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1、新型整装式轴伸贯流水轮发电机组的设计与应用- 工程论文新型整装式轴伸贯流水轮发电机组的设计与应用周广新 ZHOU Guang-xin（江苏航天水力设备有限公司，扬州225600 ）（ JiangsuHangtianHydropowerEquipmentCo. ， Ltd. ， Yangzhou225600 ，China ）摘要：轴伸贯流式水轮发电机组是一种结构简单、性能优良、安装维护利便的机型，它适用于低水头、 大流量水电站的一种专用机型。本文主要研究一种新型整装式轴伸贯流水轮发电机组的设计与应用，并实例论证这种新型整装式轴伸贯流水轮发电机组比一般机组的优势，以期能得到大量推广， 为地方水利水
2、电建设节约成本提高效率。Abstract:The tubularshaft extension hydro-generatingunitisanequipment with simple structure, excellent performance and convenientinstallationand maintenance,andit issuitable for low-headandhighflow station.This paperstudiesthedesignandapplicationofnewself-containedshaft extension tubular
3、 hydro-generatingunit,anddemonstrates the advantages of this new unit with examples, in order topromotethisnew unit andreducethecostandimprove efficiencyoflocal water conservancy and hydropower construction.关键词 ： 轴伸贯流；水轮发电机组；结构；设计Key words: tubular shaft extension；hydro-generating unit；structure ；de
4、sign中图分类号： TK733+.8文献标识码： A文章编号：1006-4311 （2015 ） 30-0116-030 引言目前已在运行的轴伸贯流机组有两种装置形式分别为直联和增速两种。转轮直径一般在 1 米以上，对于单机出力较小的电站，如100kW ，就不是太适合，主要是总装机不大而安装周期较长导致投资成本较高。轴伸贯流式水轮机是贯流式水轮发电机组的一种，具有结构、布置简洁，厂房土建工程量较小，维修方便，缩短工期等优势。可资料显示，采用贯流机组比相同容量轴流机组，可节省工程投资10%-25% ，增加年发电量3%-5% ，具有明显的经济优势。轴伸贯流机组又分前轴伸和后轴伸两种形式。1 新型
5、整装式轴伸贯流水轮发电机组工作原理水轮发电机组是把水的势能、动能转换成电能的一种机械，通过将有落差的水流冲击水轮机的浆叶并使水轮机的主轴旋转，带动发电机以额定的速度运转发电。具体为将具有一定落差的水流过水轮机，通过水轮机的桨叶， 将水能转换为水轮机的机械能， 水轮机带动发电机运转， 最终将机械能转换为电能， 最终电能输入电网。本装置的主设备由水轮机、发电机、推力轴承箱等组成。设备的布置形式见图 1 。其工作原理为：水流经过引水管路后进水部件（序号1）导水机构（序号 3 ）转轮（序号5）转轮室（序号6 ）肘管以及尾水管下游的尾水池。水轮机、发电机共用一块钢制的基础板，转轮的两端有轴承做支撑，水推
6、力由推力轴承承受。2 新型整装式轴伸贯流水轮发电机组的特点及优势2.1 新型整装轴伸式水轮发电机组主要特点该机组与常规的轴伸贯流式机组的流道形式相同，不同之处在于使用了底座，将水轮机、发电机、推力箱组装在底座上， 在工厂内组装调试好， 整装发货，在保证水能得到充分利用的同时缩短了安装周期。该站设备运至工地后， 先找正底座，使其处于基本水平， 同时将机组的前法兰与先期预埋好的进出水流道的法兰口连接，然后浇注二期砼， 前后耗时仅半个月就投入试运行，出力和运行的平稳性均较好，得到了用户的好评和认可。 该机型具有良好的推广价值和市场适应能力。水轮机的主要部件均装在一个底座上，在工厂内组装好，调整好同心
7、达到安装规范的要求，并做好各项试验、检查，发运至电站工地后，安放在入预留的位置上里，将机组固定，浇注二期砼即可。 发电机通过联轴器与水轮机的主轴连接。即：机组基本是整体装配发运（整装） ，大大减小安装的工作量，也缩短了施工周期。主要特点如下：从进水到出水方向轴向贯通形状简单，过流通道的水力损失减小，施工方便，另外它效率较高，其尾水管恢复功能可占总水头的40% 以上。贯流式机组有较高的过滤能力和比转速，所以在水头与功率相同的条件下，贯流式的要比轴流式的直径小10% 左右。贯流式水轮机也可作逆式水泵水轮机运行，由于进出水流道没有急转弯，使水泵工况和水轮机工况均能获得较好的水力性能。贯流式水电站一般
