重庆巴山水电开发有限公司 重庆 400000
1 前言
巴山水电站位于重庆市城口县任河干流上。装设2台70MW立轴式水轮发电机。
水轮机基本参数
水轮机型号：HLA855-LJ-255
转轮名义直径：D1=2.55m
额定出力：ND=71.8MW
额定水头：Hp=139m
最大水头：Hmax=164m
最小水头：Hmin=128.19m
额定流量：Qp=55.9m3/S
额定转速：n=333.3r/min
飞逸转速：np=651.4r/min
旋转方向：俯视为顺时针旋转
2 水轮机的结构及特点
2.1 总体结构
本机为立轴金属蜗壳混流式水轮机。水轮机主要由下列部件组成：转动部分、导水机构、埋入部分、回复机构及油管路、水气管路、油轴承、主轴密封、接力器、带锁锭接力器
水轮机工作过程：当水流经压力管道进入主阀装置后再流进水轮机蜗壳经过固定导叶和活动导叶，以有利的角度进入水轮机转轮，水流对旋转轴的动量矩发生改变即作功，这样转轮就获得一定的机械能，并带动主轴旋转，旋转的主轴又带动发电机主轴旋转，发电机就把主轴传递来的机械能不断地转换为电能。
现将水轮机各部件的结构及其功用简述于下：
2.1.1 转动部分
担负能量及传递力矩的作用，并由主轴将机械能传递给发电机，主要由转轮、主轴及联轴螺钉等零件组成。
2.1.1.1 转轮
转轮是水轮机的核心，与心脏无异，机组性能的好坏及其经济效益直接取决于转轮性能的优良与否，所以转轮是水轮机的关键所在。转轮为组焊结构，叶片经数控加工以确保型线准确，转轮上冠带有梳齿密封结构，梳齿后设有减压叶片泵，叶片泵在顶盖内起到减小轴向水推力和二次密封作用，梳齿后压力水经顶盖上钢管排向尾水，转轮下环设两道间隙式密封结构。
2.1.1.2 主轴
主轴采用20SiMn号优质锻钢，上法兰与电机主轴法兰止口定位，精配螺栓联接，并传递扭矩，下端法兰与转轮用法兰止口定位，螺柱联接。用平键传递扭矩。主轴为中空结构，并作为尾水管补气通道。
2.1.2 导水机构
导水机构采用内调节方式，导叶采用专用导叶，导叶具有自动关闭趋势，导叶最大开口留有一定裕度，导叶材料采用00Cr13Ni4Mo精炼。
导叶采用三支点支承，其上、中、下轴套均采用自润滑复合瓦，该轴套具有自润滑性能良好，摩擦系数小，能量损耗少等优点。中轴套和下轴套均采用Yx 型密封圈，便于装拆，密封性能好。还设有导叶止推装置，克服导叶向上的推力。
导水机构采用叉头可调式，导叶间隔配有一个剪断销作为传动机构的易损零件，在导叶臂上设有导叶限位销，控制机构一般情况同座环在厂内预装，检测导叶开口、行程、导叶端面、立面间隙，达到设计要求后，钻铰分半销孔。
2.1.2.1 顶盖
顶盖采用钢板组焊而成，过流面铺焊不锈钢板以抵抗汽蚀和磨损，与转轮上冠采用梳齿间隙式密封以减小容积损失，顶盖上设有自流排水孔，经座环排至集水井，顶盖设计能安全的承受水压力，同时保证其具有足够的强度和刚度。
2.1.2.2 底环
底环采用铸钢件。过流面铺焊有不锈钢板，底环与顶盖导叶孔同加工，以保证导叶轴孔和密封环的同心度。
2.1.2.3 轴承支架
采用整铸，支架与顶盖止口配合，支架上设有检查窗口。
2.1.2.4 导叶漏水量
当导叶处于关闭位置时，新机组投运时导叶漏水量不大于168L/S。
2.1.3 埋入部分
主要由座环、蜗壳、尾水管里衬、金属肘管和机坑里衬、地板装置等主要零件组成。
埋入部分的主要作用是：使水流以最小的损失流入导水机构，把经过转轮的水流排至下游；另一方面座环要承受整个机组的全部重量，并将重量传给混凝土基础。
