柬埔寨甘再PH2电站轴伸贯流式机组的结构特点
一、概述
甘再水电站项目是柬埔寨第一个大型水电站项目,也是外国公司在柬埔寨开发的最大的综合性水电工程,同时也是中国水电建设集团公司第一个境外BOT水电项目和目前中国在柬埔寨最大的投资项目,具有发电、灌溉、防洪等多项功能,电站投产后将对柬埔寨国内带来较好的经济效益和良好的社会效益。
PH2水电站4#机组安装一台额定功率为0.8MW轴伸贯流式水轮发电机组。水轮机型号为GD006-WZ-170,为卧轴轴伸贯流定浆式机组,转轮型号为GD-006,转轮直径为1700mm,额定水头9.8m,最小水头3.1m,额定流量10m3/s,额定转速300r/min。发电机型号为SFW800-20/2150 10.5KV,水轮发电机组采有三支点结构,水轮机只有一个径向轴承装于固定支座内,发电机设有一个径向推力轴承和一个径向轴承,前后轴承装于一个大底板上,底板架在尾水管的边墙上。
二、水轮发电机组结构形式(如图1)
轴伸贯流式水轮发电机组的水流从进水管引入,经导水机构、转轮、尾水管,排至尾水渠道,通过水轮机,水流的能量(位能和动能)转换成水轮机轴上的旋转机械能,带动发电机旋转发电,水轮机主轴从尾水肘管中水平穿过后与发电机采用刚性法兰直接联接。
轴伸贯流式水轮机结构复杂,发电机转速低,与小机组相比,尺寸大、质量大,故要求水轮机拆装时不移动发电机。为此,在两轴之间设置分瓣过渡法兰,就能很方便地单独拆装、维护水轮机或发电机。
轴伸贯流式水轮机是水平轴向布置,没有蜗壳,流道也是轴向布置的。导水机构采用锥面布置,12个导叶成圆锥状布置在内外配水环之间,其锥角为65°。进水管的座环与尾水肘管大部分埋入混凝土中。水轮机进水管顶部开有560×860mm的吊物孔,以供装卸灯泡头内工件时使用。座环由六根支柱、两个底脚以及内外环组成,上支柱是油、气、水管路的入口,下支柱是排水管、排油管的出口,径向轴承装于内环的下半法兰上,水轮机流道内零部件重量以及动载荷通过座环传递到基础混凝土上。调速器与油压装置为组合式,布置于 8.60m层,调速机构采用单推拉杆结构,能过推拉杆、调速轴与导水机构相连。高位油箱布置于尾水 31.00m层。
三、水轮机结构特点
1.转动部分。甘再PH2电站轴伸贯流式水轮机转动部分由转轮、主轴、小轴、泄水锥、过渡法兰等组成。转动部分是水轮机的重要部件,水流的位能和动能就是通过转轮变为旋转机械能,由主轴传递给发电机而转换成电能的。
轴伸贯流式水轮机结构较复杂,为便于机组的安装、拆卸和检修维护,以及在拆卸主轴、转轮时,可以不移动发电机及其它部件,在水轮机主轴和发电机主轴间设置过渡法兰。轴伸贯流式水轮机主轴较长,且水轮机轴从肘管中伸出,为便于主轴、转轮的安装和检修,水轮机转轮室、直锥管均采用从轴线水平分瓣的结构。
2.导水机构。水轮机导水机构主要由导叶外环、导叶内环、12个活动导叶、控制环、压环、导叶套筒、导叶臂、连接板、223个Ф36钢球、24个GE35ES关节轴承等组成。
控制环为滚动磨擦球轴承结构,在控制环与外环之间装有223个Ф36钢球,以使控制环具有小的磨擦力矩,保证控制环动作灵活。
12个导叶轴线与水轮机轴线成65°倾角,呈锥面布置,导叶翼型为空间扭曲型线,导叶转角范围为0°~70°。导叶采用整体铸造,二支点结构。为了便于安装,在内环上装有导叶短轴,与导叶内环轴也配合,导叶轴孔内压有SF-2钢背复合材料轴套,用水润滑,上、下轴套材质相同,上轴套压在导叶套筒内。导叶密封采用“O”型密封圈,用压环压紧。导叶上、下端面间隙的调整是通过导叶轴端的M24螺栓及调整垫环厚度来实现的。连杆球铰轴承采用了标准关节轴承GE35ES,为防止灰尘等进入轴承内,轴承装有轴承压盖,要定期加注润滑油,以保证导叶连板动作灵活。调速机构采用单推拉杆结构,主要由轴承座、调速轴、左右叉头、拐臂、销轴、推拉杆及JLK-6位置开关等组成。接力器无自动锁锭,只在导叶全关位置设有人工锁锭。
3.轴承油系统。机组的轴承润滑方式为强迫油循环稀油润滑,采用重力油箱外循环集中供油方式。发电机和水轮机共用一个供油系统。润滑油用L-TSA46汽轮机油,在轴承座上、下侧设置有进油孔和排油孔。冷油从上面的进油孔进入到径向轴承和径向推力轴承的油道内,热油从下面的排油孔排出,流到机组外部集油箱内冷却,再通过箱内油泵加压至 31.00m高位油箱,形成一定自重压力的油流回到轴承内,如此往复循环。油冷却器的冷却水由生活供水系统水塔直接供给,冷却后直接排至集水井。
