重庆利泽水电站 GZC708-WP-720结构设计说明

重庆利泽水电站 GZC708-WP-720结构设计说明

王怀平

重庆水轮机厂有限责任公司，重庆 江津 402260

摘要: 介绍了重庆水轮机厂有限责任公司在灯泡贯流式水轮机自主研60余年以来再次在转轮直径及单机容量上取得重大突破。文中针对机组在选型设计、结构设计的思路、技术特点作了阐述。

关键词: 利泽水电站； 7.2米灯泡贯流式水轮机； 选型设计； 结构构设计。

1概述

利泽水电站位于重庆市合川区嘉陵江梯级渠化利泽航运枢纽工程，是嘉陵江干流重庆段航运梯级自下而上的第三级，电站装机容量(4X18.5) 74MW的灯泡贯流式水轮发电机组及其附属设备组成。

水轮机主要参数：

型号：GZC708-WP-720

额定水头：5.40 m

水头范围： 2.58～ 7.98 m

额定转速：71.4 r/min

额定流量：393.27 m3/s

额定出力：19070 kW

额定效率：91.75 %

最高效率：94.64 %

加权平均效率不低于：93.24 %

轴向最大正/反水推力：±276 t

灯泡比：1.111

飞逸转速（协联/非协联）：186/220 r/min

安装高程：▽195 m

吸出高度：-8.2 m

配发电机：SFGW18.5-84/7300

旋转方向 ：顺水流看顺时针。

机组总体结构概述：水轮机为灯泡贯流三叶片转桨式，锥形导水机构。水轮机与发电机同轴，水平布置，机组转动部分采用双支点双悬臂结构，水轮机管形座梯形柱穿过外壳与流道外壁混凝土固接后形成主支撑，发电机泡体设垂直和水平辅助支撑。发电机定子机座通过螺栓与管形座内壳上游侧法兰相连接，发电机被安置在完全密封的灯泡体舱内，灯泡体成为水轮机流道组成部分。如下图：

2水轮机主要部分结构简述

2.1 转轮：是机组核心部件，它的质量好坏、性能优劣决定着整个电站的经济效益。完整的转轮有由五部份组成，一是转轮与主轴、操作油管的连接及动力传递；二是桨叶双支点单侧悬臂轮毂支撑体系；三是后置式缸动活塞不动，额定油压6.3MPa接力器装置借助连板对桨叶的驱动；四是多层双向“V”密封圈+“X”垫桨叶组合密封，可不拆卸桨叶更换密封，保证不漏油、不进水。此种结构的优点是使水导轴承的布置更接近转轮中心，即悬臂变短、轴的受力状态好，运行稳定性高；五是泄水锥用螺栓连接到轮毂的下游端形成转轮体恒压油腔。为提高抗汽蚀性能,叶片采用优质不锈钢、外缘设有裙边。转轮装配后在厂內作静平衡试验，整体运输。

2.2转轮室：转轮室采用球面加反圆弧旋转筒式结构，分成上下两瓣, 本体整体用不锈钢制造，筒体毛坯装焊前采用模压成形，数控加工，工件加工后壁厚均匀。转轮室外壁设T形环筋，有足够的、适度的刚度，内壁与叶片外缘间隙均匀，单边间隙值不大于0.0005D1。

2.3导水机构：圆锥形导水机构由导叶、内外配水环、导叶操作机构、控制环、重锤、摩擦保护装置等组成。为方便检修维护，将导叶操作机构放在流道外侧转轮室与导叶室之间，为内调节。内、外配水环导叶配合面是两个同心球面。导叶轴线锥顶角120︒，圆锥体上环形布置16只活动导叶，控制环安置在外配水环与转轮室连接法兰上，采用干油润滑滚珠轴承。导水机构采用摩擦保护装置，导叶连杆为三维空间运动，连杆两端为球铰轴承。导叶设两个直缸推拉式摇摆接力器，额定操作油压为6.3MPa，具末端缓冲功能，接力器全关时设有锁定装置。为防止飞逸，在控制环的关闭侧设重锤，当调速器出现事故时导水机构也能靠重锤和导叶水力矩联合作用自动关闭导叶停机。

2.3.1导叶轴颈两端均设自润滑球轴承；导叶轴颈处设置“Y”型或“O”形密封装置。

2.3.2 导叶立面密封为机械硬接触方式，端面则为间隙密封。导叶密封面及上、下端面均采用不锈钢材料。导叶有互换性，导叶轴承在不吊出外配水环的条件下可就地拆装。

2.3.3外配水环为分半结构，采用厚板模压成形组焊退火精加工，设16只装导叶轴承的搭子，分半组合面采用法兰连接，并设可靠的止漏装置。内配水环采用钢制件，也设16只导叶小端轴承孔，下游侧法兰设水导轴承支座。

2.4支撑：机组的主要支撑为管形座，其内外环用中空的梯形柱连接，钢板焊接结构。管形座内壳上游侧法兰与发电机定子机座相连，下游侧法兰与导水机构内配水环相连；管形座外壳上游侧与流道盖板相接，下游侧与导水机构外配水环相连。管形座是机组的基础和各部件的安装基准。内筒体采用整体结构，外壳体采用钢板分瓣结构，管形座在工厂内预装并最终在现场组装，其与混凝土接触面设有足够锚具及拉杆。下部竖井支撑与基础之间设有安装调整装置。

