水轮机下拆式结构的设计特点

胡婉宁（浙江富春江水电设备有限公司,杭州　310030）

水轮机下拆式结构的设计特点

胡婉宁
（浙江富春江水电设备有限公司,杭州310030）

本文主要对下拆式水轮机的结构设计进行了介绍。下拆式与上拆式、中拆式结构的对比优势，使得易磨损部件易拆除，方便检修，节省了维修时间，节约了成本。因为下拆式结构的特点，不用拆除发电机，即可拆除水轮机一些易磨损部件，将广泛应用于水轮发电机组，为以后下拆结构设计提供了参考。

下拆式；结构；设计特点

1　下拆式结构设计理念

下拆式结构是水轮机一种重要的布置形式，这种结构可以在不拆卸发电机的状态下拆出水轮机的转轮、底环、导叶等过流易损部件进行检修，这就避免了对不需要检修的发电机部分进行拆卸、回装的工作量，大大节省了检修时间。由于下拆式结构的优点，将越来越多的应用于混流式水轮机，抽水蓄能机组，尤其适用于多泥沙河流上的水轮发电机组。

2　下拆式结构与其他结构形式对比

对于大多数水轮发电机组，采用上拆式，即水轮机部件通过发电机定子拆除；另外还有一些采用中拆式：需要在水轮机和发电机之间布置中间轴，先把中间轴用滑动式吊车从水轮机中间平台拆除，然后依次拆除控制环、顶盖、转轮、导叶等水轮机部件；下拆式与上拆式和中拆式相比：

（1）无需水轮机中间轴，这样可节省费用并使大轴找正更方便、更准确；

（2）可以不拆除顶盖和扰动轴系对关键水轮机部件进行处理。在某些情况下，只需把底环（可带或不带转轮）下拆就有足够的空间处理部件而无需将他们向侧面移出，就可以进行检修；

（3）在底部平台上向侧面搬运重量较大部件比在中间平台上（中拆式）搬运更方便，需要的临时梁和支撑也比较少。

3　下拆式的结构设计

下面以某混流式电站为例说明下拆式结构的特点，该电站总装机容量150MW(3X50MW)，额定水头107.3m，额定转速300r/min，年平均过机含沙量约0.47kg/m3，因含沙量较大，合同要求转轮、活动导叶、尾水管、底环等易磨损部件可以从尾水管进人门廊道拆除，不用拆除发电机部件，水轮机导轴承和水封等，减小检修周期，节省时间和成本。该电站的过机含沙量较大，所以泥沙磨损是不可避免的问题，而泥沙磨损带来的直接问题就是检修周期的缩短，采用下拆式结构可以使其减轻检修工作量，增加机组发电时间，减少废水，从而给电站带来经济社会效益。

3.1埋件设计

尾水锥管：设计座环受力平衡的自由活动式锥管，减少基础所受的动力负荷，因而也允许在混凝土留足够的空间。其分为上锥管和下锥管，其分别与底环和尾水肘管采用螺栓把合的连接方式，特别在上下锥管的连接段，设置了调整螺栓和法兰，便于上下锥管的拆装。

下拆廊道：按照外形尺寸最大部件尾水锥管设计廊道尺寸；廊道底部预留轨道，尾水管、转轮、底环、活动导叶等可以通过小车从轨道运至吊物孔处，用桥机吊钩起吊这些部件进行维修。

座环和蜗壳：座环和蜗壳的连接固定，是考虑在座环和蜗壳底部设置支墩，用螺栓或者焊接的方式将座环和蜗壳固定在支墩上；当然，防止蜗壳在混凝土浇筑过程中变形，也设置了一些拉锚、加强筋等；下拆廊道中不能有任何干涉部件，在廊道处的支墩、拉锚等都必须在该段混凝土浇筑后割除，所以此处混凝土的刚度在设计时要特殊考虑。

3.2导水机构

底环：底环与座环的把合螺栓设计为从廊道下面方便拆卸的方式，在尾水锥管拆除后，即可拆除底环。在底环24只活动导叶对应的轴孔处设置24根排水软管，将导叶下轴套的渗水通过排水管引至集水井，减小活动导叶的上浮力。

转轮：转轮与主轴的联轴螺栓采用销套连接，因为每个螺栓螺纹都长期处于有水环境，为了防止螺纹生锈，每个螺栓设置保护罩。联轴螺栓在转轮下方安装或拆除，这样在检修转轮的时候只用分解泄水锥和转轮的连接螺栓，拆除泄水锥，转轮就可以从下拆廊道拆除，不用拆除主轴，节省了时间。

转轮材料为不锈钢ZG06Cr16Ni5Mo，其抗气蚀和磨损性能要明显优于碳钢，且具有很好的机械性能，机加工性能和铸造性能，可焊性好，可以不进行预热焊接，对电站现场的叶片修复也更为有利。

3.3主轴密封

用成熟的间隙式泵板密封结构。该结构的固定部件和转动部件不接触，因此使用寿命相对较长。该结构在机组正常运行时不需用注入清洁水，顶盖内积水减少，也不会有太多的泥沙沉积顶盖，这对于过机含沙量大的水轮机有很明显的优点；在机组开停机几分钟内，机组转速低于额定转速，泵板没有完全发挥作用，为了避免该段时间内尾水通过主轴密封进入顶盖，需注入清洁水，待机组转速达到额定转速，停止清洁水的注入。

3.4下拆程序和下拆工具

（1）拆除下锥管与上锥管，肘管把合法兰的螺栓，安装下锥管拆除工具；

（2）沿着下拆轨道平稳移出下锥管（图1）；

（3）先拆除转轮与泄水锥的其中4个把合螺栓，安装泄水锥下拆工具，然后拆除其余连接螺栓，利用工具使泄水锥降落到可操作高度，落下钢丝绳与泄水锥连接，缓慢降落钢丝绳，将泄水锥平稳降落至平板推车，平稳移出泄水锥（图2）。

（4）安装上尾水锥管拆卸工具，用钢丝绳吊起平板推车至上锥管底部，拆除上锥管与底环的连接螺栓，平稳降落平板推车至下拆轨道，平稳移出上锥管（图3）。

（5）拆除上尾水锥管拆卸工具，安装转轮下拆工具。

（6）拆除主轴和转轮联轴螺栓，缓慢降落钢丝绳，将转轮平稳落在平板推车上，拆除转轮下拆工具，平稳移出转轮（图4）。

（7）根据情况决定是否拆除底环和活动导叶。

（8）底环拆除步骤：分解24只导叶下轴套与底环本体的螺栓，依次拆除导叶下轴套。安装上尾水锥管拆卸工具，用钢丝绳吊起平板推车至底环底部，拆除座环与底环的连接螺栓，平稳降落平板推车至下拆轨道，平稳移出底环。

（9）活动导叶拆除步骤：分解导叶臂，导叶套筒等连接螺栓或者连接销等，利用环形轨道吊车缓慢降落导叶至平板推车，再缓慢降落平板推车至下拆轨道，依次拆除活动导叶等。

（10）反之，依次回装活动导叶、底环、转轮、上锥管、下锥管等。

4　结语

我公司目前投产机组均为上拆式结构，下拆式结构的研究生产将填补我公司这一结构的空白，增强了市场竞争力。下拆式结构的设计和应用，可以减少检修周期，节约成本，为以后下拆式结构设计也提供了参考，特别是对多泥沙电站，更是意义重大。

胡婉宁，女，2004年毕业于西安理工大学热能与动力工程专业，工程师，一直从事水轮机设计工作。