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日本伊吹电站水轮机新结构
更新日期：2006-04-18 作者：李子凤 来源：四川东风电机厂有限公司
日本伊吹电站水轮机由四川东风电机厂有限公司承制，已于2001年8月顺利完成导水机构公司内预装及各项检查，均符合图纸要求，2001年11月全部发货运往日本国安装、调试，2002年5月27日正式投入商业运行。
2水轮机基本参数
型号
HLB801－LJ－100 额定水头Hr／m
172.9 额定流量Qr／m3·s-
11.88 额定出力N／kＷ
2×2800 额定频率f／Hz
额定转速n／r·min-1
720 飞逸转速n／r·min-1
1224 旋转方向俯视顺时针方向
3伊吹水轮机结构设计
3.1总体结构特点
总体布置型式为悬挂式。水轮机主轴、中间轴和发电机轴通过精配螺栓直接联接。设有发电机上导、下导及水轮机油导3个径向轴承，用以承担水轮机径向力和发电机转子的磁拉力。机组全部轴向力由布置在发电机转子上方的推力轴承承担。在转轮、顶盖、座环上相应开有排水孔，从主轴密封泄漏的积水将通过排水孔自流排往集水井。采用电动调速装置和缓冲装置，并设有相应的自动化元件和机组保护装置。3.2水轮机结构
分埋入部分、导水机构、转动部分、主轴护罩、甩水环装配、主轴密封、水导轴承和水气管系统等。各部套间的联接关系见图1，各部套结构特点分述于下。3.2.1埋入部分
由蜗壳座环装配、尾水管、蜗壳及尾水管进入门等零部件组成。
3.2.1.1蜗壳座环装配
采用钢板焊接结构，有16只固定导叶。顶盖排水自溢到座环上部，通过座环及4个固定导叶上开设的4－ø30的孔和座环下部4-ø50排水管排往集水井。由于该电站所使用的转轮为低比转速转轮，其外形特殊，将底环和座环设计为一体。3.2.1.2蜗壳
采用345°的金属蜗壳，蜗壳前端设有上游扩散管和进水阀与电站引水钢管相连，并设有
蜗壳放水阀、蜗壳进入门和测量管座。3.2.1.3上尾水管
锥管壁上设有2个补气短管和1个尾水管进入门。
3.2.2导水机构
由顶盖装配、导叶、下轴套、上轴套、控制环、导叶臂、连板、剪断销和偏心销等零部件组成。3.2.2.1顶盖装配
顶盖采用钢板焊接结构，上方的内侧为主轴密封的支撑座，2个圆筒中的空间为水轮机导轴承油箱的一部分(图2)，且起到支撑水导轴承并传递机组径向力的作用，其中开有4个过水腔，主轴密封的漏水由此溢流到座环，起到冷却作用，从而降低水导轴承油箱中的油温，同时也简化了轴承的设计。顶盖下方为过流表面，同座环一样，设有不锈钢抗磨板，与转轮上冠间隙处设有不锈钢上止漏环。顶盖上设有一顶盖压力测压座和对称的4个转轮测间隙的孔，4个转轮测间隙孔在不用时用丝堵和螺塞封上。顶盖的边缘有4个与控制环配合的滑动块，其上把合的抗磨块由具有自润滑性能的FZ－5材料制成。3.2.2.2控制环
为外置式，布置在顶盖上方，由钢板焊接而成，大耳孔与电动装置和缓冲装置的推拉杆采用销联接，小耳孔通过连板、销和偏心销与导叶臂连接，控制环与顶盖滑动部分配合处堆焊不锈钢。3.2.2.3导叶
16只导叶采用ZGoCr13Ni5Mo不锈钢，轴套与导叶的中、下轴颈和顶盖、座环配合处分别设有“Y”型和“O”型密封圈。3.2.2.4下轴套和上轴套
均采用具有自润滑性能的FZ－5材料加工而成。下轴套具有承重的作用，导叶的自重就落在它的上面；上轴套具有轴套和导叶套筒的功能。3.2.2.5剪断销
是为保护导叶和导水机构传动零部件在意外情况下不被损坏而设置的安全保护销。剪断销内孔中装有剪断销信号器，当剪断销被剪断时它发出报警信号，以便运行人员及时发现处理。3.2.3转动部分
由转轮、主轴、护盖、甩水环装配、中间轴、主轴护罩以及联接件等零部件组成。3.2.3.1转轮
由上冠、下环和叶片组焊而成，采用0Cr13Ni5Mo材料。上冠开有减压泄水孔，上冠和下环外圆设有止漏环。3.2.3.2主轴和中间轴
均采用锻钢45A，主轴上端法兰与中间轴下端法兰、中间轴上端法兰与发电机轴下端法兰用精配螺栓联接；主轴下端法兰用螺栓和键与转轮联接。主轴在和主轴密封配合段设有不锈钢衬套；在不锈钢衬套的上部处装有甩水环用以防止从主轴密封处的漏水随主轴继续上窜。3.2.4主轴密封 见图2。本机设计的主轴密封采用无水迷宫式密封，内径为235H7，具有结构简单、运行可靠等优点。主轴密封和甩水环装配共同作用将密封漏水引至顶盖过水腔，由过水腔将水引至座环，再到集水井。
主轴密封主要由浇有巴氏合金的密封痤体、把合用的螺栓、螺母等联接件组成。密封座体用螺栓固定在顶盖上，与主轴密封配合的不锈钢衬套及其上部处装设的甩水环装配固定在主轴上并同主轴一起旋转。3.2.5水导轴承
