我国水力资源开发中轴伸贯流式水轮发电机组的设计

1、轴伸贯流式水轮发电机组的整体特征
　　轴伸贯流式水轮发电机组是一种性能优良、结构简单、安装维护方便的机型，适用于低水头、大流量电站的装机，主要采用转桨式S型为多，流道呈直线状，水流基本上沿轴向流经叶片的进出口，出叶片后，经弯形尾水管流出，水轮机卧式轴穿出尾水管与发电机大轴连接，提高了机组水力效率，水轮机导水叶和转轮叶片双重调节。此发电机组采用卧式布置，也采用倾斜式，水道较为流畅。是一种比较经济、适宜的水轮机形式，具有资源利用充分、投资节省的优势和电量增值等优点。
　　 2、采用的发电机特点
　　轴伸贯流式水轮发电机组可采用常规发电机，所以经济性显著。由于发电机敞开布置，易于检修、维护。

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这种发电机移出灯泡体，露在水轮机外，可以应用各种形式的增速装置。这种发电机多数被放置在弯度较小的过流道上，因水力关系，在安装发电机基础时，需考虑轴系中心线间至流道中性线的长度受水轮机转轮直径的制约因素的影响。如果是刚性直联机组，必须跨流道布置发电机的基础螺栓，因地板尺寸很大，适宜用大小地板用螺栓把合。
　　 3、我国轴伸贯流式水轮机的研发现状
　　我国轴伸贯流式水轮机的技术开发起步较晚，虽也能生产轴伸贯流式机组，但局限性较大。例如我国自行研制的GZ006、GZ007等转轮的性能达到或超过国际先进水平，但却没有得到普遍的技术推广和形成相应的生产和市场规模。
　　我国水电资源丰富，全国江河水电资源蕴藏量丰富，而现在的开发量只占到经济可开发量的25％。研发能力和技术水平的限制，影响轴伸贯流式水轮机的广泛应用。因此，全面
提升研究设计轴伸贯流式水轮机的技术水平对于开发利用我国的水电资源，意义巨大。
　　 4．轴伸贯流式水轮发电机组的设计中应注意的几个问题
　　 4．1 主轴：伸贯流式水轮机的主轴特长，其安装是一个在设计中应注意的问题。如果主轴从肘管出轴处拉出，需增加厂房的宽度，还要移动发电机、增速器、推力轴承等；而若采用转轮室、直锥管、肘管按轴线水平分开的，虽然能解决主轴的吊装问题，但又增加了机壳的安装麻烦，提高了机组的制造成本。通过比较，可采取转轮室、直锥管进行分半，伸缩节设在直锥管与肘管之间，水轮机主轴与发电机大轴之间设分半过渡法兰的方法，在拆卸转轮及主轴时，可以不移动其它部件而达到拆卸目的，主轴及转轮可以直接从分半转轮室、分半直锥管处吊装。
　　 4．2主轴密封：轴密封共有三道，即梳齿密封、水压活塞式工作密封、检修密封。水压活塞式工作密封的密封环采用性能好的中硬橡胶。设计时为控制漏水量，凹槽及导向孔、进水孔尺寸应严格控制，为了保证活塞自由运动，在安装时，应使活塞与活塞体之间有0.05mm间隙。停机检修密封根据机组的大小应采用填料密封或空气围带密封。
　　为了确保密封的安全可靠，在检修密封位置之后，设计时应在转动部分设置甩水环，尾水罩上设集水管，甩水环将漏出的水封住并通过离心力作用甩入尾水罩内，在重力作用下通过尾水罩上的采水管排出。
　　 4．3发电机：
　　发电机应采用顶部出风，抽风机置于风管穿墙孔内，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，适当增大风叶尺寸、角度，以增加风动压头，选用具有较高压头及较大风量的风机，流道过渡部应圆滑，减小尖角等。
　　 4．4发电机座号的确定
　　由于受定子机座对定子铁芯的制约，定子铁芯受热膨胀而不能自由运动，将使铁芯冲片受压，若径向分力大于铁芯冲片的片间摩擦力，将引起铁芯内圆产生较大的变形，因此还会形成较大的气隙椭圆度，增强发电机所输出电压谐波分量，降低发电机运转效率。但较小的铁芯外径转子也会引起散热困难等问题。所以需对机座号进行细致地选择，在确定铁芯的叠压方式、冲片的搭接方式时要考虑这一因素的影响。
　　 4．5导水机构：导水机构设有控制摆式接力器，接力器设计时无自动锁锭，需在导叶全关位置设有人工锁锭。为防止灰尘等进入轴承内，轴承装有轴承压盖及密封铜片。采用关节轴承，可对导水机构在制造、安装过程中产生的偏差进行一定的补偿。安装时，导水机构应整体吊装。整体吊装前，应将导叶全部置于全关位置，然后用拉筋将相邻两导叶互相搭焊。
　　 4．6供油系统
　　 4．6．1低压油系统设计：低压油系统由轴承高位油箱、轴承供油泵、油冷却器等组成。在设计时油冷却器其容量留有足够的余量，当一只油冷却器退出使用时，机组仍可继续运行。滤油器、油冷却器的进出边应设有闸阀，以便检修时使用。
　　 4．6．2高位轴承润滑油箱设计：高位油箱为防止油箱的油面涌浪现象，设计时可把油管一直伸到油箱底或直接从油箱底部进油等方式，确保油系统的稳定性。
　　 4．7空气隙的选择：对于空气隙的选择，要考虑机组在最大飞逸时转子的弹性变形，又要考虑到定子铁芯自重、单边磁拉力、受热膨胀等因素的影响下在铁芯内圆产生的椭圆度。
　　 5．结语
　　轴伸贯流式水轮机是开发低水头水能资源的一种经济、适宜的水轮机形式，具有投资节省的优势和电量增值的优点，通过以上对轴伸贯流机组设计过程中存在着一些问题的探索研究，以期能对提升我国贯流式水轮机的技术水平有所帮助