百色水利枢纽水轮发电机组结构特点综述

人民珠江ＰＥＡＲＬ　ＲＩＶＥＲ・２００６年增刊　百色水利枢纽水轮发电机组　结构特点综述　赵松鹏，宁少博　（广西右江水利开发有限责任公司右江水力发电厂，广西百色５３３０００）　摘要：主要介绍广西百色水利枢纽水轮发电机组的结构特点，着重介绍了水轮发电机组采用的新结构厦其应用。　关键词：水轮发电机；结构；百色水利枢纽　中图分类号：ＴＭ３１２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１．９２３５（２００６ｌＳ－（￣４０－０３　百色水利枢纽电站为地下式厂房，单机单管布置，装有４　度Ｈ　＝一７．７０６　ｍ，较大，正常情况下，自然补气的补气量即　台立轴混流式水轮发电机组，单机容量１３５　Ｍｗ，总装机容量　可满足要求。此外，作为后备措施，还在顶盖上预馏了１２个　５４０Ｍｗ。年利用小时数３　１５０　ｈ，多年平均发电量１６．９亿　强迫补气孔。在转轮上冠上腔通过顶盖装设有对称布置的４　ｋＷ・ｈ，电站建成后并入广西电网运行。本文主要就水轮发电　根忆１９　ｍ皿×７顶盖泄压管，并直接与尾水管扩散段相通，可　机组结构上的主要特点作一些简单的介绍与分析。　以减少转轮上冠与顶盖问空腔的水压力及轴向水推力。转　１水轮机结构特点　轮的叶片出口边厚度约为３啪１，远薄于其他同类型机组出　水轮机和调速系统由上海福伊特西门子水电设备有限　口边的厚度。根据斯特罗哈尔经验公式ｆ＝Ｓｒ．　ｈ，式中．，　公司制造，水轮机主要包括转轮、导水机构、水导轴承、主轴　为激振力频率，　为斯特罗哈尔系数，Ｖ为流体流速，ｈ为叶　密封等部件。　片出口边厚度，削薄叶片出口边厚度，提高了激振力的频率，根　１．１转轮　据出厂模型试验及仿真计算，激振力频率避开了叶片自振频率　转轮采用整体铸焊结构，由上冠、下环、叶片等组成，直　或其整数倍。但叶片出口边厚度仅为３　ｍ，强度堪忧，尚须经　径４　２８０　啪，转轮采用的是Ｘ型叶片，叶片数目为ｌ３，叶片材　机组运行的检验。转轮出厂时转轮叶片出口边被打磨成光滑的　料为ＧＸ４ＣｒＮｉｌ３—４。较之常规叶型叶片，Ｘ型叶片进水边前　２ｏ）聿兑角状，可削弱水流绕流叶片产生的卡门涡列强度。这对今　倾不明显并有一定的后倾角；出口边不在同一轴面内，而是　后运行中防止叶片产生裂纹具有良好的预防作用。　一空间曲线；叶片与上冠交线较长，靠近上冠处翼型为负曲　１．２导水机构　率；叶片扭曲程度较常规叶型大，从正面看，叶片进口边与出　导水机构由顶盖、底环、活动导叶、控制环及传动机构组　口边叠加像英文字母ｘ。ｘ型叶片的结构使水流在转轮流道　成。顶盖为钢板焊接整体结构，尺寸　５６０　ｒｌｆｍＸ　７８０　ｍｍ，由　内的压力和流速分布更均匀，因而转轮在效率、空化和稳定　螺栓把紧在座环上，之间有调整垫片，可用来调整活动导叶　性等方面较优。目前，Ｘ型叶片已在三峡及棉花滩等电站得　端面间隙。螺栓安装时使用液压拉伸器，拉伸值为１，５　ｌＦ＇ａｌ＇ｌ。　到成功应用。　顶盖上设有排水孔，主排水方式为自流排水，并设有１台顶　转轮与主轴法兰采用螺栓联接，由销套传递力矩。水轮　盖排水泵作为备用。