2.4.1 机组支撑采用管形座为主支撑，发电机侧设辅助支撑。

2.4.2 管形座既是流道又是机组的主支撑，具有足够的刚度和强度。

2.4.3 管形座由内筒体、外壳体、前锥体、上部竖井和下部竖井组成。上、下竖井内设有爬梯和平台，并须考虑管道、电缆的通过。

2.5. 尾水管：

2.5.1 尾水管里衬是尾水管的一部分，上游侧与转轮室相接，下游侧里衬至水流流速 5 m/s 处，其余至出口为混凝土浇筑而成。

2.5.2 在尾水管进口段与转轮室设伸缩节，它既能调节和补偿轴向间隙，也能调整补偿中心位置，伸缩节采用“O”型密封圈或楔形密封条用压板压紧封水的结构。

2.6 受油器

2.6.1 受油器受油器设置在发电机上游侧灯泡头内，为防止电流损害机组轴承，受油器及其全部管道与发电机连接时均设绝缘装置。受油器的轴瓦为浮动式的，允许操作油管轻微摆动，对受油器安装运行有利。

2.6.2 受油器安装在灯泡头内发电机前面，包括受油器支架、操作油管和传输桨叶位置的回复杆。

2.6.3 受油器结构漏油量小，安装方便和运行可靠。设有漏油收集和排出装置，并用管路将漏油排至漏油箱。

2.6.4 受油器与发电机所有连接处都应设双重绝缘，以防止轴电流及漏电。

2.6.5 受油器转动与固定部分应留有一定的反向推力位移裕量。

2.6.6 桨叶密封的恒压油是通过该油管接至高位油箱。

2.7 主轴密封及检修密封

2.7.1主轴密封形式：水润滑聚胺脂填料密封，密封面为径向，密封面为不锈钢；用弹簧弹实现自平衡补偿达到稳定的封水效果，同时设置足够尺寸的排水管。在密封下游，设有空气围带，供检修密封时使用。主轴密封更换周期不少于16000运行小时。

2.7.2 主轴密封严密、耐磨、耐热、结构简单和便于检修。在不拆卸水轮机径向轴承的情况下，可以调整和更换密封。密封压环采用不锈钢制作。

2.7.3 主轴密封的漏水量不大于20 L/min，漏水集中用管路排出。

2.7.4 主轴还设有充气围带式（或其他型式）检修密封，用于检修、更换主轴密封。检修密封的工作气压为0.5～0.7 MPa。

2.8 水导轴承: 承载油膜为动静压结合的工作方式，轴承受力结构的悬臂比为 0.35 之、宽径比为 0.85；负荷变化时具有自调心功能。轴承支撑柔性轴承结构，即在轴承体下方小于 180︒范围内将轴承支撑在不很厚的倒斜边扇形板上，轴承体与扇形板仅进行轻微的螺钉连接，这样当需要调心时，可利用连接处的端面间隙或通过扇形板的弹性变形来实现自动调心的目的。因为作用于轴承上的水力、不平衡径向力、机械不平衡力远远小于转轮和大轴的重量，所以合力总是向下的。考虑轴承的这一点受力特点，为减少摩擦力，轴承体上部除两端各留 40～50 mm 宽的巴氏合金外，中间不镶巴氏合金并留很大的间隙。只有当机组转速达到一定数值时，承力面才能形成油膜，使轴承体与主轴接触处为液体润滑状态。而当机组转速小于某一数值时，动力油膜已不能够承受来自旋转轴的径向载荷，就会出现半液体润滑，甚至为边界润滑。所以，在机组启动和停机过程中需运用高油压，将主轴托起，避免烧瓦。轴承润滑采用强制性的体外循环方式，即设置高位油箱，利用油的静压头向轴承供油。润滑轴承的油返回低位油箱，再用油泵送入高位油箱，如此循环往复。

2.8.1 水轮机径向轴承可靠和便于检修。在运行中不漏油和不甩油。

2.8.2 径向轴承能安全承受机组任何运行工况下的径向荷载。

2.8.3 轴承体分为两瓣，每瓣采用钢板焊接结构。轴瓦表面衬以巴氏合金材料。轴承的设计满足大轴出现微小的位移。扇形轴承座与内支承体接触面为柔性结构，采用螺栓联接，以适应主轴挠度的变化。并可调整转轮和转轮室之间的间隙。

2.8.4 巴氏合金瓦衬通过燕尾槽楔形浇嵌固定在轴瓦体上，进行100%超声波检查，轴瓦在制造厂与主轴轴承段的轴颈配装合格。

2.8.5 轴承配套设置高压油润滑顶起装置、轴承回油箱和高位油箱。

2.8.6 径向轴承润滑油采用强制油外循环和集中水冷却方式。润滑油采用“循环油泵-高位油箱”供油方式。高位油箱储油量应满足在油泵故障时机组轴承继续安全运行10min和机组事故停机所需的润滑油量。

2.8.7 在各种运行工况下，轴瓦温度不得超过70℃。轴承油温不得超过50℃。

2.8.8 轴承能安全地承受最大飞逸转速5min而不被破坏，在冷却水中断情况下能安全运行15min而不损坏轴瓦。

3结束语

重庆水轮机厂有限责任公司自主研制转轮直径7.2米的巨型灯泡贯流式水轮发电机组，必将产生巨大社会效益，企业将再次腾飞。