溪洛渡电站水轮机结构设计

溪洛渡电站水轮机结构设计 摘要:溪洛渡水轮发电机组是目前在建的世界第二大水电机组,本文介绍了溪洛渡 右岸水轮机的主要结构设计特点. 关键词:溪洛渡电站;混流式水轮机;设计;蜗壳;副底环;外循环冷却 中图分类号:TK730文献标识码:A文章编号:1001—9006(2011)03,0016,06 StructureDesignofFrancisTurbineforXiluoduPowerStation GUOring,SONGMin (DongfangElectricalMachinexTCo.,Ltd.,618000,Deyang,Sichuan,China) Abstract:ThehydraulicgeneratingunitofXiluodupowerstationisthesecondbiggestunitons ingleoutputintheworldpresently.This paperintroducesthemainstructurecharacteristicsoffrancisturbineontherightside. Keywords:Xiluoduhydroelectricpowerstation;francisturbine;design;spiralease;assistan tbottomring;outercoolingsystem 溪洛渡水电站位于金沙江下游,距宜宾市河道 里程184km,电站大坝左岸为四川省雷波县,右 岸为云南省永善县.该电站是三峡公司进行金沙江 流域开发的重要一级,建成后将成为世界第二大水 电站,同时也是单机容量世界第二大水电机组.电 站为地下式厂房,左右岸各装设9台额定功率 770MW的混流式水轮机组,其中右岸9台由东方 电机供货,左岸由哈电和福依特供货.上游水库为不 完全年调节水库,正常蓄水位下的库容115.7亿m., 调节库容(正常蓄水位至死水位)64.6亿ITI.枯水 期运行于峰腰荷,丰水期运行于基荷和部分腰 荷.机组在电网中承担调峰及事故备用任务,不做 调相运行.左右岸18台机多年平均年发电量 572亿kW?h. 溪洛渡水轮发电机组为立轴混流式,俯视顺时 针旋转,水轮发电机组采用2根轴结构,导水机构 设置筒形阀,整体式副底环,座环为三段式带直过 渡板座环,水轮机设水导轴承,并采用外循环冷却 方式,见图1. 机组主要参数为: 水轮机 型号 pcr仪的中文说明书矿用离心泵型号大全阀门型号表示含义汽车蓄电池车型适配表汉川数控铣床 HLD522一LJ一740 水轮机额定出力/MW784 水轮机最大容量/MW870 最大水头/m229.4 额定水头/m197 最小水头/m154.6 额定转速/r?min125 额定流量/m.?s,432.67 飞逸转速/r?min227 水轮机额定点效率/%94.38 水轮机最优效率/%96.61 最大轴向水推力/t?2060 收稿日期:201l一02—28 作者简介:郭靖(1957一),男,高级工程师,东方电机水轮机总设计师,长期从事水轮 机没计工作,现任溪洛渡右岸水轮机主任设计. 宋敏(1979一),男,工程师,2002年毕业于兰州理工大学动力工程及自动化专业,长 期从事水轮机设计工作,现任溪洛渡右岸 水轮机副主任设计. 16 1.主轴2控制环3水导轴承4.顶盖5.主轴密封6.转轮7.泄水锥8.副底环 9.底环l()支持环11.筒彤l2.座环奉体13.基础环l4.蜗壳 图1水轮机总剖面图 2转动部分 2.1转轮 转轮是水轮机的核心部件,其作用是将水的能 量转换为转轮旋转的动能.转轮由上冠,下环和 15个叶片组成,材料均采用铸钢ZGO6Crl3Ni4Mo, 其中叶片要求采用电炉炼钢+VOD(或AOD)精炼 技术进行铸造,各件经数控加工后在工地组焊成整 体.动止漏环直接设置在转轮,和转轮一体. 转轮D直径为7.41TI,喉口直径为6.2m,最 大外径为7.53Ill,高3.462HI.转轮为整体结构, 工地把上冠,下环,叶片焊接成整体并加工和做静 平衡试验,转轮整体重约240t. 