水泵水轮机结构介绍(精)

广州蓄能水电厂水泵水轮机结构介绍

肖苏平

一.简介

广州蓄能水电厂分二期建设,一、二期工程分别安装4×300MW可逆式水泵水轮机,单机容量(发电工况300MW,总装机容量2400 MW。一期(称A厂工程于1994年全部建成。二期(称B厂工程于1999年全部建成。一、二期工程于2000年3月全部投产。8×300MW 机组投产后,已成为当今世界最大的抽水蓄能电厂。

可逆式水泵水轮机在抽水、发电起动,停机操作灵活方便,在电网峰荷时放水发电,在低谷负荷时利用系统多余的电能抽水,在电网中起到了填谷调峰的积极作用,使系统中的所有各种电站的负荷趋于均匀,提高了整个电力系统的经济运行。

本电站两期工程共装设八台可逆式水泵水轮机。每台机组设备包括:水泵水轮机、调速系统、进水球阀、尾水事故闸门以及相应的操作控制系统,各种连接管路、阀门、管件、表计、自动化元件、控制电缆、备品、专用工具、实验设备等。A厂水泵水轮机由法国Neyrpic 公司承制、供货,B厂由德国Voith承制、供货。

电站工程主要特征数据如下:

上库水位:正常蓄水位 816.8 m

最低蓄水位 797.0 m

下库水位:正常蓄水位 287.4 m

最低蓄水位 275.0 m

电站毛水头:最大水头 541.8 m

额定水头 522.0 m

最小水头 509.6 m

二.水泵水轮机基本参数

水泵水轮机为竖轴单级、可逆、法兰西斯式,具有可调导水机构,与电动发电机轴直接连接。A、B厂水泵水轮机主要参数如下:

A厂 B厂

额定转速:水轮机工况 500 r/min 500 r/min

水泵工况 500 r/min 500 r/min

旋转方向(俯视:水轮机工况为顺时针

水泵工况为反时针转轮直径:进口直径 3886mm 3802 mm

出口直径 2312mm 2090 mm 额定出力:水轮机工况 306 MW 308 MW

水泵工况 330 MW 330 MW 水轮机最大出力: 306 MW 352 MW

水轮机额定流量: 62.88m/s 65.95m/s

水轮机最大流量: 68.7m/s 72.92m/s

水泵最大流量: 60.03m/s 57.3m/s

水泵最小流量: 53.73m/s 50.6m/s

水泵水轮机总重: 450 t

转动惯量GD2: 3600t.m2

轴向最大水推力:正常运行时,水轮机工况 1500 kN

水泵工况 1500 kN

过渡工况时,最大向上 3600 kN

最大向下 4800 kN 蜗壳进水方向:与厂房纵向中心线成65º角最大飞逸转速:稳态 700 r/min 690 r/min

瞬态 725 r/min 725 r/min 安装高程: 205m 205 m

最小淹没深度: -70 m -70 m

三.水泵水轮机结构

水泵水轮机为单级、立轴、混流可逆式,电动发电机为悬吊式,主轴有三个径向导轴承荷一个推力轴承。水导轴承布臵在主轴密封德上方,下导轴承布臵在电动发电机下机架上,上导轴承布臵在推力轴承上方,推力轴承布臵在电动发电机上机架上。

水泵水轮机由转轮、主轴、导轴承、主轴密封、座环、蜗壳、顶盖、底环、泄流环(基础环、止漏环(迷宫环、抗磨板、导叶及其操作机构、机坑里衬、机坑内环形吊车、尾水管等组成。

水泵水轮机的拆装采用中拆方式。水泵水轮机所有可拆部件包括转轮、主轴(包括中间轴、水导轴承、轴承支座、顶盖、导叶、导叶接力器、导水机构、主轴密封装臵等。

根据设备的结构特点和习惯,我们将水泵水轮机分成三大部分,即:转动部分,固定部分和埋入部分。下面就机组的各个部件的构成和作用分别作简要介绍。

1.转动部分

转动部分及其相关部件主要包括:转轮、主轴、中间轴、主轴密封、水导轴承等。转动部分是机组的核心组成部分,是水能转换成机械能/电能的关键设备。

1.1.转轮

转轮是实现水能转换的主要部件,它将大部分水能转换成转轮的旋转机械能,并通过水轮机主轴传递给发电机主轴及其转子,所以它是水轮机的主体,水轮机转轮的设计和制造水平,是水轮机质量的主要标志。

转轮由上冠、叶片(9片、下环和泄水锥焊接而成,材料16Cr5Ni不锈钢,重量34 t。转轮与上方的顶盖及下方底环和相邻的导叶形成完整的水流通道,作用是将水能/机械能转换成机械能/水能。

可逆式水泵水轮机的转轮要适应两种工况的要求,其特征形状与离心泵更为相似。

高水头转轮的外形十分扁平,其进口直径与出口直径的比率为2:1或更大,转轮进口宽度(导叶高度在直径的10%以下;叶片数少但叶片薄而长,包角很大,能到180°或更高。很多混流可逆式机组都使用6~7个叶片,近年来为向更高水头发展,使用到8~9片。因为可逆式机组的过流量相对较小,水轮机工况进口处叶片角度只有

10°~12°,为改善水轮机和水泵工况的稳定性,叶片出口边经常作成有后倾角,而不是在一个垂直面上。

1.2.主轴/中间轴

主轴是水轮机的重要部件之一。其作用是承受水轮机转动部分的重量及轴向水推力所产生的拉力,同时传递转轮产生的扭矩。可概括的说成,水轮机主轴要同时承受拉、扭及径向力的综合作用。

水轮机主轴主要由上、下法兰及轴身三部分组成,上端与中间轴用螺栓联接,下端与转轮上冠法兰用螺栓和销钉套联接,联接螺栓是从定位销中间穿过,此法比较独特,螺栓数量为18个M90×6,螺栓的拉伸值为0.68mm,拉伸方法采用加热棒加热法。结构为整锻中空。材料:CK35N,主轴直径Ф990mm,长度为2700mm,水导轴承处

Ф1280mm,

重量23t。

中间轴为碳钢整锻,下方与水轮机主轴由18个M130×6螺栓联接,上方与发电机下端轴联接。中间轴重量14.5t。中间轴是为实现水泵水轮机组中拆而特别设计的。

1.3.转轮拆卸方式

蓄能机组的转轮在大修时需取出进行修理,立式机组转轮的拆卸要牵涉很多其他重大部件的拆卸,实际上影响整个水泵水轮机以致电动发电机的总体结构设计。现在大型立式机组转轮的拆卸可以有三种方式:或将尾水锥管和底环以及转轮由下方取出;或取出一段中间轴并拆卸顶盖后,将转轮由机坑取出;或用传统方式,吊出电机转子并拆除顶盖后由上方取出转轮,以上三中拆卸方式分别称为下拆、中拆和上拆方式。我厂一期为下拆,二期为中拆。

1.4.主轴密封及检修密封

1.4.1.主轴密封

主轴密封紧靠水轮机主轴下法兰端面,在水导轴承下方由内顶盖支撑,密封形式为弹簧复位式流体静压平衡径向机械密封。其作用是有效地阻挡水流从主轴与顶盖之间的间隙上溢,防止水