贯流式水轮机管形座强度研究和优化设计

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1、贯流式水轮机管形座强度研究和优化设计　　摘要：近年来发展迅速的贯流式水轮发电机组以其效率高、建设周期短、投资省等优势在国内外低水头径流式水电站的开发建设中备受关注。本文就日本灯泡贯流式机组的技术特点对贯流式水轮机管形座的强度进行了简要的分析。关键词：管形座、强度分析、优化设计、贯流式中图分类号：TK733+1文献标识码：A一、前言日本贯流式水轮发电机组在结构因为没有蜗壳，进而减少了蜗壳的绕流损失，另外，其用轴向锥形导叶代替径向导叶、装有直的或略带弯曲的扩散型尾水管等优势，使得贯流式水轮发电机组自打问世以来就受到人们的密切关注。二、日本灯泡贯流式机组技

2、术特点1、总体布置日本灯泡贯流机组水轮机和发电机多共用一根主轴，呈水平布置，转动部分采用两支点、双悬臂结构，一端为发电机导轴承。为解决转子与主轴连接后的挠度问题，采取了两项措施：①在导瓦支架与轴承支架之间，按实测变形量加垫，确保推力轴承接触良好；②定子与管形座连接的法兰面加工成斜面。6机组主支撑为管形座，在前端灯泡头设有垂直和水平辅助支撑。由于灯泡体为薄壳结构，对其应力、应变、模态、固有频率等进行分析，保证了灯泡体静、动态稳定，避免发生有害振动及共振，确保机组安全运行。随着研究的深入，作为灯泡体主支撑的管形座发生了较大变化，结构越来越简单，耗钢量也越

3、来越少，尤其在管形座、尾水管里衬等埋入部件的设计中，采用了大量锚筋，以保证埋入部件与混凝土的良好结合。为安装和检修需要，在上游侧设置发电机竖井，下游侧设置水轮机竖井，中部竖井通过管形座上立柱，可抵达主轴。2、水轮机技术（1）转轮富士公司的转轮叶片加工时，外缘侧留有一凸台，尖端向下，其优点是：①减少了转轮室容积损失，使桨叶与转轮室之间的流量损失相应减少；②改善叶片背面的空蚀；③增加了叶片端部强度。叶片密封采用多层V形橡胶密封圈，可在不拆卸叶片的情况下更换密封。（2）锥形导水机构6锥形导水机构是灯泡贯流式机组的重要部件，其设计制造技术要求高、周期长，是灯

4、泡贯流式机组设计制造的重要一环。富士公司锥形导水机构的特点是：①内外导水环、导叶、控制环均采用结构件，制作易控制、外观好、工期短；②研究了导叶密合面设计方法，导叶立面采用刚性密封，其密合面铺设不锈钢；③导叶立面间隙采用偏心销调整；④导叶与导叶臂采用方键联接；⑤导叶采用弯曲连杆保护方式；⑥内外导水环采用数控立车加工，取消“同镗”；⑦导水机构优先采用整体吊装方式。（3）灯泡体支承结构灯泡体有各种支承方式，但多数的上下两瓣固定导叶的支承方式。此时，水推力和发电机转矩由上下两个固定导叶支承，并采用辅助防振支撑和外壳支架来增加灯泡体的固有频率。（4）灯泡体结构

5、灯泡体为一大型柔性结构，且因设置在水中，故灯泡体的密封至关重要。为此，在与外部水接触的对接法兰部位多采用双重填料密封方式，以防止漏水。在双重填料之间设有检测漏水的槽，组合、安装时每个都施加水压，以便检查填料的密封性能；而在运转中，检测漏水和一旦有漏水时，即可封入特殊的填料，由此保证密封性能。3、灯泡式水轮发电机（1）定子6富士公司的定子线圈采用阻燃性材料。发电机内不必设置自动喷水的灭火装置和火灾报警装置，使结构大为简化，又不必担心发生水管漏水的事故隐患。线圈绝缘材料为加强型玻璃纤维树脂板、环氧树脂云母薄板、聚酰胺薄板和石墨环氧树脂等，这些材料具有阻燃

6、性、自熄性和不易燃性，实验效果很好。线棒下线时，用石墨纸作为衬槽，亦有良好的阻燃作用。（2）主轴和轴承采用2根轴结构的主轴，发电机轴与水轮机法兰间的连接采用一种专用工具，以3个螺栓作为联合支承点。主轴分别由发电机导轴承和水轮机导轴承支承。推力头与主轴热套后同床加工，确保镜面与主轴中心线垂直。（3）正反向推力轴承和导轴承大型灯泡贯流式机组有二导和三导两种轴系支承方式，日本优先采用二导支承的双臂结构。富士公司正反向推力轴承和导轴承特点如下：①导轴承采用扇形板支撑、筒式瓦结构，取消球面支撑；②正向推力轴承采用弹性圆盘支撑，反向推力轴承采用整圆瓦刚性或橡胶垫

7、支撑；③推力镜板采用分两瓣结构，选材时综合考虑了表面硬度和可焊性等因素，形成一套作业方法；④高压油顶起油室改为矩形结构，使其更加有效，并可降低油质要求；⑤考虑了主轴挠度对轴承设计的影响，方便工地安装；⑥研究了轴承润滑油及高压油顶起的控制及“确认”方法。（4）主轴密封6主轴密封由检修密封和工作密封两部分组成。检修密封系常用的空气围带结构，安装在主轴法兰外缘上，由密封支架、密封壳体和检修密封三部分组成，在安装中泄水锥之前，必须先行安装好。工作密封由滑环支架、不锈钢滑环（表面喷涂陶瓷衬垫）、密封环、密封环支架即密封外壳组成，其密封环与不锈钢滑环之间形成止水

8、磨擦面，由灯泡头取水供其润滑和冷却。（5）通风冷却技术日本灯泡贯流式水轮发电机通风冷却技术的进步表现在：①开