缅甸密沙水电站高水头轴流转桨式水轮机结构设计
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２ ． ０ ｌ
０． Ｏ ２ ０ ０
４ ０ ０
６ ０ ０ ／ ｍ・ ｋ Ｗ
８ ０ ０
图１ Ｖ ＿ 。 曲线 图
７ ～ ８ 片， 轮毂 比 ｄ ／ Ｄ （ ｄ 为转轮体直径 ， Ｄ １ 为转 轮直 径） 取 ０ ． ５ ２ ～ ０ ． ５ ５ ， 或 更 大些 。现 在采 用 ６叶 片 ， 并取
８
李一文 ： 缅甸密沙水 电站高水 头轴 流转桨式水轮机结构设计
６ ． ０
＼
一
属蜗壳 ／ Ｉ － ３ ． １ ７ ＋ ７ ５ ９ ． ２ １ ｎ ｓ
自
、
４ ． ０
／ ％； 土蜗壳 ＝ ２ ． ４ ４ 一 １ ． １ ９ ×１ ０ － ３ ／ ／ ＇ ｓ 一
铜材料 ， 且对转轮体 、 叶片枢轴和轴瓦整体组合进行 有 限元计 算 ，计算 中真 实反 映 了三个 部件 的相互 作
图２ 蜗壳断面尺寸图
用， 使计算模型的加载方式更加符合实际运行工况 ， 不仅避免 以往只单一计算转轮体时认为简化加载引 起的误差 ， 使计算结果更加准确 ， 而且同时计算出转 轮体 、 叶片枢轴和轴瓦三个部件的应力和变形 。 其计 算结果满足电站安全可靠运行 。 轮毂 比减小加上转轮直径较小 ，转轮体内部空 间变 小 ， 增 加 了结构 设计 的难 度 ， 需要 考 虑 叶片操作 机构各传动件的布置， 不能互相干涉 。 经过多个方案 的比较计算 ， 得到合理的设计方案。 叶片操作机构采
进 口断面确定后 ， 根据 Ａ 厂 日曲线（ 图３ ） 确 定其它断面面积 Ａ 。０为蜗壳进 口断面算起的各断 面包角。相应蜗壳各断面半径尺寸 ｐ 为：
ｐ ＝
作者简介：李一文（ １ ９ ７ ７ 一 ） ， 男， 广西隆安人 ， 工程师， 主要从事水轮机设计工作 ， Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ｅ ｖ ｅ ｎ ｌ ｙ ５ １ ３ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ。
１ 引言
缅甸密沙水 电站 的水 头范围为 ４ ７ ～ ５ ７ ． ８ ｍ， 常 规思路在此水头段范围下倾 向于采用混流式机组 ，
但考 虑到 电站轴 流转 桨式水 轮机 比混流 式水 轮机具 有平 稳 的效 率特 征 以及 能在 较宽 的水头 和流量 范 围 灵 活运 行 ， 且轴 流 转桨 式 水 轮机 比混 流 式水 轮 机 尺
应调整 ，最后确定进 口流速和进 口断面面积 Ａ 。 及
（ ＝ ２ｐ ） 。
根据图 ２ ，蜗壳具体面积 Ａ 。 按Ａ Ｂ Ｃ Ｄ计算 ， 见
公式（ ２ ） ：
２
额定 出力 ： １ ８ ８ ９ ０ ｋ Ｗ
额定 转速 ： ３ ３ ３ － ３ ｒ ／ ｍｉ ｎ 飞逸 转速 ： ７ ７ ９ ． ２ ／ ｍｉ ｎ
‘ ‘
３ 水轮机 主要参数
型号 ： Ｚ Ｚ Ａ ３ １ ５ 一 Ｌ Ｊ 一 ２ ５ ０
ｏ
利 用 ｎ 。 曲线 （ 图１ ） 检 查 流速 是否 合适 ， 做相
