灯泡贯流电站水轮机简介

株洲航电枢纽电站灯泡贯流式水轮机简介

1/11/20231探讨的问题

1、为什么灯泡贯流式机组在国内外得到了广泛的应用？

2、灯泡贯流式机组适合什么样的水力资源？3、灯泡贯流式水轮机采用什么样的导水机构？4、为什么灯泡贯流式水轮机导水机构连杆轴承采用关节球轴承？5、管形座的固定导叶采用什么材料？1/11/20232株洲航电枢纽电站全景

1/11/20233株洲电站远景

1/11/20234灯泡贯流式水轮机

贯流式水轮机是开发水头低于30米的低水头水力资源较好的方式，具有如下显著的特点：

（1）水轮机具有较高的过流能力和大的比转速，在水头和出力相同的情况下，贯流式水轮机直径比转桨式小10%左右。（2）贯流式机组布置合理结构紧凑，电站的开挖量和混凝土量较小，土建费用可节省20%--30%。（3）电站建设周期短、投资小、见效快，电站靠近城镇。1/11/20235国内现有机组出力比较1/11/20236国内现有机组转轮直径比较1/11/20237水轮发电机总图灯泡贯流式机组整体剖面图1/11/20238总体设计

1.支撑方式机组管形座上、下固定导叶做为机组的主支撑，灯泡头下部和水平方向的支撑做为辅助支撑。

2.轴承布置

株洲航电枢纽电站机组转动部分采用双支点、双悬臂支撑方式。

3.设计要点水轮发电机组的灯泡体的支撑位于流道中，支撑刚度低，设计中避免发生共振。

1/11/20239株洲电站水轮机特性

1、技术先进、形体结构尺寸大。是采用国外先进技术与国内一流厂家合作生产的灯泡贯流式水轮机，是目前国内投运的同类机组中形体结构尺寸最大的，转轮直径7.5米。2、水头低、流量大、适用范围广。工作水头3~11.3米，额定工作水头6.7米，额定流量487.88m3/s。3、转速低、出力大。额定转速65.2r/min，飞逸转速协联保持时159r/min、协联破坏时200r/min，额定出力不少于28.87MW，。4、重量大，水轮机总重920t。旋转方向从发电机端向下游看为顺时针，1/11/202310

整机动态特性分析图1/11/202311

机组轴系计算图（1）1/11/202312

机组轴系计算图（2）1/11/202313

整机固有频率和模态图1/11/202314机组埋入部分

1、管形座

管形座是灯泡贯流式水轮发电机组最重要的埋入件，整个机组的各种力几乎均通过管形座的固定导叶传至砼基础。管形座的固定导叶采用Q235C材料制造，其余部分采用Q235A。

2、转轮室转轮室采用钢板焊接结构，易空蚀部位采用不锈钢复合钢板，其余部分采用Q235A。满足机组运行时转轮叶片与转轮室间间隙均匀的要求。

1/11/202315机组冲水工况应力分布图1/11/202316机组正常工况应力分布图1/11/202317

转轮

1、叶片采用ZG00Cr13Ni5Mo制造，由奥地利安德利兹公司供货，每台机4个叶片，单片重10吨。2、转轮体采用ZG20SIMn制造，轮毂直径2.9米，长4.2米，重60吨。3、转轮接力器缸采用ZG20Simo制造，直径1.35米，重7.3吨。

4、接力器活塞环采用PTFE组合密封环，接力器活塞重1.54吨。

5、叶片密封采用双层D型橡胶密封。1/11/202318

转轮装配图1/11/202319转轮外形示意图1/11/202320转轮（拆去卸水锥、缸盖等）示意图1/11/202321叶片传动机构示意图1/11/202322株洲转轮叶片示意图1/11/202323株洲电站转轮体1/11/202324高可靠转轮桨叶密封水电属于绿色能源，因此现代水轮机设计对环保要求非常高，尤其是转轮桨叶密封绝对不允许有超标泄漏。密封设计中经过科学分析和反复论证，最后采用径向组合密封结构，成功地解决了桨叶密封问题，电站的实际运行表明密封性能优良。1/11/202325叶片密封示意图1/11/202326株洲电站水轮机1/11/202327株洲电站主轴密封采用新结构、新材料---径轴向组合密封

主轴密封采用独创的径向和轴向组合密封结构，工作时通清洁水。更换主轴密封可不拆卸轴承，机组检修密封采用空气围带。主轴密封的轴向部分采用平板密封，固定抗磨环摩擦副采用不锈钢材料，径向部分采用“L”型改性聚胺脂密封，转动摩擦副采用不锈钢材料。1/11/202328主轴密封装配示意

图1/11/202329株洲电站水导轴承1、水导轴承为卧式、低速、重载、自调心、动静压结合轴承。2、轴承采用弹性扇形板支撑结构，运行时可以实现轴承的自调心。3、轴承设有高压油顶起系统，启、停机时高压油顶起系统投入，正常运行时轴承靠润滑油泵和高位轴承油箱供油。4、对轴承的油膜压力、功耗、温升、润滑油流量等静态参数和油膜刚度、阻尼等动态特性进行科研攻关1/11/202330水导轴承装配示意图1/11/202331株洲电站水导轴承示意图1/11/202332株洲电站导水机构1、导水机构为锥角60度锥形导水机构，最大直径11.04米，总重218t。（常规立式机组导水机构为圆柱形导水机构）。

1）由于机组支撑刚度低，变形大，导叶外轴承采用关节球轴承。

2）导叶连杆运动为空间运动，连杆轴承也采用关节球轴承。

3）导叶啮合面为空间圆锥面。

4）控制环摩擦副采用滚动磨擦副。1/11/2023332、导水机构由两只垂直布置的直缸式摇摆接力器操作，操作油压6.0Mpa。3、在整个开度范围内，导叶具有自关闭趋势。4、导叶密封采用国内、外开发使用的新型抗磨材料和密封型式。5、在贯流机组中导叶操作系统采用弹簧安全连杆保护装置

1/11/202334株洲电站导水机构装配示意图1/11/202335株洲电站内配水环1/11/202336株洲电站外配水环示意图1/11/202337

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株洲导水机构预组装1/11/202338株洲导水机构清理组装1/11/202339导叶

1、导叶为锥扇形体,高3.06米，重4.2t,工作面和背面为空间扭曲面。2、导叶安装难点：导叶端面、立面密封间隙的计算调整。3、导叶加工采用最先进的三轴联动数控镗铣床加工导叶工艺。1/11/202340株洲电站导叶刚、强度分析示意图

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株洲电站导叶预装1/11/202342

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株洲导水机构上半部翻身吊装1/11/202343工具

由于灯泡贯流机组为横轴机组，而且灯泡体内空间狭小，因此根据现场空间情况，安装时自行设计改造了许多适用于株洲航电枢纽电站水轮机的独特安装和运行检修维护工具。

1/11/202344株洲电站尾水管安装1/11/202345株洲电站管型座