平班水电站水轮机的性能和结构特点

1、平班水电站水轮机的性能和结构特点广西电力勘察设计研究院闭贵宁摘要：作为电站核心设备z-的水轮机.其性能的好坏和运行可靠性，对电站能否发挥预期 的工程效益起着关键作川。平班水电站水轮机为轴流转桨式水轮机，额定出力13& 5mw,转 轮直径7. 22mo本文对该水轮机的性能和主要部件的结构特点进行了较为全面地介绍和评 析。关键词：平班水电站水轮机性能结构平班水电站位于广西壮族自治区与贵州省交界的南盘江上，是红水河梯级开 发规划中的第3个梯级水电站。上游距天生桥二级水电站35km,下游与龙滩 水电站衔接。电站装设3台轴流转桨式水轮发电机组，总装机容量为3x135mw。 水轮机曲上海伏伊特西门

2、子水电设备冇限公司制造，水轮发电机出天津阿尔斯通 水电设备有限公司制造，电站第一台机组已于2004年11月30日投入运行。 一、水轮机性能平班水电站的水轮机模型于2002年4刀在德国海德海姆的伏伊特西门子水 电公司的低水头水轮机试验台进行了验收试验，试验屮除了按合同规定对水轮机 性能保证值进行验证外，为验证屯站初期水轮机运行的稳定性，对保证运行范围 以外的工况也进行了观察。1.1水轮机参数水轮机型号：zzs486-lh-722机组台数：3水轮机名义尺寸：7220 mm额定转速：107.14 r/min1办联飞逸转速：260 r/min非协联飞逸转速：320 r/min最大水头：39.0 m设计

3、水头：36.1 m额定水头：34 m最小水头：27.2 m额定流量：440.29 m3/s额定功率：138.5 mw1.2水轮机运行范围平班水电站运行水头范围为：最大水头39.0m,设计水头36.1m,额定水头 34 m,最小水头27.2mo由于主休工程施工分两期进行，一期施工厂房，二期施 工溢流坝，根据施工进度安排，在1#机组安装完成吋，溢流坝金属结构尚未安装 完成，使1#机组在施工期的运行水头为22mo通过模型试验和1#机组初期运行 的情况看，该水轮机在22m水头、带4090mw负荷的范围内均能稳定运行。 可见，伏伊特西门子水电公司用于平班水电站的水轮机冇较宽运行范围特性，能满足机组初期运

4、行稳定性的要求。1.3能量特性平班水电站水轮机模型效率试验的结果采用iec60193标准中的两步法换算 到原型工况。平班水电站的水轮机模型验收试验能量试验结果见下表：额定工况效率最优效率加权平均效率合同保证值94.70%95.32%94.86%验收试验值(换算到原型)94.74%95.27%94.87%在模型验收试验结果中，水轮机最优效率比合同保证值略小，但仍在合同要求的水轮机模型试验台综合误差范围内，因此可认为试验结果满足合同要求。 平班水电站水轮机有较好的出力特性，其在各水头下的最大出力见下表:最大水头(39m)设计水头(36.1m)额定水头(34.0m)最小水头(27.2m)初期运行水头

5、 (22.0m)138.5mw138.5mw138.5mw122.5mw90.0mw试验屮还在电站装置空化系数下对模型水轮机的效率和出力保证值进行了 复核。复核结果表明：在运行范围内，电站装置空化系数条件对模型水轮机的效 率和出力影响非常小，试验结果仍满足合同要求。从模型试验的结果看，平班水电站水轮机在能量特性上达到了同类机型的较 高水平。1.4空化特性水轮机运行过程中的空蚀现象，会对水轮机过流部件，特别是转轮叶片表面 造成损坏，它不仅会降低水轮机运行效率，严重时甚至危及部件的结构安全。为减少水轮机空蚀损坏的彩响，合同文件规定：在水电站的水头、出力运行 范围内，水轮机的临界空化系数(oc)应低

6、于相应工况下电站的空化系数(oy), 其比值。y/oc应大于l.loo平班水电站水轮机模型试验的水轮机的临界空化系 数按水轮机模型验收试验规程(gb/t15613-1995)附录中的方法a3确定。 平班水电站装置空化系数与相应工况卜的水轮机临界空化系数的比值见卜表：最大水头 (39m)设计水头(36.1m)额定水头(34.0m)最小水头(27.2m)初期运行水头 (22.0m)1.3231.2111.2731.1491.16模型验收试验表明，平班水电站水轮机有较好的空化特性，在合同文件规定 的水头、出力运行范围内，齐种工况下电站装置空化系数与相应工况下的水轮机 临界空化系数的比值基本不低于1.

