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燈泡貫流式水輪機(jī)屬于開(kāi)發(fā)低水頭水力資源的機(jī)組之一,下面我們具體介紹其設(shè)計(jì)特點(diǎn)和運(yùn)行期間問(wèn)題的解決對(duì)策。

一、燈泡貫流式水輪機(jī)部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

(一)尾水管。尾水管通常使用鋼板里襯,里襯可承載尾水位的內(nèi)外水壓力,因此里襯需具備充足強(qiáng)度。普遍情況是尾水管理里襯到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的情況后開(kāi)始拼焊,因此里襯在滿足運(yùn)輸限制條件下盡量減少分節(jié)數(shù),目的是降低組裝工作壓力及尾水管出現(xiàn)變形的可能性。在尾水管中設(shè)置了獨(dú)立斷面壓力測(cè)頭和出口斷面壓力測(cè)頭。尾水管下端設(shè)置足夠帶堵板的混凝土澆筑孔。

(二)管型座。管型座不只是流道,同時(shí)也是機(jī)組的主支撐,強(qiáng)度必須滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。其受力要根據(jù)具體的工作狀態(tài)來(lái)決定,其中主要包括:在停機(jī)沖水的、滿負(fù)荷運(yùn)行、緊急停機(jī)等情況。

內(nèi)外殼體、上下豎井是管型座的主要構(gòu)成部件。其中,上下豎井要設(shè)置爬梯、平臺(tái),以保證管道、電纜能夠順利通過(guò);內(nèi)殼體和上下豎井主要是通過(guò)焊接的方式連接,并進(jìn)行無(wú)損檢測(cè);內(nèi)殼體的上端和定子機(jī)座會(huì)銜接固定,下游面和內(nèi)導(dǎo)環(huán)相連,以分瓣結(jié)構(gòu)為主;外殼體上端和發(fā)電機(jī)鉆進(jìn)孔相連,下端和外導(dǎo)環(huán)相連;外殼體以鋼板焊接結(jié)構(gòu)為主,在工廠預(yù)裝,在現(xiàn)場(chǎng)組裝,和混凝土接觸面設(shè)置拉錨。管型底座的下端設(shè)置足夠的混凝土澆筑孔,并配置堵板。

(三)導(dǎo)葉接力器。導(dǎo)葉接力器控制水輪機(jī)進(jìn)水量,并由液壓操控,通常額定操作油壓是6.3MPa、12MPa。接力器活塞室要做好密封工作,以避免出現(xiàn)漏油的情況。要用不銹鋼來(lái)制作接力器活塞,并設(shè)立漏油接收以及排油設(shè)施,和從接力器缸清理空氣的針閥,在其兩側(cè)要安裝壓力表。同時(shí)在接力器和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)操作環(huán)間設(shè)置連桿。

(四)受油器。通常在發(fā)電機(jī)前端的燈泡頭當(dāng)中安設(shè)受油器。設(shè)計(jì)和工藝上要求達(dá)到漏油量低、安裝簡(jiǎn)便。同時(shí)安設(shè)漏油回收設(shè)備,使用回油管路將漏油接入漏油箱避免油混入進(jìn)發(fā)電機(jī)側(cè)。

操作油管主要使用的是不銹鋼無(wú)縫鋼管,法蘭連接,在軸承上使用的是調(diào)整結(jié)構(gòu)。在主軸中,軸承配置三個(gè)及以上自調(diào)整軸承,在受油器開(kāi)、關(guān)腔油管設(shè)置壓力表,用于監(jiān)測(cè)油壓。

二、運(yùn)行中解決問(wèn)題的對(duì)策

(一)水輪機(jī)主軸和轉(zhuǎn)輪體連接。兩者的連接是機(jī)組設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié),設(shè)計(jì)效果直接影響機(jī)組的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。通常情況下,使用螺栓和銷釘連接,而具體的方式包括兩種:

(1)采用“加熱伸長(zhǎng)”的方式。某電站水輪機(jī)主軸與轉(zhuǎn)輪體聯(lián)接螺栓12根M90,螺栓材料40Cr,連接工作要在安裝間來(lái)完成。首先是打緊,然后采用加熱器使聯(lián)接螺栓變熱,保證其能夠在不超出標(biāo)準(zhǔn)范圍變長(zhǎng),之后擰固螺栓。需注意,此部位的螺栓容易發(fā)生斷裂,會(huì)造成不必要的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。