8、比立轴的轴流式水电站更具优势，比如建设周期短、投资小、收效快、淹没移民少，电站靠近城镇等。2.2 新型整装轴伸式水轮发电机组的优势主要是将目前现有的轴伸贯流机组的布置形式做了改变，即整装方案，特别适用于小型化机组。可以缩短安装周期，方便施工。机组需要维护时，关上进出水阀门（电站单独配置） ，打开转轮室即可检修。如果，现场不具备检修条件，可将进口处的螺栓和与肘管处的螺栓松开，将水轮机整体吊离原位置即可运至检修车间或制造厂进行大修。结构新颖， 将原有轴伸贯流机组需要预留3-4 处地脚支墩基础的形式改为仅需固定水轮机底座即可浇注二期砼。方便施工，机组的内在性能保证只需由制造厂家控制即可， 该机型对安
9、装队伍的素质没有太高的要求。缩短建设周期、 投资省，维护方便，特别适合单机出力较小的（单机出力300kW 以下）转轮直径小于 700mm的电站选用。3 新型整装式轴伸贯流水轮发电机组总体布置轴伸贯流水轮机组，水流从进水管引入，经导水机构、转轮、尾水管排至尾水渠道。转轮室后的肘管成S 型，水轮机主轴从肘管中水平穿过后通过增速器与常规发电机联结。水轮发电机组设2 导 1 推共 3 个轴承，其中水轮机侧设有2个轴承。水轮机径向轴承布置于固定支座内，径向推力轴承布置于肘管密封座与增速器间的厂房地板上； 发电机的径向轴承布置于转子的下游侧。发电机和水轮机轴承共用一个供油系统， 集中供油。为保证机组的运行
10、稳定， 发电机机坑底部距流道有足够的距离。轴伸贯流水轮机是水平轴向布置的，没有蜗壳，流道也是轴向的，水流平行于水轮机轴流向转轮， 将导水机构布置在靠近转轮叶片的位置上。导水机构采用锥形布置， 16 只导叶成圆锥状布置在内外配水环之间，其锥角为65 。考虑机组运行的稳定性， 进水管的座环与尾水管大部分埋入混凝土中。水轮机进水管顶部开有方形孔，对于流道内的水轮机部分设有 4 根固定支柱。调速器与油压装置分开布置，设置于水轮机上游侧， 通过操作油管、 反馈钢丝绳与水轮机的导水机构相连。轴承高位油箱布置在距机组中心线810m的副厂房内，回油箱及增速器的液压站布置于水轮机机坑内。总体布置见图2 。4 工
11、程实例以山东潍坊峡山水库电站为例：水轮机型号和参数旋转方向：从上游往下游看为顺时针方向。该电站选用的就是整装轴伸贯流式机组，该机组与常规的轴伸贯流式机组的流道形式相同，不同之处在于使用了底座，将水轮机、发电机、推力箱组装在底座上，在工厂内组装调试好， 整装发货，在保证水能得到充分利用的同时缩短了安装周期。该站设备运至工地后，使找正底座，使其处于基本水平，同时将机组的前法兰与先期预埋好的进出水流道的法兰口连接，然后浇注二期砼， 前后耗时仅半个月就投入试运行， 出力和运行的平稳性均较好，得到了用户的好评和认可。该机型具有良好的推广价值和市场适应能力。该电站装机 4 台，总装机容量640kW ，年运
12、行小时5000kW ，每年发电约320 万千瓦时。这个电站是新建电站，在原先的出水钢管上装上了机组，利用了原来白白流掉的水资源。山东潍坊峡山水库电站在应用新型整装式轴伸贯流水轮发电机组之后取得了非常好的经济效益，主要体现在如下方面：节约安装时间， 因为是整装机组， 安装时间只需要 15 天，常规机组需要 3个月。节约了大量安装费，常规机组安装费用一般是5 万元，新型整装式轴伸贯流水轮发电机组仅需要1 万元安装费。增加了发电量，增加的年发电量为2.5 个月的多发点时间，早安装，早发电。 160kW*4*24小时 *75 天 *单价（约 0.35 元） =403200元。节省工程投资，安装费用缩短
13、，每台节约安装费用4W*4=16万。5 结束语轴伸贯流机组具有比转速高、过流量大及水力效率高、投资少等特点，是开发低水头水力资源的良好机型。 目前，我国的低水头水力资源的开发正蓬勃发展，对选用的低水头轴伸贯流机组的性能、 外观、可靠性等诸方面提出了更高的要求。只有继续加大技术开发和创新的力度，从品种、单机容量、 机组效率和运行可靠性着手，才能进一步提高产品水平。参考文献：1 鲍学松 .低水头小容量水轮发电机组的选型设计 J.机电信息， 2010（ 24 ）.2 梁章堂，胡斌超 .贯流式水轮机的应用与技术发展探讨 J. 中国农村水利水电， 2005 （06 ）.3 钟心刚，吴泰孟，冯创先 .轴伸贯流式水电站设计中的几点体会 J.广东水利水电， 2004 （05 ） .4 李朝阳 .贯流式机组在低水头电站的应用J.发展， 2006 （ 09 ） .5 梁章堂，胡斌超 .贯流式水轮机的应用与技术发展探讨 J. 中国农村水利水电， 2005 （06 ）.6 胡济民 .新型轴伸贯流式水电站于桥电站设计J. 海河水利， 1998（ 03）.7 郑光礼 .轴伸贯流机组在超低水头电站的应用 J. 小水电， 1998 （ 01 ）.8 王天鑫 .贯流式水轮发电机组的技术特点与适用范围J. 四川水利， 1995（ 01）.