最 大水 头 ： ５ ７ ． ８ Ｉ ｎ 额定水 头 ： ５ ３ ． ０ ｉ ｎ 最小水 头 ： ４ ７ ． ０Ｉ Ｔ Ｉ 额定 流量 ： ３ ９ ． ０ ｍ３ ／ ｓ
要： 介绍缅甸密沙高水头电站 ， 采用轴流转桨式机 组在 水轮机结构例如转轮 、 叶片、 叶片密封等方面的特 点， 以及
蜗 壳、 尾 水管采用有别于传统 的算法 ， 为 以后设计类似或更 大尺寸、 更大容量机 组提供借鉴。
关键词：高水头； 轴流转桨式水轮机 ； 蜗 壳； 转轮 ； 缅甸密沙水 电站 中国分类号： Ｔ Ｋ ７ ３ ０ ． ２ 文献标识码： Ｂ 文章 编号 ： １ ０ ０ １ － ４ ０ ８ Ｘ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ０ ０ ８ — ０ ３
４ 结构设计
４ ． １ 机 组总体 布置
机组为立轴悬式布置型式 ，水轮机轴和发电机 轴采用法兰连接 ， 水轮机部分设有一水导轴承 ， 发电 机部分设有上、 下导轴承和推力轴承。
４ ． ２ 蜗 壳结构
寸大为减小 ， 重量减轻 ， 节约材料消耗 ， 经济效益高 ， 最终 选择 采用 ຫໍສະໝຸດ Baidu流转 桨式 机组 。
第３ ２卷第 ４期
２ ０ １ ３年 ８ 月
红 水 河
Ｈｏ ｎ ｇ Ｓ ｈ ｕ ｉ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
Ｖｏ １ ． ３ ２ ． Ｎ ｏ ． ４ Ａｕ ｇ ． ２ ０１ ３
缅甸密沙水电站高水头轴流转桨式水轮机结构设计
李一文
（ 南 宁广发重工发电设备有限责任公 司， 广西 摘 南宁 ５ ３ ０ ０ ３ １ ）
２ 电站 概 况
密 沙水 电站位 于缅 甸马圭 省甘 高县境 内密 沙河
上， 密沙河为亲敦江支流 ， 站址在甘高县以南 ３ ０ ｋ ｍ
处 。电站总装 机容 量为 ２×２ ０ ＭＷ。
密沙水电站水头大于 ４ ０ Ｉ ｎ ， 采用金属蜗壳。蜗 壳包角为 ３ ４ ２ 。 ， 电站的蜗壳计算采用 了有别于我 国 通常采用的独特算法 。 算法来 自于 日立公司。该算法没有流速系数的 概念，首先根据机组段的宽度初步确定蜗壳进 口断 面的直径 。 根据设计流量公式 Ｖ － 计算进 口流 ＾ ０ 速， 式中 Ｑ为额定流量 ， Ａ 。 为进 口面积（ Ａ ０ ＝
Ａ ０ ＝ （ ＋ｐ ’ ｃ ｏ ｓ ／ ３ ） Ｘ Ｉ ＋ （ 丌 － ｐ） Ｐ
（ ２ ）
最 大轴 向水推 力 ： ２ ５ ９ ４ ． ８ ｋ Ｎ 水 轮机 在 最 大水 头 ５ ７ ． ８ Ｉ ｎ时额 定 转 速 下 出力
为２ ０ ７ ０ ９ ｋ Ｗ。
收稿 日期：２ ０ １ ３ — ０ ５ — ０ ２ ；修回 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ６ — ０ ３
轮毂 比 ｄ ／ Ｄ ＝ ０ ． ５ ， 由于减 少 了轮毂 比 ， 增 加 了转 轮 的
过流量 ， 使机组距有更高的能量指标。 同时也因为减 少 了轮毂比， 致使转轮体、 叶片轴套以及传动件等部 件 应力 均偏 高 ，水 轮 机 叶片轴套 压强 从使 用 的 ２ ８ ． ７
ＭＰ ａ 提 高至 ３ ８ ． ６ ＭＰ ａ 。 为 了解 决 此 问题 ， 整个 转 轮体 采用 ｚ Ｇ ０ ６ ｃ ｒ １ ３ Ｎ ｉ ４ Ｍ ０不锈 钢 ， 叶 片轴 套采 用 铝铁 青