顶盖高度为７８０　ｒｎｍ，空问较狭小，其中　机采用主轴中心孔自然补气的方式向尾水管内补入空气，提　还布置有４根忆１９　ｍｌｎ　ｘ　７　ｍｍ顶盖泄压管、水导冷却器　主　高尾水管内压力，减轻转轮空腔空化，并可以减弱尾水管内　轴密封供排水管等管路，使本已狭小的空间更为拥挤。这将　涡带的强度。与常规位于大轴下端的由弹簧控制的补气阀　给今后的运行检修工作如测量上迷宫环间隙、检修主轴密封　不同，本厂补气装置的补气逆止阀位于大轴顶端的补气管　带来困难。底环为钢板焊接结构，由螺栓把紧在座环上，之　上，当尾水管内的真空度达到一定值时，补气阀自动打开补　问有调整垫片，可与顶盖座环间的垫片配合调整活动导叶端　气，补气阀开启真空度可由重锤调节。该补气方式结构简　面间隙。活动导叶数量为２４，导水叶分布圆直径为４　７９１　单、有效，维护检修方便，且不存在因弹簧疲劳导致补气失效　ｌｒｒｌｌｎ，导叶高度为１　２１３　ｎｌｍ。导叶为三支点支撑结构，３个导　的问题，缺点是补气时会有较大的噪音。本厂水轮机吸出高　叶轴承，１个位于底环上，另２个位于顶盖上。导叶轴承为　收稿日期：２００５－０９－０８　作者简介：赵松鹏，男，湖南衡阳人，主要从事水电厂检修工作。　４０　维普资讯 http://www.cqvip.com

ＦＡ一６Ａ铜背双金属自润滑轴承，无须添加润滑油。导叶上　发电机由哈尔滨电机厂有限责任公司制造，发电机包括　定子、转子、推力轴承、上下导轴承等。　２．１定子　面设有调整垫片，可以上下调整导叶的安装位置，使导叶上　下端面间隙符合要求。导叶端面间隙设计值为ｌ　ｍｉｌｌ，上端　面间隙为０．６　ｍｍ，下端面间隙为０．４　ｍｍ。本厂机组蜗壳前　未装设主阀，停机后完全靠活动导叶切断和密封水源，因此　对活动导叶密封性能要求较高，在底环和顶盖上均装有导叶　定子由机座、铁芯、定子绕组等部分组成。定子机座外　径为１０　５００　ｍｍ，高度为１　８７０　ｍｍ。定子机座分成４瓣，在工　地调整组焊成整圆，安放在基础板上，通过ｌ：２００的楔子板　端面密封条，密封条材料为ＣｕＳｎｌ２一Ｂ；因导叶采用不锈钢　ＺＧＯＣｒＩ３Ｎｉ４Ｍｏ整体铸造，抗磨损、抗气蚀性能较好。故导叶　立面未装设密封条，采用刚性密封，导叶接力器压紧行程为３　ｍｍ。在导叶连接板与导叶拐臂之问设有导叶摩擦环，可在　调整定子机座高程。定子机座外挂有８个空气冷却器。　定子在结构上的一个主要特点是采用了定子铁芯浮动　式结构，在定位筋托块与定位筋之间留有１．５　ｉｎｌｒｌ的间隙，定　子铁芯受热膨胀时，先通过预留的膨胀间隙，该结构减少了　导叶剪断销剪断时固定支持活动导叶，防止活动导叶自由摆　动碰撞相邻导叶和转轮。摩擦环摩擦力矩的大小由导叶连　接板抱紧螺杆预紧力调节。预紧力太小，则在剪断销剪断后　摩擦环无法固定活动导叶，起不到应有的作用；预紧力太大，　则增大剪断销剪断力矩。安装时抱紧螺杆预紧力矩为ｌ　７７０　Ｎ・Ｍ，螺杆伸长设计值为０．６８　ｍｍ。　１．３水导轴承　水导轴承由１０块巴氏合金瓦、轴承调整装置、轴承座、　兀块托架、内挡油圈、外置冷却器、上下油槽盖板等组成。