印度機組設計特點及運行情況

詹積糧，張鵬程，王曰平（浙江舜飛重型發電設備制造有限公司，浙江 杭州 310012）

印度機組設計特點及運行情況

詹積糧，張鵬程，王曰平
（浙江舜飛重型發電設備制造有限公司，浙江 杭州 310012）

摘要：介紹了坑式機組的設計特點及運行情況，重點介紹不同于貫流機組部分的結構，以供同行們參考。

關鍵詞：坑式機組；設計特點

1　概述

2008年承接的印度機組，總裝機容量為6× 4 000 kW。其主要參數如下:

（1）水輪機參數：

最大水頭Hmax=6.0m；

額定水頭Hr=4.8m；

最小水頭Hmin=2.5m；

轉輪直徑D1＝4.2m；

額定轉速nr＝111 rpm；

飛逸轉速nR（協聯／非協聯）＝230／340 rpm；

額定流量Qr＝98.19m3/s。

（2）發電機參數：

額定出力PD=4 000 kW；

最大出力PDmax=4 400 kW；

額定轉速nN＝500 rpm；

額定電壓UN=11 kV；

頻率f=50Hz。

2　選型與總體布置

根據電站水頭參數，宜選用三葉片轉輪的水輪機。由于轉速較低，采用臥式坑式結構，中間用行星齒輪增速器與發電機相聯，發電機轉速增至水輪機的4.5倍（500/111 rpm），這樣發電機可選用標準電機，機坑尺寸也減少。從而大大降低了發電機和廠房等的造價，較采用直聯的燈泡貫流式機組優越，其布置如圖1所示。

上游側混凝土機坑內布置增速器、發電機和飛輪；下游側布置水輪機，其轉動部分有組合軸承、受油器、水導軸承、主軸密封和轉輪等；固定部分有管型座、導水機構、轉輪室和尾水管里襯等。水輪機部分以管形座為主要支撐，兩支點結構。

為提供土建用的基礎荷載，對機組在無水工況、充水工況、滿負荷、飛逸工況和全甩負荷等工況作了計算，這也是基礎受力部件強度計算時的依據，見下頁表1及圖2。

圖1　機組布置圖

3　結構設計

坑式機組水輪機部分的結構，大部分與燈泡貫流式機組的水輪機結構類似，其轉輪、導水機構、管型座、轉輪室、尾水管里襯、水導軸承、主軸密封等的設計，均采用成熟的貫流機組結構，這里不做詳細介紹。重點是介紹與貫流機組不同的部分，主要是受油器、槳葉信號反饋裝置、大軸、組合軸承等部件。

（1）受油器

表1　基礎負荷計算結果

圖2　基礎負荷圖

轉槳式水輪發電機組，其轉輪槳葉應隨工況的變化調整開度，因此需要有一個專用的受油器，接受來自主配壓閥的壓力油，并將其送入轉輪接力器，從而帶動轉輪槳葉轉動。臥式機組受油器的一般形式如圖3所示，是在兩層同軸轉動的油管上裝有兩個浮動瓦，浮動瓦之間形成的兩個腔，分別與主配壓閥的開啟側和關閉側連通，油管的另一端穿過發電機和主軸，聯接在轉輪接力器的活塞上。由于上述受油器結構設置在主軸的頂端，從主軸的頂端引入壓力油，因此不適用于帶增速器的印度機組。

印度機組由于在主軸中間設有增速器，需采用新型的受油器結構，才能將外部的高壓油，由靜止管路從主軸中段處引入到旋轉的主軸內部，并將其送入轉輪接力器，從而實現槳葉的自動調節和潤滑，在大軸上受油的受油器如圖4所示。

圖3　受油器

該受油器是通過三道浮動瓦的設置，使固定的受油器與主軸、操作油管等旋轉部件分開，將從調速器來的壓力油及高位油箱來的潤滑油分別導入主軸內部，并將其送入轉輪接力器，該結構解決了帶有增速器的印度機組在漿葉轉動過程中的油路傳輸難題。

三道浮動瓦的軸上受油器結構特點：1）浮動瓦浮動可以適用主軸、操作油管撓度的變化，防止燒瓦；2）主軸與浮動瓦之間設計合理的間隙，機組運行時旋轉部分與固定部分之間形成一定的油膜，允許少量滲漏的同時，確保了旋轉部分與固定部分的密封；3）結構簡單緊湊，裝拆方便，運行安全穩定。

（2）槳葉信號反饋裝置

印度機組由于有增速器，用常規結構是無法取取出，如圖5所示。其原理是通過設于主軸中間反饋桿的前后移動，帶動滑塊在主軸上滑動，滑塊相對于主軸的軸向滑動，帶動撥叉的旋轉，從而帶動回復軸的旋轉，再通過角位移傳感器將信號傳出，實現槳葉與導葉各種工況的協聯。該裝置能夠準確測定槳葉的運動狀態，具有反饋靈敏的優點。

圖4　受油器（軸上受油）

圖5　槳葉信號反饋裝置

（3）大軸

大軸如圖6所示，其右側通過法蘭與轉輪聯接，左側通過法蘭與增速器聯接。大軸上從左至右依次布置有槳葉反饋裝置、組合軸承、受油器、水導軸承、主軸密封等。中間有階梯狀軸孔的加工，相對于常規機組大軸內孔的加工要難些，在制作時需引起重視，以確保滿足尺寸配合和同心度等要求。

（4）組合軸承

印度機組的軸系為兩支點，左側為組合軸承中的導軸承，右側為水導軸承，轉輪呈單懸臂狀態。轉輪重量需靠大軸重量及聯軸器重量和兩軸承支撐來平衡。因此軸承位置的確定及相關尺寸均要通過詳細計算，盡可能使組合軸承中的導軸承受力方向向下，以利于機組的安全運行。組合軸承的結構圖如7所示。

圖6　主軸

圖7　推力導軸承（組合軸承）

4　運行情況

印度機組自投入運行一年后一切正常。2013年12月14日至12月18日，實測并發回運行記錄如表2。

表2　實測機組出力、瓦溫、擺度

5　結語

印度機組是轉槳式的坑式機組，通過新型的軸上受油器和軸上信號反饋裝置，使機組可隨負荷變化實現導葉與槳葉協聯動作，從而提高機組的水力效率，優化運行。印度機組的成功運行，對類似帶有增速器的低水頭機組具有借鑒意義。

參考文獻：

[1]印度機組設計資料[Z].

[2]印度機組運行實測資料[Z].

中圖分類號：TK730

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）02-0045-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.02.012

收稿日期：2014-09-15

作者簡介：詹積糧（1972-），女，工程師，從事水輪機設計工作。