由于水力性能需要,转轮设置,长泄水锥.泄 水锥材料为铸钢ZG06Crl3Ni4Mo,通过焊接加把合 的方式固定在转轮下方,见图2. 2.2水轮机主轴 水轮机主轴为机组的传力部件.主轴采用中空 锻焊式结构,主轴的水机端法兰为中法兰结构,发 电机端法兰为外法兰结构.2个法带部分轴身及 图2转轮 滑转子段轴身为锻造,材料ASTMA668D级锻件, 各件用窄间隙焊接组焊成整体.主轴水机端法兰外 径2.81133,主轴发电机端法兰外径3.33In,滑转 子外径2.75m,主轴长4.773in,重约110t.主轴 与转轮采用螺栓联接,销套传递扭矩的结构.主轴 与电机轴采用销子螺栓联接传递扭矩的结构. 3.1顶盖 顶盖外径10.70ITI,内径3.371TI,高1.681Ill, 为钢板焊接结构,分为4瓣,整体重约290t. 17 由于溪洛渡为带筒阀导水机构,在设计顶盖时 对其刚强度格外关注,顶盖主板法兰选用了ASTM A516Gr70一Z35钢板,导叶中轴径处设置中轴座, 材料为Q345B.在顶盖内圆,水导轴承对应处设置 一 个环板,厚170mm,以便于水导径向力的传递. 为减少导叶关闭时导叶与顶盖间的漏水量,在 顶盖相应部件设置导叶端面密封,由青铜密封条和 其背部的成型橡胶条组成,依靠成型橡胶条的弹性 和渗入橡胶条空间的水压达到密封的目的.密封条 和成型橡胶条依靠不锈钢密封压板安装在顶盖上. 顶盖过流面上设置不锈钢抗磨板. 在转轮上冠对应的顶盖部位,设置2个G1/2 测压孔,用于测量转轮上冠腔内的水压力.在转 轮,导叶之间对应的顶盖部位,设置12个G1补 气孔,用于强制补气(预留);设置2个G1/2测压 孔,用于测量导叶后水头.在固定止漏环处设置4 个M30×1.5测孔,用于测量转轮与顶盖问的止漏 环间隙. 顶盖上设有不锈钢固定止漏环,材料 0Gr18Ni9,依靠焊接将其固定在顶盖上,确保其可 靠性.导水机构整体装配见图3. 图3导水机构实体图 3.2底环 底环为铸焊结构,即上,下环板与铸造的导叶 下轴座装焊结构.底环外径9.716m,内径 7.202ITI,高0.515m,结构上分为2瓣.底环总重 量约110t.为减少导叶在关闭时导叶与底环间的 漏水量,在底环相应部件设置导叶端面密封,其结 构与顶盖上的端面密封相同.在底环过流面上没置 不锈钢抗磨板.为保证机组在某些特殊工况下的稳 18 定运行,在转轮与导叶之间对应的底环部位,设置 12个G1补气孔,用于强制补气(预留). 3.3副底环 为r安装和调整更换下部静止漏环方便,设置 了新型副底环.副底环为焊接结构,为保证副底环 的刚性并结合运输条件,副底环采用整体结构,解 决了止漏环型式问题,减少了工地现场 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 难度. 副底环上的不锈钢止漏环材料为钢板0CrI8Ni9, 依靠焊接将其固定在副底环上. 3.4导叶 导叶为整铸不锈钢结构,材料为铸钢 ZGO6Crl3Ni4Mo.导叶为三支点负曲率导叶,上轴 径0.35m,中轴径0.39m,下轴径0.39111,导叶 瓣体高1.271m,瓣体长1.18111,导叶总高为 3.8Ill,导叶数为24个,每件导叶重约3.8t. 与导叶三支点相对应的上,中,下轴承,采用 DEVA公司生产的自润滑滑动轴承,分别安装在顶 盖,底环上.为了有效防止泥沙和封水,在中,下 轴套处均设置了ECONOMOS公司的高分子聚氨酯 密封件.同时在中轴颈位置设置了特殊的套筒结 构,可以方便的进行密封件的更换. 3.5控制环 控制环为工字型钢板焊接结构.上环板设2个 大耳孔与接力器相连,下环板设24个小耳孔与导 叶操作机构中连杆相连接.控制环最大外径 7.721TI,内径5.415m,高1.338m,重约45t.由 于运输尺寸限制,控制环采用分瓣结构. 在大,小耳孑L中设置自润滑滑动轴承,在控制 环下部内圆处,控制环底部与顶盖接触处设置由自 润滑材料制成的侧抗磨板和底抗磨板.在顶盖与控 制环之间设置压板,以防止导叶操作机构因受力不 均而引起的控制环上抬. 