水　导冷却方式为油自循环外置冷却器方式，但从结构上和油的　循环路线上看，既有别于筒式水导瓦的冷却方式，也不同于　其他水电厂的分块式水导瓦冷却方式。水导轴承油槽内可　分为上腔和下腔，下腔为热油，在水轮机大轴轴领节流开孔　螺堵的离心泵效应下进入油冷却器。节流开孔螺堵和节流　无孔螺堵的总数为ｌ０个，在上腔则是经过油冷却器冷却后　的冷油，在油压的作用下冷油进入上腔，冷却润滑水导瓦，当　油位高于溢流环时，热油经溢流环与溢流环盖板之间的间隙　流出上腔。　从结构上分析，本厂的水导轴承有如下几点优点：　ａ）基本不会产生甩油现象。常规结构的水导轴承，冷却　油从水导瓦底部轴向进入瓦面，轴向从导瓦上端甩出，冷油　的走向是从下向上，且一部分向上甩出的油甩出油面还易与　油槽内空气混合产生油雾，因此如密封不严，易造成甩油现　象。本厂水导轴承冷油从进油管径向进入上腔，绝大部分冷　油从水导瓦侧面切向进入瓦面，冷却润滑瓦面后切向甩出，　且切向甩出的油仍在油中，不会与空气混合产生油雾。此　外，上腔七端还有橡胶密封环和溢流环盖板密封，热油在油　位升高后自流溢出上腔，因此较好地解决了甩油问题。　ｂ）冷却效率高，自循环油流量调整方便，上腔和下腔很　好地隔绝了热油和冷油，提高了冷却效率；自循环油流量的　调整简单方便，轴领上的节流开孑Ｌ螺堵和节流无孑Ｌ螺堵的总　数为１０个，根据以后运行中的瓦温油温情况，通过增减节流　开孑Ｌ螺堵和节流无孑Ｌ螺堵的数量即可调整油流量。　ｃ）轴瓦间隙调整简单方便。水导轴承轴瓦间隙由斜楔　调整垫块调整，斜楔板斜面斜率为ｌ：５０，斜楔板每上下调整ｌ　ｍｍ，轴瓦间隙就相应增减０．０２　ｍｍ。　２发电机结构特点　受热时定子机座受力，起到了防止定子机座变形并简化了定　子结构的作用。定子铁芯由厚度为０．５　ｌｌｌｎｌ冲片工地叠制而　成．冲片材质为ＤＷ２７０—５０冷轧无取向优质硅钢片，该材料　具有磁导率高、磁滞损耗小及高电阻率的特性，冲片表面涂　有绝缘等级为Ｆ级的绝缘漆以减少涡流损耗。定子铁芯叠　片方式为每层搭叠１／３扇形片，在第２５层铁芯中部叠有一层　绝缘扇形片。定子铁芯下端采用大齿压板结构，上下两端铁　芯台阶处（每台阶高６　ｍｍ），由ｌ２张硅钢片粘成整体，提高了　铁芯的整体刚度。定子铁芯叠片后用活动的双鸽尾筋定位，　采用具有齿压板，恒压蝶形弹簧，拉紧螺杆的铁芯压紧装置。　当定子铁芯受热膨胀时，轴向膨胀力由铁芯压紧装置承受，　恒压蝶形弹簧收缩，以免铁芯变形产生较大的波浪度；铁芯　温度降低时，恒压蝶形弹簧伸长，保持穿心螺杆紧固力，使铁　芯不至于松动。　定子绕组采用双层条式波绕组，星形连接，Ｆ级绝缘。定　子槽数为４３２槽，线棒数为８６４根，线棒具有互换性，每根线　棒由２２３根单一导体组成，单一导体采用双玻璃丝包绕绝　缘，这些单一导体在定子铁芯高度（１　７５０　ｆｉｌｍ）　进行３１３．０４　度罗贝尔换位。可以有效地减少涡流损耗和发热。　２．２转子　转子为３段轴结构，由磁极、磁轭、转子支架、转子中心　体及转轴组成。顶轴采用２０ＳｉＭｎ锻钢，下端与转子中心体通　过螺栓联接，顶轴上热套上导轴承滑转子，并在两者之间设　置轴绝缘以免轴电流产生。转子支架为圆盘式斜筋焊接结　构，有９个主立筋，由１个中心体与３个外环组件在工地组焊　而成。