（南宁广发重工发电设备有限责任公司 广西南宁 530031）
摘要：金滩水电站为修复性电站，修复后扩容为2000KW，2015年3台机组全部并网发电。从运行情况看，各部件性能优良、运行稳定、可靠，达到了预期效果。本文对金滩水电站的水轮机参数及结构形式进行介绍和分析，以供参考。
关键词：水轮机改造；水轮机主要参数；结构介绍
一、项目概况
金滩水电站位于都安县九渡乡金滩河段，是刁江中游的一个梯级电站。电站为河床式布置，厂房布置在右岸，大坝为闸坝，设5孔溢流闸门，闸门用固定式启闭机操作。溢流堰高8.5m，正常水位137.50m。坝址多年平均流量71.8m3/s，设计水头12.5m，设计引用流量40.2m3/s，装机3×1250kW。水量利用率56%。1985年8月由县政府成立了工程指挥部开始实施。3台机组由广西机电工程处安装队安装，1989年7月投产发电。
鉴于金滩水电站建成运行已23年，机电设备已达服役期，设备老化效率低，安全性和可靠性差；电站发电弃水较多；水轮机选择不合理，转轮汽蚀较为严重，效率低；进水口拦污栅原设计不够合理，杂物堵水严重，局部水头损失过大，降低了运行水头。
为确保电站运行安全可靠，也为增加电站收益，改善电站运行管理条件，拟对整个电站进行全面技改扩容。金滩水电站虽单机容量不大，但电站为修复性电站，机组的设计需要考虑电站原有的土建设施，因此水轮机参数选择的先进性和合理性，结构设计的可靠性和适用性是决定水轮机安全稳定运行的重要因素。
本次技改水轮发电机机组改造内容主要包括以下几个方面：
（1）本次主要拟对金滩水电站厂内3套水轮发电机组及其附属进行扩容。主要对三套机水轮机进行转轮更换，对发电机进行整套更新，同时对机组的附属设备进行相应更换，并对厂房进水口拦污栅改造。
三台水轮机技改后，每台机组额定出力由原来的1250KW提高至2000KW。
二、改造后水轮机的基本参数
水轮机技改转轮推荐方案：
根据金滩水电站提供的具体情况，为保证在电站原来土建设施不做变动的条件下达到机组增效扩容改造目的，根据电站现有流道、水头，通过计算分析，将原转轮型号ZD560换成高效转轮ZD660，转轮叶片安放角为+28°。ZD660具有额定点效率高，曲线运行区域处于高效区，转轮性能有明显的优势。
水轮机采用ZD660转轮，该转轮的叶片数为4个，能量性能和空化性能优异，压力脉动和振动小，从叶片型线上看，该转轮的过流能力好，已广泛应用于≤22水头范围的电站，运行效果良好。根据电站的水文参数，并通过660转轮模型曲线分析，在电站的额定水头为12.5m时，其工作点在转轮模型的最优区范围内；在电站整个运行水头范围，转轮工作区效率较高，而且高效范围比较宽，在小流量区工作时，转轮空化性能好，效率接近最优区。
都安县金滩水电站改造后三台水轮发电机组的主要参数如下：
1、水轮机型号及额定转速：ZD660-LH-180，ф=28°，n=272.7r/min
2、机组额定出力：2000KW，发电机型号：SF2000-22/2600。
3、典型工况参数：
三、水轮机主要结构介绍
本项目为金滩水电站增效扩容改造工程，本次技改主要更换水轮机转轮、支持盖、控制环和调速机构；主轴密封由原来的平板密封更换为活塞密封，由于空间有限，不设空气围带。
本水轮机为立轴轴流定桨式结构，轴系上设有水导轴承，与发电机采用直连形式。水轮机由管路布置、转动部分、导水机构、调速机构、埋入部分、轴承装配、主轴密封及其它附属零部件组成。
3.1 转动部分
转动部分由转轮和主轴以及联接件组成，主轴上端法兰用联轴螺栓联接发电机轴，下端法兰用螺柱联接转轮，联轴螺栓和螺柱均采用35号钢。上、下端均用销传递扭矩，转动部分全部重量和水推力由发电机推力轴承承担。
转轮由转轮体、泄水锥及叶片组成，转轮体的材料为ZG20SiMn，叶片的材料为ZG06Cr13Ni4Mo。泄水锥的作用是引导径向的水流顺利地转换成轴向水流，避免从转轮夹道出来的水流互相撞击而造成水流损失，保证水轮机效率。
主轴为35号锻钢，上、下法兰与发电机主轴和转轮连接，用来传递扭矩。电站原主轴拉回厂内重新加工密封卡位和两头销孔，水轮机与发电机主轴在制造厂已同找摆度，在电站安装时其摆度应符合安装技术要求。
3.2 导水机构
导水机构的作用是使水流按着有利的方向流入，根据机组的出力来调节进入水轮机的流量，使水轮机的出力符合外界负荷变化的要求及稳定频率。导水机构上还装有剪断销及剪断销信号器，当导叶发生故障时剪断销会发出信号，以便工作人员处理。导水机构由活动导叶、顶盖、支持盖、底环、控制环以及导叶的控制机构组成。本次技改只更换支持盖、控制环、连杆装配和导叶上中下轴套。
活动导叶与上、中、下三个轴套配合，下轴套材料为钢背聚甲醛，运行中无需润滑油。活动导叶由拐臂、控制环连杆机构控制其运动。
控制环的材料为ZG230-450，设钢背聚甲醛抗磨板，运行中无需润滑油。
3.3 调速机构
调速机构与调速器配合，实现调速器对导水机构作用力的力传递。它由接力器和螺旋套等组成。调速器根据外界负荷变化使接力器向开（或关）的方向移动时，控制环将开（关）动作传递到导叶，导叶向开（关）方向运行从而调节进水方向和流量。开度与控制环行程的关系由导叶布置图给出的曲线而定。
3.4 轴承装配
轴承的主要作用是使轴保持在旋转中心位置，承受由水轮机主轴传来的径向力和振动。轴承固定在导水机构的支持盖上。本次技改轴承部分只更换轴瓦。
3.5 主轴密封装置
主轴密封是水轮机的重要部件之一，主轴密封的可靠性对机组的安全稳定运行有很大影响。主轴密封采用水压活塞式密封，该密封性能好，对主轴无损伤。金滩电站主轴密封因空间有限不设检修密封。
密封结构主要由密封座、活塞缸、密封胶环、转动平板等5部分组成。工作原理是在密封胶环下部通入0.1~0.2Mpa清洁压力水，使密封胶环上移与转动平板均匀贴合，同时部分压力水通过密封环的小孔进入摩擦面起到冷却、润滑的作用，密封胶环的磨损可随水压推动达到自动复位，始终保持适当的密封效果。转动平板固定在主轴上。橡胶环受压力水推力压在转动平板上。密封活塞缸为不锈钢材料。推动密封胶环的压力可根据漏水量情况调节水压，水质应清洁。
结语
金滩水电站3台机组于2015年全部并网发电，从目前运行情况看，各部件性能优良、运行稳定、可靠，达到了预期的增容目标。金滩水电站为修复性电站，本文通过对该电站水轮机参数及结构形式进行介绍和分析，为同类型电站机组的设计提供参考和帮助。
论文作者:覃花蕾
论文发表刊物:《电力设备》2019年第10期
论文发表时间:2019/10/18
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