7、1,满足合同要求，并有一定安全空化裕度。1.5稳定性水轮机的运行稳定性主要农现为水力振动和机械振动。造成机组运行不稳定 的原因是多方面的，其中，水力因素包括尾水管涡带、卡门涡流、流道内的不均 匀流场及空化等。而尾水管涡带将引起尾水管内压力的波动，从而使机组振动加 剧，摆度与岀力波动加大。为保证平班水电站机组的稳定运行，在合同文件中对水轮机的压力脉动值作 了规定：在39m34m运行水头及相应水头下35%100%保证岀力范围内，尾 水管压力脉动值(峰峰值)不大于相应水头的6%；在34m以下运行水头及相 应水头下35%100%保证出力范围内，尾水管压力脉动值(峰峰值)不大于相 应水头的8%o模型试验

8、结果表明，平班水电站水轮机在合同规定的运行范围内，尾水管压 力脉动值(峰峰值)均未超过相应水头的6%,说明其有较好的稳定运行特性。二、水轮机主要部件结构特点2.1转轮平班水电站水轮机转轮由转轮体、五个可调节的不锈钢桨叶、桨叶接力器、 桨叶操作机构和泄水锥组成。转轮叶片外径为7220 mm,轮毂比为0.44。叶片由 安装在转轮体内耐磨轴瓦來导向。在不拆叶片的情况下，可以更换叶片枢轴密封。 为防止水进入转轮体屮，设置轮毂高位油箱使转轮体内的油压大于最大尾水位水 压。转轮桨叶采用aod精炼g-x5crnil3 4 （与zg0crl3ni4mo相当）不锈钢 铸造，其表面采用数控加工。桨叶密封采用多层v

9、型密封，具冇双向密封性能, 能防止漏油和水进入转轮体，并能在不拆卸叶片的情况下更换。转轮体采用g-x20mnmoni55材料铸造加工制成。桨叶接力器采用缸动式结 构，即桨叶接力器缸上下运动，活塞不动。接力器布置在转轮体内、叶片中心线 以下。这种布置可以降低转轮体高度，减少转轮重量。更重要的是，缸动式布置 方式，其操作油管无需上下窜动，可避免受油器浮动瓦过量磨损，防止出现窜油 现象。2.2主轴密封平班水电站水轮机采用静压式轴向密封，密封润滑水进入到静止密封环与旋 转密封环之间的密封腔屮，并形成一个分离的抗磨环和密封环的水膜。这样使得 密封的泄漏量达到很小。密封环由特殊酚醇树脂材料制成，并出许多不

10、锈钢弹簧 紧压在抗磨环上，这样就保证了在机组静止且润滑水关闭后仍具有密封功能。主轴密封静止部分安装在导流锥上，靠近水轮机主轴法兰端，抗磨环同定在 主轴法兰端面与主轴一起旋转。密封环为自补偿型，使作用在密封环上的水压力 是均匀的，因此密封对外部水压的变化并不敏感，这对尾水压变化较大的轴流转 桨式水轮机來说尤其有利。主轴密封结构简图1 水轮机主轴2 支撑环3 滑环4 密封环5 抗磨环6 磨损指示计7 检修密封2.3受油器调速器控制的压力油通过受油器和操作油管供应到转轮接力器中，受油器安 装在发电机顶部，负责将油从固定着的油路引入转动着的操作油管。平班水电站受油器采用浮动瓦结 构，布置于受油器里面的

11、浮动瓦可以 使油从静止油腔流至转动油腔，浮动 瓦具有口调节功能，可以补偿油管的 轴向移动。浮动瓦采用自润滑材料制 成，不会因磨损而污染润滑油。在受 油器的顶端及底部均设有可靠的密 封。在水轮机和发电机主轴中心孔内 冇四根操作油管，其屮两根用来使叶 片开启，另两根用来使叶片关闭。主 轴中心孔内还设有一根屮心杆，其一 端与桨叶接力器相连，另一端仲出受 油器顶部，用以对桨叶接力器行程即 转轮叶片的转角做出反馈。受汕器结构简图2.4导轴承平班水电站水轮机导轴承采用稀油润滑轴承、分块瓦结构。为减少机组传动 部分的摆度，保证机组的稳定运行，水导轴承布置在支持盖底部以尽量靠近水轮 机。水轮机导轴承冷却采用外循环冷 却方式。外循环冷却系统由两台油泵、 一台热交换器以及相应的管道阀门组 成，循环油管路上设有电接点流量计 和温度计以监控系统运行。水导轴承轴承体采用钢板焊接结