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整装灯泡机组的开发与应用

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/5/4 15:59:05   

 关键词:  机组

[摘要] 整装灯泡机组是近年来开发的新机型,具有结构紧凑、土建投资少、安装方便的独特优点,已成功地应用于低水头小水电站和火电厂冷却水管路余能发电,达到了预期的效果。随着科学的发展和技术上的改进,该机型可望得到广泛的应用。图3幅,表1个。

[关键词] 小水电站整装灯泡机组改进应用

在小水电站的建设中,小型整装机组具有结构紧凑、安装检修和操作方便、土建投资少、工期短的独特优点,因而具有很大的优势。在国外,整装轴流式、混流式、冲击式、灯泡式等都得到了普遍的应用,单机容量可达2.6MW。我国第1台自行研制的整装灯泡贯流式GDM—WLP—80/SF200—6/740型水轮发电机组于1999年在辽宁榛子岭电站成功投运发电,至今已有3座电站6台机组相继投入运行,达到了预期的效果,标志着我国在整装机组领域取得的进展。近几年来,机组从结构上进行了进一步的改进,技术上更成熟,提高了运行的可靠性。

1流道特点

整装灯泡机组与常规灯泡贯流式机组的流道类似,流道平直,适用于低水头、大流量的电站。它的模型试验参数及结果如下所示(见表1):

由于发电机放置在流道外,灯泡比dm/D1,即灯泡直径dm与转轮直径D1的比值只有0.76,而常规灯泡机的dm/D1,一般为1.12~1.2;进水管直径di与转轮直径D1的比值也相应减小到1.9,而常规灯泡机一般为di/D1=1.95~2.25。流道尺寸的减小使得结构紧凑,缩小了占地面积,因而也减少了土建投资。机组经过试验台完整的效率试验,真机可完全模拟,性能可靠。流道图如下(见图1):

2安装布置

整装灯泡机组将水轮机、发电机通过齿轮传动机构组合成一个整体,通过法兰分别与输水管道和尾水预埋部分连接,可以整体吊人吊出。安装布置图如下所示(见图2):

安装步骤:1)将进水埋入管和尾水里衬调整好位置,埋入混凝土中;2)将机组整体吊人机坑,通过拉钩和地脚楔铁调整机组位置,把紧地脚螺栓;3)焊接进出水口;4)浇铸二期混凝土;5)吊装飞轮和发电机,调整好后把紧并打定位销;6)安装调速系统和上、下油箱,安装管路,连接线缆。

由于机组进出水两端均为法兰连接,且只有底部一组地脚螺栓支撑,检修时可直接将整台机组吊出至检修场地进行解体,因而十分方便快捷。

3结构特点

3.1主要组成部分

整装灯泡式水轮机由进水部分、导水部分、传动部分、尾水部分和润滑系统等组成。水流经进水部分引进,经过锥向导水机构进入转轮,转轮的机械能通过主轴和一对锥齿轮传递给立式安装的发电机。该机型进水、导水和尾水部分在结构上与常规灯泡式基本类似,而传动部分则有其自身的特点。

传动部分的主要部件包括转轮、水机轴、电机轴、齿轮组、轴承、密封、飞轮和发电机(见图3)。水平安装的水机轴两端分别与转轮和大齿轮相联,竖直安装的电机轴两端分别与小齿轮和发电机相联。2个轴的支撑均采用标准的滚动轴承,它们同时承受来自机组的轴向和径向载荷。轴承的间隙由加工精度来保证,而游隙由调整垫片来保证。

齿轮作为传动的核心起到传递扭矩、改变传动方向和增速的作用。齿轮选用螺旋伞齿轮,具有传递扭矩大,运行平稳等优点,可选用克林根贝尔格齿制或格里森齿制。在组装过程中,齿轮间隙的调整是一个非常关键的环节,它关系到齿轮的受力状态和寿命。

为防止油水混合,在水机轴上装有密封装置。密封可为水压活塞密封或盘根密封等。水压活塞密封具有自补偿功能,但安装时要保证活塞滑动灵活,以防活塞发卡而起不到密封作用。盘根密封效果较好,但因机组空间较小,安装比较困难。

为满足机组转动惯量的要求,在电机轴上还装有飞轮,同时装有刹车装置。

齿轮和轴承的润滑采用外循环强迫润滑,润滑油选用工业齿轮油。齿轮的下部浸在油中,同时油管路的进油直接滴在齿轮表面。

3.2结构改进要点

GDM型整装灯泡机组于1999年首次应用于辽宁榛子岭电站(额定水头6.4m,额定出力200kW),后又应用于辽宁发电厂来水管路的发电
机组(额定水头6.5m,额定出力250kW),运行结果显示机组满足设计指标要求,达到额定出力。但在调试和运行中,仍觉齿轮运转不够平稳。经分析,认为主要是由于轴系支撑不尽合理所致。所以,针对辽宁发电厂的2号机组,在不破坏原主体结构的基础上进行了结构改进,改进后的机组已于2004年重新投入运行。同时,新的结构方案也已应用于广东岐山电站的GDM-WLP-70机组(额定水头5.91m,额定出力125kW)。运行结果表明,改进后的结构,运行更加平稳,噪音降低,因而预示着此机型更加趋于成熟。

具体改进方案为:

1)原设计在齿轮端轴承采用调心轴承,径向推力轴承放置在了另一侧。这样的结构在载荷较大时齿轮端的挠度会比较大,再加上由于热变形而产生的主轴的轴向位移、齿轮的间隙和啮合状态会受到比较大的影响,影响了齿轮带负荷的能力。结构改进后,在每个齿轮侧都放置了一对径向推力轴承(见图3),而将结构的变形及挠度的影响都由另一侧来承担。所以,齿轮的受力基本不会影响啮合状态,因而增加了承载能力,提高了使用寿命。

2)将小齿轮与发电机轴设计成一个整体,二者之间不需连接和配合,不仅结构紧凑,同时增加了齿轮强度。

4应用范围和发展前景

小水电是清洁可再生能源,得到国际上的完全肯定。随着我国水力资源的不断开发,低水头水力资源的利用变得越来越引起广泛的重视。整装灯泡机组与轴流机组相比,省掉了进水蜗壳,水工简单,结构紧凑,减少了土建开挖和混凝土回填投资;安装周期短,检修方便,节省工期且便于维护;水力性能好,提高了资源的利用率。虽然设备投资有所增加,但综合的性价比高于常规的轴流机组。随着认识的深人,应有较大的发展空间。同时,在火电站冷却水管路或其他(如化工厂)给水管路余能的利用中,可直接将机组用法兰的型式连接到原有管路,只需增加地脚螺栓的支撑,不需要任何额外的土建投资,这是其他任何机型都无法实现的。

几年来,我国整装灯泡机组的开发已取得了成熟的经验,电站运行情况令用户十分满意,创造了很好的经济效益。现阶段GDM机组的建议应用范围为:水头2.5~18m,流量1.6~13m3/s,出力50~600kW。据有关资料,目前国外同类机组单机出力已达到2.6MW,转轮直径达到2.6m,并且可实现转轮叶片和导叶同时调节。由此可以看出,我们与国际先进水平的差距还很大,但同时也显示了此种机型存在着较大的发展空间。随着齿轮的材料性能、制造工艺水平的提高,该机型有望大幅提高使用范围,水力性能也可进一步提高,其应用前景极为广阔。

来源:小水电杂志
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