3.6导叶操作机构 导叶操作机构由导叶臂,连接板,连杆,连杆 销等组成. 导叶与导叶臂之间设置2个锥销和膨胀销套, 用于传递导叶操作力矩.在导叶臂与顶盖之间设置 由自润滑材料制成的推力环和反向止推环,以承受 导叶的重量和阻止作用在导叶上向上或向下的水 推力. 连杆为双火板带;偏心销结构,用偏心销的偏心 量来弥补【尺I加工造成的各连接件问的形位误差,在 连杆连接板的连接处设有自润滑轴承.存导叶臂 与连接板之问设置有剪断销,以保证某个导叶被 异物卡住后,其它导叶的正常动作. 在导叶臂与连接板之间设置摩擦环,以防止导 叶在剪断销断开后反复急速摆动而撞击导叶限位 块.在顶盖上设有双向导叶限位块,以防止导叶在 剪断销断开后出现旋转,撞击相邻导叶或相邻导叶 传动部件.导叶限位块的限制范围以导叶最大可能 开度时的导叶臂转角为准. 4i导升接力器瑟鬟嚣 导叶接力器的作用是依靠油压的作用操作导水 机构动作,达到导叶开启关闭的日的.溪洛渡水轮 机在机坑里衬的+Y方向平行设置2个双导向直缸 导叶接力器. 导叶接力器直径0.90H1,行程0.560m,额定 工作油压为6.3MPa,试验油压9.6MPa,导[】接 力器由接力器缸,缸盖,锁锭缸(带后缸盖),活 塞,活塞杆,活塞环,杆头等组成.活塞与活塞杆 用卡环结构连接.活塞杆与杆头采用螺纹连接,加 锁紧螺母结构.在活塞外网上装有2个止漏组合 环,以防止两腔串油;接力器fji=『后缸盖上装有导 向用的自润滑轴承和成型橡胶密封圈.在其巾的一 个接力器后端装有油压操作锁锭装置,以便于水轮 机导叶可靠地锁锭在火闭位置H.防止误动作开 机;同时前段设置了开度方向的限位装置,可以人 为的进行开度限制,见图4. 图4导叶接力器实体图 5水导轴承誊lr 水导轴承是水轮发电机组下端唯一的轴系支撑 部件,对机组的稳定可靠运行起着至关重要的作 用.溪洛渡水导轴承为稀油润滑导轴承,采用非同 心分块瓦式布置,油冷却系统为外循环方式,此结 构可以较方便地从上部对导轴承进行检查,调整和 更换一部分导轴承部件.轴瓦采用巴氏合金瓦衬, 并采用非同心瓦,工地不需刮瓦,轴瓦间隙调节是 靠楔块完成,易调整并且可靠,见图5. 1.气过滤器2.注油符3.调节螺栓4.轴瓦 图5水导轴承 轴承中设有24个轴瓦.在轴承上设有油位信 号器,以监测轴承油箱内的油位.在轴承油箱下部 设有油混水报警装置.在每个轴瓦上设有1个测温 装置,在油箱内设有4个测温装置以监测油温. 水导轴承油冷却器设置在机坑壁上,共设置3 个冷却器,其中1个备用,冷却器采用串联方式布 置.油的循环动力由螺杆泵提供,螺杆泵共2个, 其f{J1个备用.冷却系统相关参数如下: 换热管材料紫铜管 换热管直径/mm20 总的热转换功率/kW大于100 冷却水温度/?20 19 冷却水流量/m和压力/MPa18,0.4 冷却系统进油温度/?50 冷却系统出油温度/c【=小于35 油泵流量/m和压力/MPa21,0.7 冷却器耐压试验/MPa1.65 冷却器数量:2主用1备用 主轴密封分为检修密封和工作密封,安装在顶 盖下部的内圆面上. 检修密封采用空气围带式密封,空气压力 0.5,0.8MPa,当机组停机时,围带充气膨胀与主 轴下法兰外圆紧密贴合,达到密封的目的. 工作密封为可动式向下端面密封,其工作原理 为:不锈钢密封转环固定主轴法兰上面,特殊复合 材料制成的密封块把合于密封环卜,密封环装于固 紧环内侧,滑动接触且设有密封圈,工作时依靠密 封环的自重力,密封环与固紧环间的弹簧力及密封 腔内的水压力,将密封块与密封转环贴合,达到密 封的效果,见图6. 土轴 1.密封供水管2.密封环3.复合材料密封块 4.密封转环5.空气带 图6主轴密封 密封环与密封块设有通水孔,依靠清洁水润 滑,冷却密封块与密封转环间的接触面,防止干摩 擦烧损密封块.清洁水压0.5MPa.同时因密封环 可上,下移动,可保证密封块逐渐摩损的补偿和机 组抬机时的正常密封. 7.1座环 座环整体重量390t,考虑到制造和运输分为 三段,自上而下分别为支持环,座环本体,基础 环.座环本体采用平行式带直过渡板和导流环组焊 结构,分为4瓣,分瓣面工地组焊,每瓣分半面设 临时分瓣法兰.