０． Ｏ ２ ０ ０
４ ０ ０
６ ０ ０ ／ ｍ・ ｋ Ｗ
８ ０ ０
图１ Ｖ ＿ 。 曲线 图
７ ～ ８ 片， 轮毂 比 ｄ ／ Ｄ （ ｄ 为转轮体直径 ， Ｄ １ 为转 轮直 径） 取 ０ ． ５ ２ ～ ０ ． ５ ５ ， 或 更 大些 。现 在采 用 ６叶 片 ， 并取
８
李一文 ： 缅甸密沙水 电站高水 头轴 流转桨式水轮机结构设计
６ ． ０
＼
一
属蜗壳 ／ Ｉ － ３ ． １ ７ ＋ ７ ５ ９ ． ２ １ ｎ ｓ
自
、
４ ． ０
／ ％； 土蜗壳 ＝ ２ ． ４ ４ 一 １ ． １ ９ ×１ ０ － ３ ／ ／ ＇ ｓ 一
铜材料 ， 且对转轮体 、 叶片枢轴和轴瓦整体组合进行 有 限元计 算 ，计算 中真 实反 映 了三个 部件 的相互 作
图２ 蜗壳断面尺寸图
用， 使计算模型的加载方式更加符合实际运行工况 ， 不仅避免 以往只单一计算转轮体时认为简化加载引 起的误差 ， 使计算结果更加准确 ， 而且同时计算出转 轮体 、 叶片枢轴和轴瓦三个部件的应力和变形 。 其计 算结果满足电站安全可靠运行 。 轮毂 比减小加上转轮直径较小 ，转轮体内部空 间变 小 ， 增 加 了结构 设计 的难 度 ， 需要 考 虑 叶片操作 机构各传动件的布置， 不能互相干涉 。 经过多个方案 的比较计算 ， 得到合理的设计方案。 叶片操作机构采
进 口断面确定后 ， 根据 Ａ 厂 日曲线（ 图３ ） 确 定其它断面面积 Ａ 。０为蜗壳进 口断面算起的各断 面包角。相应蜗壳各断面半径尺寸 ｐ 为：
ｐ ＝
作者简介：李一文（ １ ９ ７ ７ 一 ） ， 男， 广西隆安人 ， 工程师， 主要从事水轮机设计工作 ， Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ｅ ｖ ｅ ｎ ｌ ｙ ５ １ ３ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ。
１ 引言
缅甸密沙水 电站 的水 头范围为 ４ ７ ～ ５ ７ ． ８ ｍ， 常 规思路在此水头段范围下倾 向于采用混流式机组 ，
但考 虑到 电站轴 流转 桨式水 轮机 比混流 式水 轮机具 有平 稳 的效 率特 征 以及 能在 较宽 的水头 和流量 范 围 灵 活运 行 ， 且轴 流 转桨 式 水 轮机 比混 流 式水 轮 机 尺
应调整 ，最后确定进 口流速和进 口断面面积 Ａ 。 及
（ ＝ ２ｐ ） 。
根据图 ２ ，蜗壳具体面积 Ａ 。 按Ａ Ｂ Ｃ Ｄ计算 ， 见
公式（ ２ ） ：
２
额定 出力 ： １ ８ ８ ９ ０ ｋ Ｗ
额定 转速 ： ３ ３ ３ － ３ ｒ ／ ｍｉ ｎ 飞逸 转速 ： ７ ７ ９ ． ２ ／ ｍｉ ｎ
‘ ‘
３ 水轮机 主要参数
型号 ： Ｚ Ｚ Ａ ３ １ ５ 一 Ｌ Ｊ 一 ２ ５ ０
ｏ
利 用 ｎ 。 曲线 （ 图１ ） 检 查 流速 是否 合适 ， 做相
最 大水 头 ： ５ ７ ． ８ Ｉ ｎ 额定水 头 ： ５ ３ ． ０ ｉ ｎ 最小水 头 ： ４ ７ ． ０Ｉ Ｔ Ｉ 额定 流量 ： ３ ９ ． ０ ｍ３ ／ ｓ