4.主轴密封。主轴密封采用GFO编织纤维盘根密封结构,具有良好的封水性能,磨损后可自动补偿,使用寿命长,它主要由支架、导流罩、盘根F16、工字环、封水座、压罩、弹簧、调节螺栓和密封座等组成。向密封处通0.1MPa~0.2MPa的清洁压力水,起润滑和冷却作用。弹簧通过压罩给GFO盘根以一定压紧力,使其与旋转的轴套表面紧密封接触以达到封水目的,盘根装好后将弹簧的长度调整到69mm。当盘根受到磨损时,压簧仍能产生压力而使盘根起到密封作用。对于少量漏水,能通过排水管排出。
四、发电机结构特点
发电机为卧式结构,发电机定子、转子、轴承装于同一底板上,定子、轴承基础用地脚螺栓把合。传动端的径向轴承,既承受发电机转动部分重量的径向力外,又承受水轮机的正反向推力,非传动轴端为径向座式轴承。
轴伸贯流式水轮发电机一般放置在微弯的过流道上,由于水力关系,流道中性线至轴系中心线间的距离受水轮机转轮直径的限制,在设计发电机的安装基础时,须考虑到这一因素的影响。在刚性直联机组中,发电机的基础不能按常规卧式水轮发电机的方式设计,一般须跨流道布置发电机的基础螺栓,地板尺寸很大,常采用大小地板用螺栓把合的结构。发电机通风系统采用管道式通风冷却方式,通风管道安装在定子机壳上部,抽风机位于 31.00m厂房外侧。
发电机通风系统常采用管道式通风冷却。由于发电机位于流道的正上方,其底部通常不能放置通风管,而改为顶部出风,抽风机置于风管穿墙孔内。由于发电机转速低,运行时提供的风压及风量均较小,且极间距较小,过风面较窄流阻较大,风压降较常规机组大许多。为保证发电机散热对风量及风速的要求,风路流道设计应尽量畅通,不留死角,防止局部放置增大风阻的零部件,如极间连线宜引至磁轭端面而不放置于风路上;适当增大风叶尺寸、角度,以增加风动压头;流道过渡部应圆滑,减小尖角等。
五、水轮发电机安装难点
灯泡贯流式机组和轴伸贯流式机组,两种机型同属于贯流式机组,但其结构特点和安装方法有所不同,轴伸贯流式机组的水轮机主轴从肘管中水平穿过后通过过渡法兰与发电机轴联结,发电机移出灯泡体,露在水轮机外面;轴伸贯流式机组的特殊结构决定了安装方法的特殊性。
1.水轮机转轮、主轴、轴承安装。(1)根据轴伸贯流式水轮机的结构特点,在安装间将转轮、小轴和主轴密封进行组装,将密封座下半部分装于内环上,利用主轴转轮吊装工具将组装件吊于流道内,在转轮叶片外缘与下半转轮室之间打上楔子板,通过调整楔子板来找正转轮中心,叶片外缘与转轮室间隙取其最大值。小轴端加支撑使其水平。(2)将组装好的径向轴承从进水管上部的吊物孔吊入,吊装径向轴承与小轴对准中心装于座环上,并安装进油管、排水管等。(3)用主轴吊具吊装主轴,并在肘管的圆环下部垫上两只主轴支撑管,联接主轴与转轮。
2.发电机定转子的安装。(1)在发电机组的安装位置上,由于受电站厂房空间限制,发电机的定、转子应一起吊装,在安装间将转子用支架和垫木块垫平稳,定子吊至转子附近(如图2所示)位置;两支架和垫块支撑好转子,拆除转子下部方木后,定子移至定、转子铁芯中心对准。(2)定子套入转子前,为防止定、转子间互相碰撞磨擦受损,应在气隙中垫以适当厚度的橡皮板或钢纸板,仔细观察在套入过程中定、转子之间是否保持有间隙的滑行。(3)用定、转子整体吊装工具,将定、转子同时缓慢吊至底板和轴承上落位(如图3所示)。
六、经济效益分析
1.轴伸贯流机组具有比转速高、过流量大及水力效率高、投资少等特点,是开发低水头水力资源的良好机型。
2.轴伸贯流式水轮发电机组较其它形式机组,其结构较为简单,布置形式有利于检修维护。
3.为了保证大坝和厂房的天然河道不断流及生态放水,水库通过坝体管道向大坝与厂房之间的天然河道常年下泄3m3/s~5m3/s。在枯水季节PH1电站机组不发电的情况下,PH3电站4.0MW机组可与PH2电站0.8MW轴伸贯流式机组配合发电,根据设计要求,0.8MW机组在旱季每天可满足20个小时的发电量,为电站创造了可观的经济效益;同时可兼顾下游提供生态灌溉水源,有利于水资源的合理利用。
4.PH2电站0.8MW轴伸贯流式水轮发电机组在旱季发电,其机组小流量(10m3/s)稳定运行解决了旱季为了防止海水倒灌影响地下水,保持了PH2电站反调节堰以下相对比较均匀的水流,维护了大坝枢纽和PH2电站厂房间的减水河段河道基本生态,具有很好的社会效益。
七、结束语
甘再PH2电站0.8MW轴伸贯流式机组的选用,从其结构特点、安装难度、检修维护和经济效益方面综合来看是非常合理的,能满足甘再河流域雨、旱季节分明的发电需求;机组具有运行水头范围较大,效率高等优点,利于电站经济运行的要求。