转子磁轭是由２　２　ｒｎｌｎ厚低合金高强度结构钢板经冲　制、在工地叠压成整体。采用交错一个半极距相叠和正反向　叠片的方法，用高强度拉紧螺杆紧固以形成一体，磁轭设置　径向通风沟７个，并且在冲片接缝处留有通风间隙。磁轭与　转子支架采用切、径向复合键连接结构，磁轭热打键的单边　紧量为１．５　ｒｎｒｌｌ，分离转速为额定转速的１．１５倍。磁极铁芯　采用１．５　ｍｎｌ厚的ｏ３４５薄钢板冲片，用拉杆紧固成一体，通　过冲片上的Ｔ尾槽将磁极挂装在对应的磁轭键槽上，磁极由　打入的径向磁极键固定，磁极键留有一定的过盈量，在达到　飞逸转速时仍能保持对磁极的紧固力，使磁极不至松动。相　邻磁极通过支撑螺钉和撑块相互作用，３６个磁极在圆周方向　形成一个整圆，切向紧固磁极位置，相邻磁极的撑块与支撑　４１　维普资讯 http://www.cqvip.com

螺钉之间留有１　ｍｍ的膨胀空问。转子绕组由扁铜线绕制而　用的是油浸式内循环冷却系统。推力轴承结构可在不吊出　成，匝问绝缘等级Ｆ级，磁极外表面设有阻尼绕组。　转子的条件下拆装推力轴承瓦。推力轴承在结构上的特点　转子在结构上的一个主要特点是引入了斜元件结构，斜　主要体现在采用了新型的弹性金属塑料瓦，弹性金属塑料瓦　元件结构具有在对称力下易收缩、不对称力下稳固的特点。　是由聚四氟乙烯为表面，青铜丝为中间层，钢制瓦块为底层　与传统的径向支臂不同，本厂转子磁轭与转子中心体是通过　所组成的新型推力瓦材料。弹性金属塑料瓦干摩擦系数　＝　斜支臂相连，支臂在俯视顺时针方向前倾３０￣。此结构不影　０．０４　０．０８，约为巴氏合金瓦（　＝０．１５—０．２）的３５％，具有自　响机组的轴向刚度，但增大了径向柔度。在热打键时，这种　润滑性。相比传统的巴氏合金瓦，弹性金属塑料瓦推力轴承　斜支臂结构能吸收一部分的能量，改善转子中心体的受力状　有如下一些优点：　况，使转子中心体与主轴及顶轴的配合止口不会产生机械变　ａ）弹性金属塑料瓦比相同工况下的巴氏台金瓦油膜厚　形，有利于后续安装工作的进行；在正常运行时，它也能吸收　度大，润滑、冷却效果更好；　一部分由于离心力和转子热膨胀而产生的径向变形，以保证　ｂ）可取消高压油顶起装置；　气隙的均匀度；提高了所有支撑结构件的机械强度（安全系　ｃ）盘车时瓦面不用涂抹动物油脂；　数放大了）；改善了在所有载荷条件下气隙的径向精度；减少　ｄ）弹性金属塑料瓦推力轴承允许频繁地启动或热启动；　了在短路时的机械应力。　ｅ）机组制动转速可降至１０％一１５％额定转速，甚至允许　２．３推力轴承　惰性停机；　推力轴承置于下机架上的推力油槽内，轴向负荷通过推　ｆ）在推力轴承油槽内冷却器短时间停水时，推力轴承可　力轴承传递给下机架，下机架传递给下机架基础。推力轴承　以正常运行；　总负荷约为９４０　ｔ，轴瓦单位压力为３．８　ＭＰａ。推力轴承采用　ｇ）承载能力远超巴氏合金瓦；　分块瓦单波纹弹性油箱支撑的自调均载结构，推力轴瓦采用　ｈ）检修时无须刮瓦，安装调试方便，使用寿命更长。　从俄罗斯进口的弹性金属塑料瓦，瓦块数为ｌ２。