燈泡貫流式水輪機(jī)設(shè)計(jì)的若干問題

李　強(qiáng)

杭州富水電站技術(shù)開發(fā)有限公司，浙江　杭州　310000

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燈泡貫流式水輪機(jī)設(shè)計(jì)的若干問題

李強(qiáng)

杭州富水電站技術(shù)開發(fā)有限公司，浙江杭州310000

摘要：燈泡貫流式機(jī)組中應(yīng)用的設(shè)計(jì)原理與技術(shù)，一直在具體的實(shí)踐中更新和發(fā)展。本文主要探討了燈泡式機(jī)組中主軸與轉(zhuǎn)輪體的連接、導(dǎo)水結(jié)構(gòu)與過速保護(hù)以及機(jī)組埋入部分的防滲水膠皮等設(shè)計(jì)方面的問題，并分析了一些可行性建議，僅供參考。

關(guān)鍵詞：貫流式水輪機(jī)；導(dǎo)水結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步與發(fā)展，人們的用電需求日益強(qiáng)烈。因此，我國開始大量的修建低水頭、大流量的電站，通常情況下都會(huì)使用燈泡貫流式水輪機(jī)。近年來，也在逐漸使用從國外引進(jìn)的一些貫流式水輪發(fā)電機(jī)。國內(nèi)和國外的貫流式水輪機(jī)在設(shè)計(jì)上都各有不同，具備不同的優(yōu)勢(shì)。具體內(nèi)容如下。

一、水輪機(jī)的主軸與轉(zhuǎn)輪體的連接

在設(shè)計(jì)機(jī)組的過程中，很重視水輪機(jī)的主軸與輪轉(zhuǎn)體之間的連接。這種設(shè)計(jì)是否合理、裝置和運(yùn)行是否規(guī)范，都會(huì)影響到機(jī)組的各項(xiàng)功能。他們之間的連接需要使用到螺栓與銷釘，同時(shí)連接的方式也各有不同，常用的連接方式有三種。

第一種方案。某一電站中使用的機(jī)組轉(zhuǎn)輪直徑為5500mm，水輪機(jī)的主軸與輪轉(zhuǎn)體之間依靠12根M90的螺栓進(jìn)行連接，而且銷釘有8根，都小于110，螺栓的材料“40Cr”。進(jìn)行裝置時(shí)需要運(yùn)用“加熱伸長(zhǎng)”的方式，連接和運(yùn)行都需要在安裝室進(jìn)行。首先需要打緊，然后在依次用專門的加熱工具將螺栓加熱，使螺栓在一定的時(shí)間內(nèi)能夠延長(zhǎng)，然后才能擰緊螺栓。這種方式中，有很多影響因素可能會(huì)導(dǎo)致連接螺栓出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象，而且是兩次斷裂。第一次斷裂的時(shí)間是在開始運(yùn)作的1900個(gè)小時(shí)后，有9支螺栓斷裂。第二次斷裂的時(shí)間是在運(yùn)作后的2400個(gè)小時(shí)后，有6支斷裂。而且每次檢修斷裂的螺栓都會(huì)耗費(fèi)一個(gè)月左右的時(shí)間，這給電站造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

第二種方案。某一電站中使用的機(jī)組轉(zhuǎn)輪直徑為5500mm，水輪機(jī)的主軸與輪轉(zhuǎn)體之間依靠20根M100的螺栓進(jìn)行連接，而且銷釘有4根，都小于110，螺栓的材料“35CrMo”。進(jìn)行裝置時(shí)需要運(yùn)用液壓拉伸器來延長(zhǎng)螺栓。連接和運(yùn)行都需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。首先還是需要先打緊，然后對(duì)稱使用液壓拉伸器，促使螺栓在一定時(shí)間內(nèi)延長(zhǎng)，然后才能擰緊螺母。安裝的注意事項(xiàng)：螺柱需要先對(duì)稱再擰緊，使用適當(dāng)?shù)匿N釘進(jìn)行匹配。這種方式運(yùn)行了十幾年都沒有出現(xiàn)螺柱故障問題。

第三種方案。某一電站中使用的機(jī)組轉(zhuǎn)輪直徑為6400mm，水輪機(jī)的主軸與輪轉(zhuǎn)體之間依靠16根M120的螺栓進(jìn)行連接，而且銷釘有8根，都小于170，螺栓的材料“35CrMo”。進(jìn)行裝置時(shí)需要運(yùn)用液壓拉伸器來延長(zhǎng)螺栓。連接和運(yùn)行都需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。安裝的注意事項(xiàng)：螺柱需要先對(duì)稱再擰緊，使用適當(dāng)?shù)匿N釘進(jìn)行匹配。運(yùn)行6a，使用的螺柱沒有出現(xiàn)故障問題。很明顯，水輪機(jī)的主軸與輪轉(zhuǎn)體之間的連接運(yùn)用“液壓拉伸器伸長(zhǎng)”的方式來擰緊是恰當(dāng)?shù)?；加熱伸長(zhǎng)的方式在一定程度上會(huì)造成拉長(zhǎng)量出現(xiàn)誤差，伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度會(huì)過長(zhǎng)，而且連接和運(yùn)行在安裝室進(jìn)行也存在一定的劣勢(shì)。

