灯泡贯流式水轮机的结构特点

任尚洁

摘要：灯泡贯流式水轮机是开发低水头水力资源的一种机组，文章综合介绍了灯泡贯流式水轮机的结构设计特点。

关键词：灯泡贯流式水轮机；结构特点

中图分类号：TK730.3 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）17-0086-02

这种机型适用水头范围广，流道呈直线状，转轮形状与轴流式相似。机组转动部分采用两支点双悬臂结构，机组旋转方向为从发电机端向下游方向看順时针。由于水流在流道内基本上沿轴向运动不拐弯，因此较大的提高了机组的过水能力和水力效率。

1灯泡贯流式水轮机的主要部件结构特点

1.1尾水管

尾水管一般采用钢板里衬，里衬应能安全承受各种尾水位的内外水压力、运行中的压力脉动以及混凝土浇筑中出现的内外压力，所以要求里衬有足够的强度和刚度。因为尾水管里衬都是运到现场后再拼焊成整体，所以里衬的分节数在满足装卸及运输条件下应尽可能少，这样可以减少现场的组装工作量和尾水管的变形。尾水管上设有单独引出的进口断面压力测头4个及出口断面压力测头4个(沿圆周方向均布，采用不锈钢制作，分别测量尾水管进口真空和出口压力)。尾水管底部应开一定数量的带堵板的混凝土浇注孔和灌浆孔。

1.2转轮室

转轮室是连接尾水管和管型座的部件，其分瓣结合面采用法兰连接，并应有可靠的止漏措施。转轮室内表面应加工成球面，内壁与桨叶外缘的间隙要均匀，单边间隙值≤0.0008 D。转轮室与基础环之间应设伸缩节，其可调间隙为15~25 mm。

1.3管型座

管型座既是流道又是机组的主支撑，必须具备足够的强度和刚度。它的受力情况主要考虑四个工作状态下的：在停机充水工况；满负荷正常运行工况；紧急停机；飞逸工况。

管型座由内壳体、外壳体、上竖井和下竖井等组成。上下竖井应设有爬梯和平台，并须考虑管道、电缆的通过。内壳体与上、下竖井采用焊接联接并进行无损检查。内壳体的上游面与定子机座连接，下游面与内导环连接，其采用分瓣结构。外壳体上游面与发电机进人孔的框架、墩子盖板连接，下游面与外导环连接。外壳体采用钢板焊接结构，在工厂内预装并在现场组装，其与混凝土接触面应设有锚具及拉杆。管型座底部应开一定数量的混凝土浇注孔和灌浆孔，并带堵板。

1.4导水机构

导水机构由内、外导环、导叶、导叶轴承、导叶操作机构、重锤、连杆、拐臂和导叶保护装置等组成。导叶操作机构应有足够的强度和刚度，在满足水轮机允许吸出高度要求的条件下，尽可能增大导叶开度，以增加低水头下的输出功率。要设置有效保护装置，使得在导叶关闭过程中，当两导叶之间卡有异物时能保护其他导叶可以全关，并能发出导叶卡阻信号。一个保护元件破坏应不会引起其它保护元件的连续破坏，每个保护元件应装有信号装置，保护装置应具有互换性。导叶采用弹簧连杆保护方式，弹簧连杆间隔布置。

导叶采用铸钢整铸或钢板焊接加工，圆锥形布置，各轴颈处堆焊不锈钢保护层。内、外导环为分瓣结构，用钢板焊接并退火，分瓣结合面及上游、下游侧均采用法兰连接，并设可靠的止漏装置。内导环采用钢制件，其上游和下游侧均有法兰。

控制环采用铸焊货焊接结构，具有足够的刚度。如必须分瓣时，分瓣面应设在应力最低的位置。控制环与外配水环之间采用滑动摩擦或滚动摩擦，滚球材料为不锈钢，并便于拆装。控制环上设有悬挂重锤的吊环。

1.5转轮和转轮桨叶操作机构

桨叶采用可焊性好、耐腐蚀的不锈钢VOD精炼铸造，并在五座标数控镗铣床加工成型。在预期的最大载荷和最高飞逸转速时，叶片最大应力都不超过规定值。转轮要满足铸造质量标准，并做无损探伤试验。桨叶加工前后要探测气孔，所有气孔均应铲除并修复，加工后不允许有空穴、凹陷、裂缝或凸出物。桨叶操作机构由连杆、拐臂及连接销组成，该机构应有足够的精度并运行灵活。

