定水頭107.3m，額定轉(zhuǎn)速300r/min，年平均過機含沙量約0.47kg/m3，因含沙量較大，合同要求轉(zhuǎn)輪、活動導葉、尾水管、底環(huán)等易磨損部件可以從尾水管進人門廊道拆除，不用拆除發(fā)電機部件，水輪機導軸承和水封等，減小檢修周期，節(jié)省時間和成本。該電站的過機含沙量較大，所以泥沙磨損是不可避免的問題，而泥沙磨損帶來的直接問題就是檢修周期的縮短，采用下拆式結(jié)構(gòu)可以使其減輕檢修工作量，增加機組發(fā)電時間，減少廢水，從而給電站帶來經(jīng)濟社會效益。

3.1埋件設(shè)計

尾水錐管：設(shè)計座環(huán)受力平衡的自由活動式錐管，減少基礎(chǔ)所受的動力負荷，因而也允許在混凝土留足夠的空間。其分為上錐管和下錐管，其分別與底環(huán)和尾水肘管采用螺栓把合的連接方式，特別在上下錐管的連接段，設(shè)置了調(diào)整螺栓和法蘭，便于上下錐管的拆裝。

下拆廊道：按照外形尺寸最大部件尾水錐管設(shè)計廊道尺寸；廊道底部預留軌道，尾水管、轉(zhuǎn)輪、底環(huán)、活動導葉等可以通過小車從軌道運至吊物孔處，用橋機吊鉤起吊這些部件進行維修。

座環(huán)和蝸殼：座環(huán)和蝸殼的連接固定，是考慮在座環(huán)和蝸殼底部設(shè)置支墩，用螺栓或者焊接的方式將座環(huán)和蝸殼固定在支墩上；當然，防止蝸殼在混凝土澆筑過程中變形，也設(shè)置了一些拉錨、加強筋等；下拆廊道中不能有任何干涉部件，在廊道處的支墩、拉錨等都必須在該段混凝土澆筑后割除，所以此處混凝土的剛度在設(shè)計時要特殊考慮。

3.2導水機構(gòu)

底環(huán)：底環(huán)與座環(huán)的把合螺栓設(shè)計為從廊道下面方便拆卸的方式，在尾水錐管拆除后，即可拆除底環(huán)。在底環(huán)24只活動導葉對應的軸孔處設(shè)置24根排水軟管，將導葉下軸套的滲水通過排水管引至集水井，減小活動導葉的上浮力。

轉(zhuǎn)輪：轉(zhuǎn)輪與主軸的聯(lián)軸螺栓采用銷套連接，因為每個螺栓螺紋都長期處于有水環(huán)境，為了防止螺紋生銹，每個螺栓設(shè)置保護罩。聯(lián)軸螺栓在轉(zhuǎn)輪下方安裝或拆除，這樣在檢修轉(zhuǎn)輪的時候只用分解泄水錐和轉(zhuǎn)輪的連接螺栓，拆除泄水錐，轉(zhuǎn)輪就可以從下拆廊道拆除，不用拆除主軸，節(jié)省了時間。

轉(zhuǎn)輪材料為不銹鋼ZG06Cr16Ni5Mo，其抗氣蝕和磨損性能要明顯優(yōu)于碳鋼，且具有很好的機械性能，機加工性能和鑄造性能，可焊性好，可以不進行預熱焊接，對電站現(xiàn)場的葉片修復也更為有利。

3.3主軸密封

用成熟的間隙式泵板密封結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的固定部件和轉(zhuǎn)動部件不接觸，因此使用壽命相對較長。該結(jié)構(gòu)在機組正常運行時不需用注入清潔水，頂蓋內(nèi)積水減少，也不會有太多的泥沙沉積頂蓋，這對于過機含沙量大的水輪機有很明顯的優(yōu)點；在機組開停機幾分鐘內(nèi)，機組轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速，泵板沒有完全發(fā)揮作用，為了避免該段時間內(nèi)尾水通過主軸密封進入頂蓋，需注入清潔水，待機組轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速，停止清潔水的注入。

3.4下拆程序和下拆工具

（1）拆除下錐管與上錐管，肘管把合法蘭的螺栓，安裝下錐管拆除工具；

（2）沿著下拆軌道平穩(wěn)移出下錐管（圖1）；

（3）先拆除轉(zhuǎn)輪與泄水錐的其中4個把合螺栓，安裝泄水錐下拆工具，然后拆除其余連接螺栓，利用工具使泄水錐降落到可操作高度，落下鋼絲繩與泄水錐連接，緩慢降落鋼絲繩，將泄水錐平穩(wěn)降落至平板推車，平穩(wěn)移出泄水錐（圖2）。

（4）安裝上尾水錐管拆卸工具，用鋼絲繩吊起平板推車至上錐管底部，拆除上錐管與底環(huán)的連接螺栓，平穩(wěn)降落平板推車至下拆軌道，平穩(wěn)移出上錐管（圖3）。

（5）拆除上尾水錐管拆卸工具，安裝轉(zhuǎn)輪下拆工具。

（6）拆除主軸和轉(zhuǎn)輪聯(lián)軸螺栓，緩慢降落鋼絲繩，將轉(zhuǎn)輪平穩(wěn)落在平板推車上，拆除轉(zhuǎn)輪下拆工具，平穩(wěn)移出轉(zhuǎn)輪（圖4）。

（7）根據(jù)情況決定是否拆除底環(huán)和活動導葉。

（8）底環(huán)拆除步驟：分解24只導葉下軸套與底環(huán)本體的螺栓，依次拆除導葉下軸套。安裝上尾水錐管拆卸工具，用鋼絲繩吊起平板推車至底環(huán)底部，拆除座環(huán)與底環(huán)的連接螺栓，平穩(wěn)降落平板推車至下拆軌道，平穩(wěn)移出底環(huán)。

（9）活動導葉拆除步驟：分解導葉臂，導葉套筒等連接螺栓或者連接銷等，利用環(huán)形軌道吊車緩慢降落導葉至平板推車，再緩慢降落平板推車至下拆軌道，依次拆除活動導葉等。

（10）反之，依次回裝活動導葉、底環(huán)、轉(zhuǎn)輪、上錐管、下錐管等。

4　結(jié)語

我公司目前投產(chǎn)機組均為上拆式結(jié)構(gòu)，下拆式結(jié)構(gòu)的研究生產(chǎn)將填補我公司這一結(jié)構(gòu)的空白，增強了市場競爭力。下拆式結(jié)構(gòu)的設(shè)計和應用，可以減少檢修周期，節(jié)約成本，為以后下拆式結(jié)構(gòu)設(shè)計也提供了參考，特別是對多泥沙電站，更是意義重大。

胡婉寧，女，2004年畢業(yè)于西安理工大學熱能與動力工程專業(yè)，工程師，一直從事水輪機設(shè)計工作。