張 力 李小偉

（東方電氣集團(tuán)有限公司東風(fēng)電機(jī)有限公司，四川樂(lè)山614000）

作為水力發(fā)電的機(jī)械部分-水輪機(jī)， 其主要的作用是將水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。所以，它是能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件，其水力性能的好壞，直接決定著機(jī)組的效率、氣蝕和穩(wěn)定性。 而機(jī)組的設(shè)計(jì)，通常是以電站的特有的水文條件為依據(jù)進(jìn)行選型、設(shè)計(jì)。因此，根據(jù)電站的流量Q、水頭H 等參數(shù)，選擇機(jī)組的轉(zhuǎn)輪型號(hào)，設(shè)計(jì)出與之匹配的機(jī)組，對(duì)整機(jī)的長(zhǎng)久穩(wěn)定運(yùn)行，具有重要的意義。

1 電站概況

阿航格朗水電站位于烏茲別克斯坦共和國(guó)塔什干州安格連河上，距首都塔實(shí)干約80km，工程主要任務(wù)是從安格連河引水，為下游安格連煤礦區(qū)供水，并結(jié)合供水發(fā)電。

2 水輪機(jī)主要參數(shù)

根據(jù)電站的特點(diǎn)，確定了水輪機(jī)的型號(hào)、出力、水頭等相關(guān)參數(shù)。其中，部分參數(shù)如下表所示。

表1 機(jī)組部分參數(shù)

3 水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 蝸殼的設(shè)計(jì)

電站機(jī)組采用立軸混流式。 再根據(jù)本電站的特點(diǎn)，蝸殼采用半埋方式，即蝸殼只有導(dǎo)葉中心線(xiàn)以下部分埋入混泥土基礎(chǔ)內(nèi)。 水輪機(jī)層采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，雙直缸接力器直接布置在蝸殼上。 蝸殼內(nèi)壁承受水壓如圖1 所示。

圖1 蝸殼強(qiáng)度分析

其部分?jǐn)嗝娲罱影寮虞d載荷的變形量如圖2 所示。

圖2 蝸殼斷面搭接板變形仿真

由圖1 所示結(jié)果，可確定蝸殼壁厚δ。再將加載后的壁厚進(jìn)行有限元分析，可根據(jù)其變形量驗(yàn)證壁厚取值的合理性。在此基礎(chǔ)上，考慮到該電站布置形式與常規(guī)立式混流式機(jī)組不同，裸露的蝸殼金屬容易腐蝕漸漸脫落，運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間后容易造成機(jī)組蝸殼壁厚變薄，直接影響到蝸殼的整體剛度，從而影響機(jī)組的穩(wěn)定性。為了降低機(jī)組振動(dòng)，延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命，確保機(jī)組穩(wěn)定、安全運(yùn)行，我們?cè)谠O(shè)計(jì)蝸殼時(shí)，將蝸殼壁厚腐蝕余量加大至6mm。

3.2 水潤(rùn)滑軸承

水輪機(jī)水導(dǎo)軸承采用φ435 水潤(rùn)滑橡膠軸承。主要由軸承體、軸瓦、水箱、密封箱、填料密封等組成。

軸瓦采用專(zhuān)門(mén)的軸承用硬橡膠模壓制而成，它具有較大的硬度和彈性模量，且壓制表面光滑，無(wú)需刮削，軸瓦壓入軸承圓筒形襯套， 襯套裝入鋼制軸承殼體中，軸承與主軸間隙可調(diào)。

在軸承上面設(shè)有填料密封， 密封材料采用高分子材料復(fù)合橡膠， 可減輕對(duì)主軸的磨損，填料密封采用水潤(rùn)滑方式。

軸承固定在軸承支架上， 設(shè)計(jì)壓力為0.7～0.8MPa，設(shè)計(jì)流量為8.6m3/h。 軸承潤(rùn)滑冷卻水通過(guò)40μm 的濾水器，再經(jīng)過(guò)DN50 供水系統(tǒng)進(jìn)入軸承壓力水箱：一部分經(jīng)過(guò)填料密封箱排出；一部分經(jīng)過(guò)軸承，將軸承產(chǎn)生的熱量帶出，靠壓差經(jīng)過(guò)檢修密封、水泵密封、轉(zhuǎn)輪泄水孔及頂蓋排水管排出。

3.3 檢修密封

該電站設(shè)計(jì)吸出高度Hs=-0.9m，當(dāng)電站引用流量為390m3/s 電站下游尾水位為1004.8m， 此時(shí)對(duì)應(yīng)機(jī)組裝置吸出高度Hs=-4.6m。

檢修密封安裝在軸承下方，為充氣式空氣圍帶結(jié)構(gòu)，布置在頂蓋上。 檢修密封在停機(jī)而不排除尾水管存水時(shí)投入，以便拆卸和更換軸承。檢修密封配備有工作狀態(tài)檢測(cè)裝置，以保證檢修密封為解除時(shí)，水輪機(jī)不得啟動(dòng)運(yùn)行。 其工作時(shí)充氣壓力為0.5～0.7MPa。

為了使軸承更靠近轉(zhuǎn)輪，提高水輪機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性和減少水輪機(jī)擺度、振動(dòng)，我們對(duì)機(jī)組密封進(jìn)行了改進(jìn)，取消了機(jī)組工作密封。

4 機(jī)組的運(yùn)行

阿航格朗水電站兩臺(tái)機(jī)于2010.6 全部并網(wǎng)發(fā)電， 水輪機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

結(jié)合阿航格朗水電站的自身水文條件，以此為依據(jù)，確定了合理的機(jī)組轉(zhuǎn)輪型號(hào)、水頭、揚(yáng)程等參數(shù)。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用計(jì)算機(jī)仿真的方法，驗(yàn)證了計(jì)算的正確性。最終，設(shè)計(jì)出了性能優(yōu)越的機(jī)組。然而，需要注意的是，水輪機(jī)是一個(gè)非常復(fù)雜的機(jī)組，內(nèi)部精密零件很多，因此，設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)每一個(gè)部分都嚴(yán)格論證，是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，因此，在未來(lái)的設(shè)計(jì)中，需要逐漸完善現(xiàn)有的方法，力求設(shè)計(jì)出性能更加優(yōu)良的產(chǎn)品。

［1］宋文武.水力機(jī)械及工程設(shè)計(jì)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2005.

［2］楊慶裕.關(guān)于龜石電站水輪機(jī)蝸殼振動(dòng)的分析[J].科技與生活，2011.