转轮轮毂采用抗磨蚀和可焊性好的碳钢铸造，用不锈钢螺栓和定位销连接到主轴法兰上。在轮毂表面桨叶根部活动范围内铺焊不锈钢保护层以防空蚀。桨叶端部活动范围内的轮毂表面应加工成球形，减少桨叶与轮毂之间的间隙，以降低通过此间隙的漏水量。桨叶密封应安装、拆卸方便，不用拆卸叶片即可更换叶片密封。转轮体内的采用钢制活塞，活塞杆通过接力器活塞缸盖的部位应设有可更换的导向瓦。轮毂表面型线应与验收后模型相似。

泄水锥用不锈钢螺栓连接到轮毂的下游端，应设有防脱落设施，泄水锥拆卸后可检修轮毂内部的桨叶操作机构。

转轮装配好后应在车间进行耐压及桨叶动作试验，以检验桨叶密封、桨叶开启角度范围；同时应作静平衡试验，不允许在轮毂的外侧作偏心切割，为了平衡用的配重块或塞孔必须设在不靠近水流的表面。

1.6主轴和主轴密封

主轴用锻钢锻制，带有锻制法兰。主轴为空心结构。

主轴应具有足够的强度和刚度，且全部精加工，主轴与轴承配合的表面要抛光，并在精加工之后做超声波检查。主轴保护罩采用钢板卷制，分成两瓣，采用法兰连接。

主轴密封应严密、耐磨、耐热、结构简单，便于检修。紧固工作密封和检修密封的压板、螺栓、螺母等均用不锈钢制作。一般有端面平板式密封；成型填料密封；径向补偿式密封。

1.7导叶接力器

水轮机应设置油压操作的导叶接力器，其额定操作油压为6.3 MPa。接力器应设置填料箱和密封，以防止漏油。接力器活塞杆应用高精度加工的不锈钢制造，应设置漏油接收和排油装置，以及从接力器缸排除空气的针阀。接力器缸两端应设有压力表。在接力器与导水机构操作环之间设置连杆。

接力器应在工厂整体组装和做耐压试验，充油运输，包装严密，在工地不需拆洗。接力器设计要合理，防止导杆、接力器缸和活塞等部件的拉毛现象。

1.8受油器

受油器安装在发电机前面的灯泡头内，包括受油器支架、操作油管和传输桨叶位置的回复杆及位移传感器等。

受油器结构应满足漏油量最小，安装方便和运行可靠的要求。应设有漏油回收的排出装置，并用管路将漏油排至漏油箱。任何情况下必须杜绝油漏向发电机。

操作油管采用不锈钢无缝钢管，法兰连接，其轴承采用自调整结构，在机组主轴内不少于三个自调整轴承。在受油器开、关腔油管上应装设压力表。

受油器设有桨叶转角和回复杆位置指示装置。受油器应设有防止轴电流及漏电的措施，受油器与发电机连接应设有绝缘措施。受油器转动与固定部分应留有一定的反向推力位移裕量。

1.9轴承润滑油系统和冷却系统、过速保护装置等

轴承采用高位油箱供油，高位油箱油量应满足在油泵故障时机组各轴承能连续安全运行10 min和完成机组事故停机时所需的润滑油量。所有轴承都采用同一种润滑油，冷却器布置在轴承油箱外。水轮机应设有油温监测装置。

每台机组提供一套保护装置，其动作值在原厂整定，不允许现场进行整定。该装置在工厂整定后，在现场安装时不需要调试即应可投入正常运行。

2结 语

因为贯流机机组结构紧凑，与同一容量的机组相比，其尺寸小，可布置在坝体内，取消了复杂的饮水系统，可减少厂房的建筑面积。但是由于发电机也是装在水下密闭的灯泡体内，所以对电机的通风、密封、轴承的布置和运行检修有一定的要求。相信随着水轮机技术的进步和发展，以及国内外技术的交流学习，这种低水头、效率高的贯流机会有更大的空间。

参考文献：

[1] 符胜蛟.灯泡贯流式水轮机运行中的几个问题[J].大众科技,2011,(8).