貴州興義中寨電站

中寨電站混流式水輪機組特點及結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要：本文介紹高水頭混流式水輪機設(shè)計時，為提高機組穩(wěn)定運行所采取的措施，供同行們參考。關(guān)鍵詞中寨電站；高水頭；混流式水輪機；結(jié)構(gòu)設(shè)計前言：混流式水輪機組由于運行的水頭范圍很寬廣，因此其應(yīng)用的電站也很多。目前國內(nèi)混流機組運行水頭為20?400m。由于強度和汽蝕的限制，大于400m一般采用沖擊式水輪機。混流式機組比轉(zhuǎn)速高于沖擊式機組，且運行效率較高，同時水頭變化范圍也大。目前混流式機組有向更高水頭發(fā)展趨勢。重慶水輪機廠有限責(zé)任公司（簡稱重水廠）研制生產(chǎn)的部分立軸高水頭混流式機組參數(shù)見下表型號水頭范圍（m）出力（KW）轉(zhuǎn)速(r/min)電站名稱HL006-LJ-140295?31515000750云南綠水河電站HLA179-LJ-120237?247.58421750四川峨邊電站HLA179-LJ-165259.5?28320618600四川峨邊電站HLA542-LJ-130250?254.412500750廣東潮州電站HLA351-LJ-148265.365?339.80225770750貴州中寨電站2002年重水承接了貴州中寨電站項目，使我廠在高水頭混流機組設(shè)計制造方面上了臺階。并有許多新結(jié)構(gòu)是以前未采用的。電站概述2.1中寨電站位于貴州省興義市魯布革水電站附近，廠房內(nèi)裝一臺水輪發(fā)電機組，單機容量25MW，電站在系統(tǒng)中擔(dān)任基荷運行。2.2水輪機的主要技術(shù)參數(shù)：型號HLA351-LJ-148轉(zhuǎn)輪直徑：D1=1.48m額定水頭：Hr=282m最高水頭：Hmax=339.802m最低水頭：Hmin=265.365m額定流量：Qr=10.12m3/s額定出力：Nr=25.77MW額定轉(zhuǎn)速：nr=750r/min飛逸轉(zhuǎn)速：np=1332r/min軸承水推力：Pt=640KN吸出高度：HsW-3.5m配套發(fā)電機型號:SF25-8/3000配套進水閥型號:JZQ-00A/@1000*4.8配套調(diào)速器型號:BWT-80-4機組結(jié)構(gòu)及特點以往高水頭混流機組都存在振動、密封漏水、機組汽蝕及磨損快，以及導(dǎo)水機構(gòu)關(guān)閉不嚴(yán)難停機等問題。本機組設(shè)計時將以上問題為切入口，根據(jù)以往高水頭機組運行及修改的經(jīng)驗，采取相應(yīng)措施大膽創(chuàng)新。其總體結(jié)構(gòu)見圖1。3.1本機主軸與轉(zhuǎn)輪采用螺栓聯(lián)接摩擦傳遞扭矩，主軸與發(fā)電機主軸為螺栓聯(lián)接園柱銷傳遞扭矩。要確保機組穩(wěn)定運行，首先要滿足機組的臨界轉(zhuǎn)速nk大于飛逸轉(zhuǎn)速nR。一般nk/nR=1.2?1.25,本機滿足強度的主軸軸徑為中450,為提高轉(zhuǎn)動部份的剛度，軸徑增大到中500，使其nk>1.25nR。其次轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)式設(shè)計應(yīng)注意止漏間隙分配。減小止漏間隙可以減少容積損失，但間隙小到一定程度時，將會引起轉(zhuǎn)輪背壓與止漏間隙中壓力的顯著變化從而引起機組振動，一般第一道止漏間隙30.001D1。如不考慮反向水推力，轉(zhuǎn)輪上下止漏環(huán)徑向尺寸應(yīng)相同或相差不大，這樣可減小水力不平衡振動。本機轉(zhuǎn)輪上冠、下環(huán)為ZG06Cr13Ni5Mo不銹鋼材料，為提高葉片的抗磨蝕能力，葉片采用0Cr13Ni5Mo鋼板模壓成型，并在上冠上直接加工出梳齒止漏環(huán)。轉(zhuǎn)輪與頂蓋和底環(huán)第一道止漏間隙取為1.5?1.7，梳齒處由于相對于第一道止漏間隙處壓力已降低，因此間隙取小為1.0?1.2。另外，轉(zhuǎn)輪上冠處還裝有葉片泵裝置，運行時通過頂蓋取水作為機主輔助水源，同時也降低了主軸密封前壓力。3.2導(dǎo)水機構(gòu)特點設(shè)計中注意提高頂蓋及底環(huán)的強度和剛度，本機導(dǎo)葉數(shù)為20，其形狀與模型相比，材料為ZG06Cr13Ni5Mo，頂蓋系Q235-A焊接而成，過流面鋪焊有OCr13Ni5Mo不銹鋼板；底環(huán)為鑄焊結(jié)構(gòu)，底環(huán)體為ZG20SiMn，其過流面也鋪焊有OCr13Ni5Mo不銹鋼板。由于導(dǎo)葉頂蓋及底環(huán)過流面為不銹鋼，這大大提高了其抗汽蝕及泥沙破壞的能力，同時，要求導(dǎo)葉端面總間隙保證在0.1?0.3之內(nèi)。3.3補氣裝置特點高水頭機組由于尾水管流通狹窄，其尾水錐管內(nèi)流速較高，不利于象傳統(tǒng)在尾水管布置十字架補氣管，以免阻流或沖掉補氣管。本機采用主軸中心孔補氣，補氣裝置于發(fā)電機頂端，由于中寨電站發(fā)電機頂端高于機組尾水校核洪水位，經(jīng)設(shè)計審查確定取消了補氣裝置中的補氣閥，考慮機組過渡過程可能有少量的水排出，增大了補氣裝置排水管，排水補氣共用一根管，其結(jié)構(gòu)如圖2。3.4主軸密封特點主軸密封采用不接觸式密封，它由不動的密封體和轉(zhuǎn)動的密封套組成，主軸密封下端設(shè)有圍帶式檢修密封。在密封體上開有密宮減壓槽，同時接有兩根自流排水管，在圍帶座上也接有一根自流排水管。由于本機水頭很高，設(shè)計時擔(dān)心密封漏水，將密封體與轉(zhuǎn)動密封套間隙取為0.3?0.4，試運行時密封體與轉(zhuǎn)動密封套拉燒，由于密封前有葉片泵，電站在取掉密封體后繼續(xù)調(diào)試運行，機組除起動時排水管有水外運行時幾乎無水。后將密封體與轉(zhuǎn)動密封套間隙加大為0.6?0.8。為避免密封體與轉(zhuǎn)動套拉燒，應(yīng)將兩種零件材料硬度值拉開，同時密封體與轉(zhuǎn)動套間隙應(yīng)適當(dāng)加大，特別是高轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)輪上裝葉片泵的機組。3.5軸承的特點本機水導(dǎo)軸承采用稀油潤滑筒式軸瓦，通過熱傳遞計算，增加了冷卻銅管，由于機組轉(zhuǎn)速高，為減小油過快循環(huán)而使油發(fā)熱，軸瓦上油槽螺旋升角增大為65°，通過以上措施來降低軸瓦溫度。實際運行機組水導(dǎo)軸瓦溫還是偏高，后經(jīng)改為外循環(huán)將溫度控制在65°