2.1.3.1 座环
座环采用双平板焊接结构，上下环采用高强度钢板，座环设有23个固定导叶，固定导叶断面形状与模型机组相似。座环设计时考虑到了蜗壳放空时发电机和转轮部件重量所产生的负荷，机组运行时并能安全承受由蜗壳内最大水压力所产生的各种应力。
2.1.3.2 蜗壳
蜗壳以及蜗壳的延伸段是钢板组焊结构，采用计算机下料，为确保蜗壳在工地组焊质量，在厂内预装，蜗壳鼻端及部分蜗壳节在厂内与座环组焊。
考虑到工地组焊方便，设有蜗壳凑合节，根据不同受力选用不同厚度的钢板。
2.1.3.3 尾水管
尾水管由锥管和肘管组成，均采用钢板焊接而成，锥管上设有进人门，平面采用橡皮条密封。在锥管下部还设有检修地板的安装孔和验水阀。
在尾水管进口段采用不锈钢里衬，锥管及肘管流道均为专用尾水管相似换算而得。
2.1.3.4 机坑里衬及地板装置
机坑里衬由钢板焊接而成，外壁设有环筋，在工地安装时焊在座环上并浇注在机坑混凝土内，机坑壁上开有两个接力器孔，电站现场将接力器里衬与机坑里衬焊为一体。在机坑里衬上还装设地板，接力器与地板干涉处现场配割地板。
2.1.4 回复机构及油管路
回复机构及油管路主要由接力器操作油管路，轴承润滑油冷却管路等组成。
接力器操作油管路包括接力器操作油管、接力器锁锭操作油管和接力器放油管等。
轴承润滑油冷却器管路包括轴承冷却装置和相应管路。冷却装置布置在机坑内，主要由2个互为备用的冷却器等组成，必要时2个冷却器可同时工作。
在回复机构及油管路中还设有导叶位置开关。
2.1.5 水气管路
水轮机各部分冷却、润滑、排水补气、测压等所有管路电站设计时根据实际情况合理布置；本机采用主轴中心孔自然补气，在发电机顶端装有补气装置。
2.1.6油轴承
轴承采用稀油润滑4块筒式瓦轴承，轴承由轴承体、轴瓦、转动油盒、油箱等组成。冷却器安放在轴承体外。
轴瓦分为4块，材料为ZG230-450浇ZSnSb11Cu6 锡基轴承合金，组成一体后用螺钉固定于轴承体上，在每块轴瓦上开有轴向油槽，润滑油通过毕托管打出，通过冷却器后流回上油箱，再流入轴瓦内润滑和冷却。上油箱上设有油位指示信号器和测油温的铂热电阻，润滑油采用L-TSA46汽轮机油，油质要清洁。在轴瓦上设有油瓦温的铂热电阻。机组启动前应向轴承及冷却器及管路充油。
轴承运行温度不应超过65℃。
2.1.7 主轴密封
主轴密封分为两部分，其一是不接触间隙式密封，密封套安装于主轴上，密封座上有两根自流排水软管。其二是围带式停机密封，通入压缩空气。在空气围带下方还设有减压排水管，排水至尾水，另供有两个丝堵，如密封漏水不大可堵上排水孔。
2.1.8 接力器
水轮机配有两只接力器，均为直缸单导管接力器。接力器布置在机坑内，采用法兰与接力器里衬连接，两只接力器在接近关闭位置处均设计了可调速度的慢关装置，起缓冲作用。
在一只接力器上设有锁锭装置，另一只接力器上设有直线位移传感器，检测接力器位置供调速器和电气二次用。
3 结语
巴山电站在设计中以保证安全、可靠、稳定运行等为主要宗旨。水轮机采用成熟技术及传统结构，选用优质材料满足要求，各部件进行详细设计制造，以先进工艺确保各项质量指标达到优良水平，以尽量延长机组检修周期和使用寿命。
参考文献：
[1]哈尔滨大电机研究所.水轮机设计手册。北京：机械工业出版社，1976.
[2]闻邦椿主编.机械设计手册第5版。北京：机械工业出版社，2010
作者简介：
成禄泉 男 汉族 重庆 本科 中级 重庆巴山水电开发有限公司。