座环上,下环板采用S500Q.Z35钢 板,23个固定导叶采用s55OQ钢板,过渡板和舌 板采用s5OOQ钢板.支持环在工地与座环本体组 焊,基础环与座环本体止口定位并螺栓把合.座环 在工地需磨(加工)与顶盖,底环,副底环配合面, 见图7.固定导叶设置筒阀导向铜条,铜条工地焊 接并按筒阀尺寸配加工.顶盖与座环把合螺孔采用 厂内预留底孔,工地扩孔铣螺纹的方式. 工地 图7座环工地加工图 7.2蜗壳 蜗壳是水轮机重要的引水部件,蜗壳按不考虑 与混凝土联合受力的条件下,且升压水头为 2.87MPa的压力进行设计.蜗壳采用全圆断面,在 工地与座环过渡板接挂装,蜗壳材料为B610CF 钢板.为满足I地安装调整需要,在蜗壳上设2个 凑合节,凑合节进口留150IflIIl配割余量.蜗壳进 口延伸段至距Y轴线11Ill处与压力钢管连接,延 伸段进口内径7.74m,蜗壳净重约520t,见图8. 图8溪洛渡右岸蜗壳工地施工 蜗壳采用局部铺没垫层组合 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的埋设方式. 垫层按传力材料设计,要求垫层除满足要求的物理 力学性能指标外,还需具有抗老化,耐腐蚀,小塑 性变形以及施工期的阻燃性等特点.经过相关单位 反复 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 研究,最后采用了聚氨酯软木作为蜗壳的 外包垫层材料.垫铺设范围:自蜗壳延伸段起至 一 Y偏+X45.,蜗壳内侧起点距机坑里衬 1500mm,外侧至腰线位置.垫层厚度20III1TI,边 缘由10nlii1过渡剑20Yflm. 7.3尾水管 尾水管是水轮机过流通道的一部分.溪洛渡尾 水管为弯肘形,分为锥管,肘管两部分. 7.3.1锥管 锥管进L『直径6.255m,高10.822Ill,为钢板 焊接结构.锥管在高度方向分成4段,每段分为2 瓣.除第1段采用30lllHI不锈钢板外,其余各段均 采用30Film钢板Q235B.为检修方便,锥管设800 ×1000him进人门.锥管净重约92t. 7.3.2肘管 肘管进口直径8.134m,高13.392lll,为钢板 焊接结构,材料为25nlill钢板Q235B,净重约 第25卷v.I.25总第99期 ~"ONGFANG.ELECTRICRiEv【Ew-I 130t. 7.4机坑里衬 机坑里衬为钢板焊接结构,分为4瓣,材料为 20钢板Q235B.机坑里衬内径11.2in,高约 5.3231TI,重约70t.机坑里衬上设有2个接力器坑 衬,进人门坑衬,泵衬,照明灯盒,端子箱等.机 坑里衬在工地调整组圆后,装焊在座环上. 为保汪机组在部分负荷工况下的稳定运行,在 发电机上端设置中心补气装置.补气管通过轴系内 孔延伸至转轮上冠出口附近,补气管通径DN500. 为确保机组安全,防止尾水倒灌保护机组不受损 坏,补气系统上设置了2道补气阀,分别为浮球阀 和差压空气阀.浮球阀在正常工况时处于常开状 态,水位上升依靠浮力自动关闭.差压空气阀在正 常_丁况处于常闭状态,当补气阀下腔的真空低于 0.025MPa时,依靠压力差自动开启,使空气进入 主轴中心孔进行补气.该系统在转子中心部位设置 厂d500直径的检修蝶阀,机坑外的补气进气口设 置了消音器. 由于采用了带筒阀的导水机构,顶盖内的密封 漏水无法自流排出,因此顶盖上设置了两台流量为 40m/h的潜水泵和1台40Ill/h的射流泵,潜水 泵提供1台备用. 东方电机由于有同类型机组的设计制造 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 , 通过多种辅助手段,在保证机组安全稳定的基础 上,精益求精,进行了大量的优化改进,既满足合 同和业主的要求,又保证了制造质量及安装方便的 要求,也为同样周期紧张的生产制造环节创造了有 利的条件.通过对溪洛渡项目的设计制造,东方电 机在特大型混流式机组的设计,制造能力上将得到 较大的提升,为今后1000MW级水电机组奠定较 好的基础. 21