贵州角木塘水电站ZZC502-LH-425型轴流转桨式水轮机设计
摘要：本文介绍贵州角木塘水电站ZZC502-LH-425型轴流转桨式水轮机设计特点，探寻轴流式水轮机通用设计特点 关键词：角木塘水电站；轴流式水轮机；设计 1 前言 贵州角木塘水电站水轮机为立轴混凝土蜗壳轴流转桨式水轮机，其型号为ZZC502-LH-425。水轮机进水为混凝土，包角为216°的蜗壳引水，采用金属直锥和肘形尾水管排水方式。与发电机采用直联形式，机组为立轴布置，轴系为三支点悬式形式，支撑在发电机的推力轴承上。配套发电机为额定转速166.7r/min，额定容量为35000KW；配套主配压阀直径为100或80，压力等级为6.3MPa的调速器，配套额定容量为2.5m3，压力等级为6.3MPa的油压装置设备。本机设计上采用了一些新结构，新材料，可供轴流式水轮机设计时参考。 2 水轮机主要性能参数 型号：ZZC502-LH -425 额定水头：Hr=28.5m 额定流量：Qr=136.76m3/s 额定转速：n=166.7r/min 飞逸转速：np=433.42r/min（非协联工况） 额定出力：Nr=36080KW 额定效率：η=94.36% 允许吸出高度：Hs≤-4.24m 转向：俯视看为顺时针方向 蜗壳型式：混凝土“T”型，包角216° 转轮叶片数：Z1=5 轮毂比：dB=0.4D1 叶片转角：-15°～+10° 额定操作油压： 桨叶接力器：6.3MPa 导叶接力器：6.3MPa 3 水轮机结构特点 ZZC502-LH-425轴流转桨式水轮机由转动部份、导水机构、埋入部份、水气管路、接 力器及油管路组成。 3.1 转动部份 转动部份由转轮体、叶片、泄水锥、桨叶操作机构、桨叶密封装置、三通管等组成。转轮上端与主轴用16颗M120×4精配螺栓连接，并传递扭矩。在转轮体的四周均匀安放5块悬臂桨叶，转轮体下方与泄水锥连接，圆柱销定位。在桨叶轴与转轮体之间安装桨叶密封装置，以密封转轮体内部的油不向外渗漏和外面的水不向转轮体内渗漏；桨叶的转角范围为-15°～ +10°，桨叶接力器活塞行程为120mm，桨叶外缘与转轮室的间隙为1.5～2.6，桨叶内缘与转轮体的间隙为1.5～2.0。桨叶操作机构见图1 桨叶操作机安装在转轮体下锥体内。在压力油作用下，通过桨叶接力器活塞的运动带动操作架7上下移动，由连板6、转臂5驱动枢轴2和桨叶1转动，这种操作机构称为带操作架传动的直连杆机构。桨叶接力器缸与活塞密封为组合密封，并设有导向环，组合密封具有耐磨、自补偿功能，止漏效果好，活塞杆与轴承密封采用YX形密封圈。 桨叶密封装置经过众多电站实际运行情况，本机选用双向“V”型密封，由压环、衬环及密封环组成，内部两层“V”型密封环防止油的渗漏，外部一层“V”型密封防止水的渗漏，用调 节垫片调节其压紧量，具有良好的密封效果。可以不拆桨叶更换密封环，新换密封环沿与半径方向成45°的面切开，套入桨叶轴后胶合。
3.2 导水机构
导水机构主要由导叶、顶盖、支持盖、导叶传动机构等零件组成。导水机构为圆筒式径向导水机构，24只导叶均分布在Φ5380的圆柱面上，导叶最大可能开口435.5，每块导叶设置剪断销。水机设置有两套排水系统，运行时主轴密封漏水至支持盖内腔，用配置的自吸泵抽至集水井或下游，另设置有自流排水系统，导叶轴颈处漏水、机坑漏水等经顶盖空腔排入座环，通过蜗壳鼻端与预埋排水管汇流至集水井或下游。
（1）顶盖：顶盖由钢板组焊成型，检修顶盖时不需拆出定子。顶盖过流面上焊有不锈钢材料制作的护板，以提高抗磨损的能力。
（2）支持盖：支持盖采用钢板焊接，支持盖上方有一环形槽安放滑块，与控制环形成磨擦付，支持盖上设置有4个吸力式紧急真空破坏阀，在紧急停机时补入空气。
（3）导叶传动机构：导叶传动机构采用双连板偏心销可调式结构，连板长度可通过偏心销进行调整。导叶臂上装有导叶限位挡销，当剪断销被剪断时，限位销能够限制导叶的偏摆。
（4）其它：导叶轴套采用铜基石墨含油材料，大耳孔轴套及连杆耳柄轴套采用钢背复合材料，运行过程中不需要加注润滑剂。
3.3 埋入部分
埋入部份主要包括机组的引水和排水部分。由蜗壳、座环、转轮室、尾水锥管、尾水肘管和扩散管、机坑里衬和接力器里衬等组成。
（1）蜗壳：蜗壳系“T”形断面的混凝土蜗壳，包角216°。