二、導(dǎo)水組織與過速保護(hù)

(一)對(duì)于導(dǎo)水組織的設(shè)計(jì)

這種設(shè)計(jì)方式需要運(yùn)用到，導(dǎo)葉中心線與機(jī)組的水平中心線大概65度的夾角組成的一個(gè)錐形，導(dǎo)葉均運(yùn)用了雙支點(diǎn)組織，以此來調(diào)節(jié)環(huán)裝置在外層配水環(huán)上方，之后再運(yùn)用左右兩個(gè)垂直鋼接力設(shè)備進(jìn)行控制工作。大多數(shù)情況都會(huì)選擇在控制環(huán)上方懸掛可以自主關(guān)閉的重錘。導(dǎo)水結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在長(zhǎng)期的使用中不斷的更新，設(shè)計(jì)方案也一直在優(yōu)化。比如，控制環(huán)和外配水環(huán)之間產(chǎn)生摩擦?xí)r，會(huì)利用鋼球滾動(dòng)來代替尼龍滾動(dòng)，這樣更加靈活；還有，在導(dǎo)葉臂的位置空隙中設(shè)置剪斷銷，與每一個(gè)導(dǎo)葉臂的位置都設(shè)置剪斷銷更加科學(xué)、規(guī)范。近年來運(yùn)用的導(dǎo)水結(jié)構(gòu)中的彈簧連桿，能夠促進(jìn)排除導(dǎo)葉卡物。

(二)過速保護(hù)會(huì)影響到水輪機(jī)組的持續(xù)運(yùn)行，應(yīng)該盡量避免出現(xiàn)故障問題

第一種方法：某電站的過速保護(hù)中使用到的液壓油體系根據(jù)設(shè)計(jì)方案操作，在常規(guī)停機(jī)或者調(diào)速設(shè)備出現(xiàn)問題的情況下，導(dǎo)水組織會(huì)受到導(dǎo)葉自動(dòng)關(guān)閉的水力矩與重錘力矩的作用，自動(dòng)關(guān)閉。這個(gè)體系共有四個(gè)自動(dòng)化的可控閥門。分別是接力器開腔油管閥門KI(正常時(shí)開)、關(guān)腔油管閥門K2(正常時(shí)開)、開腔與關(guān)腔管路相連的閥門K3(正常時(shí)關(guān))及開腔排油閥門K4(正常時(shí)關(guān))。

第二種方法：某電站中的過速保護(hù)中使用到的液壓油體系，不再使用第一種方法中的體系，包括四個(gè)自動(dòng)化的閥門與其他有關(guān)的管線。而是運(yùn)用一個(gè)防飛逸的設(shè)備，安裝在兩側(cè)的調(diào)速管線中，當(dāng)機(jī)組過速且調(diào)速器又拒動(dòng)時(shí)，設(shè)置在調(diào)速系統(tǒng)上的防飛逸裝置動(dòng)作，使導(dǎo)葉全關(guān)。當(dāng)防飛逸裝置拒動(dòng)經(jīng)延時(shí)后或事故停機(jī)中導(dǎo)葉剪斷銷剪斷時(shí)，則自動(dòng)操作關(guān)閉進(jìn)水口事故閘門。

三、機(jī)組埋入的部位需要設(shè)置防滲水的膠皮

應(yīng)該再設(shè)計(jì)若干圈的防滲水的膠皮，以此來防止水輪機(jī)組埋入的部位露在外面的金屬層和二期混凝土層中伸出流道水。設(shè)置的防滲水膠皮每一圈都是三層寬的500mm左右的聚乙烯丙綸化纖材料粘合形成的。這種方法看起來并沒有很大的作用。因?yàn)榱鞯浪鬟^的第一個(gè)金屬組合縫，實(shí)現(xiàn)是經(jīng)過深度施焊的，而且金屬外殼表面有很多節(jié)筋板以及加強(qiáng)環(huán)，這類似于為機(jī)組設(shè)置了防滲圈。如果有滲水通過了金屬組合縫，還需要經(jīng)過金屬外殼和混凝土的連接層等障礙，到達(dá)外部空間。如果在混凝土的澆搗過程中，金屬外殼的表面被清洗干凈，再被抹上水泥漿，達(dá)到的防滲功能會(huì)非常強(qiáng)。

四、結(jié)語

在設(shè)計(jì)燈泡貫流式水輪機(jī)時(shí)，需要吸收我國其他水電站的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)工作方法，仔細(xì)、認(rèn)真地為設(shè)計(jì)工作做好技術(shù)方面的準(zhǔn)備，以防發(fā)生過去出現(xiàn)的一些錯(cuò)誤。燈泡貫流式水輪機(jī)的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該不斷的努力和學(xué)習(xí)，在實(shí)踐工作中探索科學(xué)的技術(shù)和方法，探究更先進(jìn)的設(shè)計(jì)方案，保證燈泡貫流式水輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)我國電力事業(yè)的發(fā)展。

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中圖分類號(hào)：TK730

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-0049-(2016)09-0155-01