冷却系统采　（责任编辑：李洁莉）　・ＩＩＩ●ＩＩＩＩ◆Ｉｈ●　●…ｒ●’●”●　●ＩＩ◆Ｉ１，●】¨●●●ＩＩ●Ｉｌ●ＩＩ●●Ｉｌ●　●　Ｉｈ●ｈ●ｌＩ●　●　●　Ｉｈ●－Ｉｌ●　●１’●１●●ｉｌｌ●　●－Ｉ●一ｌｉｌ，●Ｉ　ｌ（上接第３９页）　地下厂房岩锚梁工程，其岩台开挖难度最大，质量要求　设计文件和批复的施工措施认真检查每一个环节；最后的开　最高。为了保证开挖质量，监理工程师督促施工单位认真收　仓验收，在施工单位自检自评合格后，按照规定监理工程师　集其他类似工程的岩锚梁开挖所采用的施工技术，咨询各方　组织了参建５方人员通过了联合验收，在混凝土浇筑工序中　意见，成立试验小组，并根据设计颁发的《百色水利枢纽水电　监理工程师全过程旁站监理。　站工程地下厂房岩壁吊车梁施工技术要求》要求施工单位编　通过采取一系列保证措施，混凝土内在的施工质量优　写了《厂房岩锚梁开挖爆破试验大纲》报监理批准。　良，外观质量也取得了很好的效果，检测人员对岩锚梁混凝　试验过程中，监理工程师在现场全过程跟踪、督促、检查　土共施测了６ｏ个断面，检测点１　９０２点，其中合格１７０５点，不　施工人员按试验大纲进行认真操作。其中造斜孔工序，在施　合格１９７点，最大偏差为１９．０　ｍｍ，合格率８９．６４％。岩锚梁　工中有相当的难度，在不断摸索改进的过程中技术人员掌握　工程获得ｌｒ广西区科技进步三等奖。　了一套高质量造斜孔的施工方法，装药工序是岩台斜面成败　７严格单元工程质量评定　的关键，在装药时将线装药密度、堵塞长度、装填方式一一做　单元工程是工程项目最基本的划分。监理工程师严格　好记录。每一轮爆破后监理工程师与施工技术负责人一道　按照规程规范在施工单位自评的基础上对单元工程质量按　对爆破后的岩面进行勘察，仔细检查爆裂面的爆破情况。经　优良、合格、不合格子以核定，在核定等级时不仅检查各工序　认真分析研究，调整下一循环的爆破参数。通过如此往复试　资料，同时查阅相关的监理平行检测资料，如确有疑议，采取　验，最终取得最佳的爆破效果。通过试验取得的爆破参数应　抽样检查的方式予以核定。　用到岩锚梁的开挖中，岩面的半孔率达到９０％以上，岩石完　８结语　整的地段达到１１３０％。　工程质量监理是一个系统工程，是一个动态过程。监理　在岩锚梁锚杆施工中，监理工程师对锚杆的安装采取全　Ｔ程师应督促施丁单位建　、健全质量保证体系、质量管理　过程旁站监理，对锚杆孔的倾斜度和孔深均进行了１００％的　制度，制订及落实质量措施，充分利用业主赋于的权利和监　检查，全部符合设计要求。后经第三方广西水利电力勘测设　理规范对施工单位的质量行为进行监督、管理。百色水利枢　计研究院对地下厂房岩锚梁锚杆注浆密实度进行１００％的超　纽电站工程质量通过参建各方的努力，未出现质量事故，质　声波无损检测，共检测９５６根锚杆，合格率为９８．９５％，不合　量一直处于良好受控状态，截止３３０５年９月１５日，单元工程质　格率为１．０５％，优级率为４５．６１％，满足设计要求　量共评定２　６１０个，单元工程合格率为１００％、优良率８７．５％。　岩锚梁｝昆凝土施工，从确定跳仓浇筑、浇筑长度、模板支　（责任编辑：丁一）　撑架、钢筋间排距及解决混凝土拉筋头等，监理　程师按照　４２