（2）座环：座环由上、下环及24个固定导叶组焊而成。固定导叶采用铸钢材料制作，打磨成型，固定导叶的型线与蜗壳出流和活动导叶进流相匹配。在座环蝶形盖板上开有灌桨孔，座环还设有排水腔，与电站预埋管连接。座环受运输条件限制为分半结构。
（3）转轮室：转轮室采用钢板焊接整体结构，在转轮室流道外设有若干环筋和纵筋，保证转轮室有足够的刚度。转轮室上与座环用螺栓联接，下与尾水锥管的补偿段用焊接形式相连。转轮室桨叶中心线以下采用了不锈钢材料制作，以减轻汽蚀破坏。
（4）尾水管：尾水管包括尾水锥管、尾水肘管和扩散段。尾水锥管采用金属里衬。锥管插入转轮室部分为一段凑合节，长度为300。锥管里衬设置了若干环筋，以保证流道的型线准确，为了调整中心电站安装时设置若干拉杆。为了便于运输，尾水锥管里衬上设有进人
门，检修平台用的若干园孔，测压测座等。
3.4 水气管路
水气管路包括供、排水、气管路、测压管路，电站安装时应对轴承冷却水管路、测压管路、水管路，压缩空气管路等。
以上管路与仪表柜上的压力表相连。
3.5 接力器及油管路
本机安装有两个导叶接力器，成平行布置，两个接力器同时受调速器控制，接力器活塞的动作经推拉杆传给控制环，再通过导叶传动机构操作导叶开启或关闭，接力器装在固定于机坑支墩上的接力器里衬上。本机还安装了锁锭装置。
接力器的额定工作油压6.3MPa。在其中一只导叶顶部上还设有位置开关，供自动化元件使用。在机墩外管路上还设有位置开关，供自动化元件使用。在机墩外管路上还设有分断关闭装置。
油管路是指连接在调速器与导水机构接力器和转轮受油器之间的管路。
3.6 受油器
受油器由底座、溅油盒、受油器体、操作油管等零部件组成，装置于发电机上端。溅油
盒与发电机主轴相连，操作油管与主轴装配部分的上操作油管相连。受油器的操作油管内管与转轮接力器的下腔相通，当压力油进入受油器上腔，并通过桨叶接力器下腔时，叶片就关闭，当压力油进入受油器下腔时，压力油通过操作油管的中间层进入转轮接力器上腔，接力器活塞下移，叶片开启。操作油管上部装有位移传感器，作为电量信号连接到调速器，即活塞移动的位置反馈给调速器。
受油器的轴瓦可自动调整，而圆周方向则利用限位螺钉防止轴瓦随操作油管的转动而转动，轴瓦与内外油管间隙均较小，这样在运行中各轴瓦漏油量减少，转轮内的漏油通过溅油盒的旋转引入底座内，自排油孔回到油压设备回油箱中。
3.7 油轴承
轴承采用稀油润滑油浸分块瓦轴承，轴承直径Φ1120mm，轴承总间隙0.25～0.38mm，由轴承座、轴瓦、档油筒、上油箱、冷却器等组成。
润滑油经过转动的主轴轴领上的向斜孔，在离心力的作用下被被带到轴瓦的工作面上形成油膜，并带走热量。热油从轴瓦中间向下流出，然后经冷却器冷却后再被带到轴承的工作面上。
轴瓦上浇铸的轴承合金，厂内已加工到位，电站安装时，不需刮瓦，轴瓦与主轴的间隙
可通过螺杆调节。
冷却器采用双金属挤片式翼片管。冷却水应使用不结垢的清洁水，进水温度不大于28℃，压力为0.2∽0.3MPa。
每块轴瓦设有一支铂热电阻，在油槽内设有2支铂热电阻，分别用于瓦温和油温的检测。轴瓦正常运行时的最高温度为55℃。油轴承中还设有油位信号器和油混水检测装置。
3.8 主轴密封
主轴密封由两部分组成：一部分为停机密封，由围带座、围带、围带盖组成，当机组停机时，围带充气抱紧下护罩，阻止水流外溢；另一部分为带浮动环自补偿性密封，它由浮动环、密封块、弹簧和固定的抗磨环组成。密封水压力为0.2∽0.3MPa.通入带压力的工作密封水起密封作用，密封材料采用赛斯德尔密封材料弹性密封，抗磨环采用不锈钢材料。该密封结构简单，运行可靠，安装方便。
4 结束语
贵州角木塘水电站ZZC502-LH-425型轴流转桨式水轮机设计具有一定特点，可作为轴流转桨式水轮机通用设计的参考。
参考文献：
[1]侯才水，刘华斌.模糊多属性决策模型在某水电站工程方案优选中的应用[M].武汉大学学报（工学版），2005，38（5）：25-27.
[2]侯才水，刘华斌.模糊多属性决策模型在某水电站工程方案优选中的应用[M].武汉大学学报（工学版），2005，38（5）：25-27.
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