(2)采用“液壓拉伸器伸長(zhǎng)”。某電站水輪機(jī)主軸與轉(zhuǎn)輪體聯(lián)接螺柱20根M100,螺柱材料35Cr Mo,現(xiàn)地連接。先打緊,然后以對(duì)稱的方式,采用“液壓拉伸器”讓聯(lián)接螺栓在不超過(guò)規(guī)定范圍拉伸,最后擰固螺母。目前,基本都采用這種方式連接,應(yīng)用效果良好。

通過(guò)上述對(duì)比,第一種聯(lián)接方式監(jiān)測(cè)拉伸長(zhǎng)度不夠精準(zhǔn),同時(shí)操作需在安裝間完成,具有限制性;第二種聯(lián)接方式對(duì)稱穩(wěn)固,效果最為理想。

(二)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和過(guò)速保護(hù)。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中心線和機(jī)組水平中心線夾角成錐形,導(dǎo)葉采用雙支點(diǎn)結(jié)構(gòu),控制環(huán)通常設(shè)立于頂蓋,用垂直缸接力器操控通?？刂骗h(huán)設(shè)置重錘。過(guò)速保護(hù)裝置在飛逸狀況下保證機(jī)組不出現(xiàn)飛逸情況。

機(jī)組在正常、事故停機(jī)時(shí),導(dǎo)水機(jī)構(gòu)會(huì)因?yàn)閷?dǎo)葉自關(guān)閉水力矩的作用而自動(dòng)閉上。此系統(tǒng)主要是自動(dòng)控制閥門(mén)構(gòu)成,其中關(guān)腔油管閥門(mén)、開(kāi)腔排油閥門(mén)等是其重要組成部分。在產(chǎn)生故障,這些閥門(mén)就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉,緊接著接力器“開(kāi)關(guān)腔”就會(huì)連接到一起,同時(shí)油會(huì)全部排出,在導(dǎo)葉自關(guān)閉水力矩的作用下,導(dǎo)葉就會(huì)關(guān)閉掉,機(jī)組停下。該方案在出現(xiàn)事故后,此時(shí)保護(hù)投入的保護(hù)閥門(mén)較多,一定要使用質(zhì)量符合要求的電閥門(mén),同時(shí)電閥門(mén)要位于干燥環(huán)境。否則,電磁閥安設(shè)到機(jī)坑等潮濕地方,動(dòng)作會(huì)非常不準(zhǔn)確,起不到保護(hù)機(jī)組效果。所以,相關(guān)專家在的基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)新。

目前,過(guò)速保護(hù)不再采用閥門(mén)和有關(guān)管路,而是使用防飛逸裝置。若機(jī)組過(guò)速,同時(shí)調(diào)速器不動(dòng)作時(shí),立即啟動(dòng)飛逸裝置,關(guān)掉全部導(dǎo)葉。在防飛逸裝置不動(dòng)作,經(jīng)延時(shí)后,進(jìn)水口事故閥自動(dòng)關(guān)掉。

(三)主軸密封型式。橡膠活塞盤(pán)式端面密封:利用0.25MPa水壓力把橡膠活塞壓往轉(zhuǎn)環(huán),起到良好的密封性,避免下游水混進(jìn)水輪機(jī)燈泡體內(nèi)。若水質(zhì)較差,泥沙量多,盤(pán)式端面密封的不銹鋼轉(zhuǎn)環(huán)就要遭到磨損。檢修時(shí)要卸掉水導(dǎo)軸承,結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。所以,相關(guān)專家也為此進(jìn)行了創(chuàng)新,目前已經(jīng)得到了普遍的使用,主要包括兩種方式:一是主軸襯套-編織盤(pán)根密封:主軸襯套用編織盤(pán)根纏繞,使用0.25MPa干凈水壓入編制盤(pán)根,具有非常好的密封效果;二是雙像膠平板密封:在運(yùn)行過(guò)程中,采用雙向橡膠板,構(gòu)成一空腔,再加上0.25MPa干凈水來(lái)進(jìn)行密封,這種型式密封效果非常理想。

三、小結(jié)

與相同容量的其他類型機(jī)組相比,燈泡貫流式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)性能好,能夠設(shè)立到壩體當(dāng)中,可不再使用繁瑣的引水系統(tǒng),縮減廠房面積,大幅降低開(kāi)挖量。隨水輪機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步,和水電行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新,高效燈泡貫流式水輪機(jī)能夠得到更好的應(yīng)用。