见图2。本机设计的水导轴承采用带轴领的360稀油润滑筒式轴承，具有结构简单、油循环系统可靠、无油雾飞溅、运行时温度低、转动平稳等优点。它主要由上油箱、轴承盖、过油板、浇有巴氏合金瓦的轴承体、回油管、支持盖、挡油筒和信号监控装置等零部件组成。挡油筒、顶盖和轴承体组成下油箱，通过顶盖的体外空冷和顶盖下方的水冷达到降低油温的作用，从而取消了冷却器，简化了轴承的结构设计。
油的循环依靠主轴的旋转，使油经轴瓦内壁6条油槽把油抽往上油箱，再由过油板和回油管流入下油箱，形成油路的自循环。安装时将上、下油箱清理干净，机组运行前往下油箱内注油，注油时注意油盆内的油不能低于最低油位，也不能超过最高油位。
轴承体固定在顶盖的上方，轴承内径为ø360H7，采用分半结构，用螺钉把合成一体。
油轴承内装有油位信号器，用来监测油面；轴承体上装有电阻温度计，用来监测轴承温度，超过规定温度则发信号。机组正常运行时温度不超过65℃。3.2.6控制部分
主要由电动接力器、缓冲装置、推拉杆销等零部件组成。通过推拉杆控制导水机构控制环的转动。控制部分与机组自动化元件配合，能自动(或手动)控制机组的启动、停机，自动调节机组转速，改变机组负荷等。机组在运行中产生不正常情况，如不需停机，有关自动化元件就能发出报警信号，事故情况下能自动或手动紧急关机。3.2.7水气管系统
满足水轮机调节及仪表监测功能，包括仪表测量管路、补气和排水管路以及水轮机控制柜。
4新结构新技术
伊吹电站水轮机结构设计中所采用的无油和无水等技术使设备简化，达到无维护化。
4.1取消冷却水使结构和维修简单化 4.1.1空冷轴承
取消了作为立式水轮机的空冷轴承，通常可采用专门设置的电风扇进行冷却，同时利用转轮上面的压力水直接冷却油槽或通过自然冷却实现空冷；水轮机轴承采用扇形结构降低自身的发热量，同时确保轴承周围的空气对流，采用控制环外置方式，在轴承油槽周围设有一定空隙；在轴承油槽外壁(顶盖表面)设计有散热片，以增加冷却效果。伊吹电站通过计算，图2上油槽内(预计)的温度是56
3℃，相对于75℃的保证值，本轴承充分安全，从而取消了散热片结构，使结构更为简单。
过去设计的水轮发电机组各轴承冷却水多是从河流中取出通过冷却水供水装置的滤水器除尘以后的清洁水。通常，供水装置结构种类很多且各不相同，是发电设备中故障发生频率较高的设备。4.1.2主轴密封装置采用无水迷宫式密封
作为该类型的机组的主轴密封多为碳精密封，碳精密封必须防止河水中的泥沙进入滑动部分，要供给压力清水进行滑动部分的润滑和冷却，而伊吹电站采用迷宫密封方式取消了冷却水。
迷宫式密封，由于旋转部分与固定部分之间保持有一定精度的间隙，故密封允许少量漏水。由于密封体与旋转部分之间不是直接滑动，故发热量较少，无需供水。此外，迷宫式密封不存在因直接滑动导致的磨损，因此，磨损量也较低，没有必要频繁替换密封材料，方便维护。上述两条实现了无水冷却和密封，避免了管路布置，减少了容易发生故障的设备数量，降低了维护作业强度，缩短了检修时间。对于清洁水缺乏地区如西北地区，无疑是一个非常大的优势：整台机将不用一滴清洁水。
4.2取消油压装置，简化机组结构，方便维护 4.2.1导叶采用电动接力器和缓冲装置
在我国的水轮机设计中，导叶(包括进水阀、调压阀等的操作都是采用油压)采用液压接力器或调速器带推拉杆方式，油压装置包括配管、闸门等部件很多，容易导致漏油，而在该电站采用电动接力器加防紧急关闭的缓冲装置，实现了导叶分段关闭，控制压力钢管内的压力上升，同时在甩负荷时，保证了转动部分强度。
4.2.2采用电动进口阀
我国常规采用电液蝶阀居多，在运行中常有漏油事件发生，而采用电动进口阀就减少了漏油事件的发生。4.2.3无调压阀
对于此水头段的机组设计通常为了避免引水钢管发生升压过高，根据需要设置调压阀，从而又会有油管路所引发的漏油事件发生。
日本伊吹电站取消了上述3项油压装置，从而达到简化机组结构、方便维护、减少环境污染的目的。
5结束语
日本伊吹电站水轮机设计所采用的新结构、新技术对以后水轮机设计具有很好的指导意义，它能提高水轮机的技术含量，保证水轮发电机组安全、稳定、可靠的运行，同时简化设备，减少维修和环境污染，并因在国内具有的先进性而将带来潜在的价值，为我国水力机械行业的发展作出贡献。
读书的好处
1、行万里路，读万卷书。
2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。
3、读书破万卷，下笔如有神。
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14、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游
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