要： 介绍缅甸密沙高水头电站 ， 采用轴流转桨式机 组在 水轮机结构例如转轮 、 叶片、 叶片密封等方面的特 点， 以及
蜗 壳、 尾 水管采用有别于传统 的算法 ， 为 以后设计类似或更 大尺寸、 更大容量机 组提供借鉴。
关键词：高水头； 轴流转桨式水轮机 ； 蜗 壳； 转轮 ； 缅甸密沙水 电站 中国分类号： Ｔ Ｋ ７ ３ ０ ． ２ 文献标识码： Ｂ 文章 编号 ： １ ０ ０ １ － ４ ０ ８ Ｘ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ０ ０ ８ — ０ ３
４ 结构设计
４ ． １ 机 组总体 布置
机组为立轴悬式布置型式 ，水轮机轴和发电机 轴采用法兰连接 ， 水轮机部分设有一水导轴承 ， 发电 机部分设有上、 下导轴承和推力轴承。
４ ． ２ 蜗 壳结构
寸大为减小 ， 重量减轻 ， 节约材料消耗 ， 经济效益高 ， 最终 选择 采用 ຫໍສະໝຸດ Baidu流转 桨式 机组 。
第３ ２卷第 ４期
２ ０ １ ３年 ８ 月
红 水 河
Ｈｏ ｎ ｇ Ｓ ｈ ｕ ｉ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
Ｖｏ １ ． ３ ２ ． Ｎ ｏ ． ４ Ａｕ ｇ ． ２ ０１ ３
缅甸密沙水电站高水头轴流转桨式水轮机结构设计
李一文
（ 南 宁广发重工发电设备有限责任公 司， 广西 摘 南宁 ５ ３ ０ ０ ３ １ ）
２ 电站 概 况
密 沙水 电站位 于缅 甸马圭 省甘 高县境 内密 沙河
上， 密沙河为亲敦江支流 ， 站址在甘高县以南 ３ ０ ｋ ｍ
处 。电站总装 机容 量为 ２×２ ０ ＭＷ。
密沙水电站水头大于 ４ ０ Ｉ ｎ ， 采用金属蜗壳。蜗 壳包角为 ３ ４ ２ 。 ， 电站的蜗壳计算采用 了有别于我 国 通常采用的独特算法 。 算法来 自于 日立公司。该算法没有流速系数的 概念，首先根据机组段的宽度初步确定蜗壳进 口断 面的直径 。 根据设计流量公式 Ｖ － 计算进 口流 ＾ ０ 速， 式中 Ｑ为额定流量 ， Ａ 。 为进 口面积（ Ａ ０ ＝
Ａ ０ ＝ （ ＋ｐ ’ ｃ ｏ ｓ ／ ３ ） Ｘ Ｉ ＋ （ 丌 － ｐ） Ｐ
（ ２ ）
最 大轴 向水推 力 ： ２ ５ ９ ４ ． ８ ｋ Ｎ 水 轮机 在 最 大水 头 ５ ７ ． ８ Ｉ ｎ时额 定 转 速 下 出力
为２ ０ ７ ０ ９ ｋ Ｗ。
收稿 日期：２ ０ １ ３ — ０ ５ — ０ ２ ；修回 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ６ — ０ ３
轮毂 比 ｄ ／ Ｄ ＝ ０ ． ５ ， 由于减 少 了轮毂 比 ， 增 加 了转 轮 的
过流量 ， 使机组距有更高的能量指标。 同时也因为减 少 了轮毂比， 致使转轮体、 叶片轴套以及传动件等部 件 应力 均偏 高 ，水 轮 机 叶片轴套 压强 从使 用 的 ２ ８ ． ７
ＭＰ ａ 提 高至 ３ ８ ． ６ ＭＰ ａ 。 为 了解 决 此 问题 ， 整个 转 轮体 采用 ｚ Ｇ ０ ６ ｃ ｒ １ ３ Ｎ ｉ ４ Ｍ ０不锈 钢 ， 叶 片轴 套采 用 铝铁 青