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。
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。