缅甸密沙水电站轴流转桨式机组的选择

缅甸密沙水电站轴流转桨式机组的选择

1机组形式的选择缅甸密沙水库总投资47.57.8m。传统想法倾向于在这一范围内使用混合动力。然而，考虑到电压机的轴旋转桨式电机比混流式电机稳定，能够灵活运行于较宽的水道和流量范围内。因此，轴旋转桨式发动机的尺寸显著减少，重量减轻，材料消耗少，经济效益高。最后，选择使用轴旋转桨式发动机。2电站预算的总结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30km处。电站总装机容量为2×20MW。3体通水机转速型号:ZZA315-LJ-250最大水头:57.8m额定水头:53.0m最小水头:47.0m额定流量:39.0m3/s额定出力:18890kW额定转速:333.3r/min飞逸转速:779.2/min最大轴向水推力:2594.8kN水轮机在最大水头57.8m时额定转速下出力为20709kW。4结构设计4.1主电源的整体配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流速系数的确定密沙水电站水头大于40m,采用金属蜗壳。蜗壳包角为342°,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Ds。根据设计流量公式计算进口流速,式中Q为额定流量,A0为进口面积利用V-ns曲线(图1)检查流速是否合适,做相应调整,最后确定进口流速和进口断面面积A0及Ds(Ds=2ρs)。根据图2,蜗壳具体面积A0按ABCD计算,见公式(2):进口断面确定后,根据Ai/A0—θ曲线(图3)确定其它断面面积Ai。θ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ρsi为:4.3u3000计算尾水肘管的计算原理是计算肘管内外壁面的压力,绘出Cp—L/D1曲线(Cp—内壁面压力;L—从导叶中心线算起尾水管中心线展开长;D1—转轮直径)。调整内外壁面压力,使其压力差在0.45~0.5之间。根据上述计算成果,计算肘管断面面积A沿L/D1分布,并绘出A—L/D1曲线。由此可以计算肘管尺寸。4.4计算模型的建立要根据约束机制按电站的水头,以往常规设计转轮叶片数应为7~8片,轮毂比d/D1(d为转轮体直径,D1为转轮直径)取0.52~0.55,或更大些。现在采用6叶片,并取轮毂比d/D1=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28.7MPa提高至38.6MPa。为了解决此问题,整个转轮体采用ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢,叶片轴套采用铝铁青铜材料,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。叶片操作机构采用带操作架直连杆机构,此机构最大特点在于:叶片转角处于中间位置时,拐臂水平,连杆垂直,运动时操作架圆周分力较小。轮毂比减小,增加叶片表面面积,从而改善水轮机的抗气蚀能力。同时叶片的材质为ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢,也能提高水轮机的抗气蚀能力。第三叶片外圆加裙边,减少转轮室的容积损失,改善叶片间隙空蚀及背面空蚀,加强叶片端部强度,改善叶片水流流态,提高机组稳定性。叶片与枢轴整体铸造。叶片在空气中的固有频率用有限元法计算得出,而叶片在水中的固有频率为空气中的0.7倍,叶片出水边水流的卡门涡流频率fk按公式算出(st—斯特哈罗数;W—出水边水流相对速度;d—出水边直径厚度),按密沙电站叶片设计d值计算得出fk远高于叶片的4阶固有频率,因此不会发生使叶片破坏的有害共振。针对电站的高水头,转轮叶片密封采用双向“V”型密封,为了达到双向密封效果,采用两组对称布置的“V”型密封圈,每组两个。安装时在支撑环和压环的作用下,“V”型密封圈产生变形,外径抵住转轮体,内径抵住叶片起到密封作用。运行时在转轮体内腔油压和外部水压附加作用下,“V”型密封圈改变接触形状和加大接触应力,内外径更紧密贴合叶片和转轮体,实现可靠密封。制造、安装、运行中各种因素引起的叶片枢轴偏心、倾斜情况,“V”型密封圈良好的形状尺寸也能保证了有较强的追随能力,防漏效果好。如果使用中因密封圈磨损通过加调整片压紧调节,所以有效使用周期长。“V”型密封制作简单,装拆更换方便,密封可靠。4.5活动导叶的布置活动导叶分布圆直径D0=1.203D1,导叶高度B0=0.3557D1,24个非对称型活动导叶对应于24个固定导叶布置。活动导叶与顶盖和底环相对应的端面设有不锈钢抗磨板,导叶之间立面密封为金属接触封水。导叶由支承在机坑壁上两个直缸摇摆接力器,并经控制环操作。导叶的固有频率由有限元计算,其出水边水流的卡门涡流频率fk同样按叶片公式算出,经计算导叶在额定工况时的卡门涡流频率fk距导叶的固有频率的裕度近1/3,不会产生有害共振。4.6动态液压性能水轮机导轴承采用巴氏合金抛物面瓦带外部冷却器的毕托管上油方式稀油润滑自循环筒式轴承。机组水导轴承轴瓦分为四瓣,制造时每瓣内径45°弧度巴氏合金瓦面加工成抛物线曲面,具有很好的轴承动态液压性能,改善了润滑性能。旋转中主轴与轴瓦瓦面间间隙形成稳定的油膜,承受径向载荷。其结构简单,便于检修,安装时也不需刮瓦。4.7检修密封主轴密封工作密封型式为水压式端面密封,采用经过滤的清洁水润滑和冷却。在工作密封的下方设置有检修密封,用于机组停机和检修主轴密封时防止尾水溢出。检修密封为压缩空气充气膨胀式橡胶密封,由压缩空气提供工作压力为0.5~0.7MPa的压缩空气。在不拆除主轴、导水机构和管路系统的情况下进行调整和更换工作密封件。4.8环上、下环材质座环24个固定导叶按水力模型全模拟设计,座环上、下环材质采用层状抗撕裂钢Q345B-Z35,此类钢板沿板厚方向具有指标要求的塑性,防止座环在机组运行时