廣西電力勘察設計研究院閉貴寧
摘要：作為電站核心裝置之一的水輪機．其效能的好壞和執行可靠性，對電站能否發揮預期的工程效益起著關鍵作用。平班水電站水輪機為軸流轉槳式水輪機，額定出力138.
5mw，轉輪直徑7.22m。本文對該水輪機的效能和主要部件的結構特點進行了較為全面地介紹和評析。
關鍵詞：平班水電站水輪機效能結構
平班水電站位於廣西壯族自治區與貴州省交界的南盤江上，是紅水河梯級開發規劃中的第3個梯級水電站。上游距天生橋二級水電站35.1 km，下游與龍灘水電站銜接。
電站裝設3台軸流轉槳式水輪發電機組，**機容量為3×135mw。水輪機由上海伏伊特西門子水電裝置****製造，水輪發電機由天津阿爾斯通水電裝置****製造，電站第一台機組已於2023年11月30日投入執行。
一、 水輪機效能
，試驗中除了按合同規定對水輪機效能保證值進行驗證外，為驗證電站初期水輪機執行的穩定性，對保證執行範圍以外的工況也進行了觀察。
1.1 水輪機引數
水輪機型號zzs486-lh-722
機組台數3
水輪機名義尺寸7220 mm
額定轉速107.14 r/min
協聯飛逸轉速260 r/min
非協聯飛逸轉速320 r/min
最大水頭39.0 m
設計水頭36.1 m
額定水頭34 m
最小水頭27.2 m
額定流量440.29 m3/s
額定功率138.5 mw
1.2 水輪機執行範圍
平班水電站執行水頭範圍為：最大水頭39.0m，設計水頭36.
1m，額定水頭34 m，最小水頭27.2m。由於主體工程施工分兩期進行，一期施工廠房，二期施工溢流壩，根據施工進度安排，在1#機組安裝完成時，溢流壩金屬結構尚未安裝完成，使1#機組在施工期的執行水頭為22m。
通過模型試驗和1#機組初期執行的情況看，該水輪機在22m水頭、帶40~90mw負荷的範圍內均能穩定執行。可見，伏伊特西門子水電公司用於平班水電站的水輪機有較寬執行範圍特性，能滿足機組初期執行穩定性的要求。
1.3 能量特性
平班水電站水輪機模型效率試驗的結果採用iec60193標準中的兩步法換算到原型工況。平班水電站的水輪機模型驗收試驗能量試驗結果見下表：
在模型驗收試驗結果中，水輪機最優效率比合同保證值略小，但仍在合同要求的水輪機模型試驗臺綜合誤差範圍內，因此可認為試驗結果滿足合同要求。
平班水電站水輪機有較好的出力特性，其在各水頭下的最大出力見下表：
試驗中還在電站裝置空化係數下對模型水輪機的效率和出力保證值進行了複核。複核結果表明：在執行範圍內，電站裝置空化係數條件對模型水輪機的效率和出力影響非常小，試驗結果仍滿足合同要求。
從模型試驗的結果看，平班水電站水輪機在能量特性上達到了同類機型的較高水平。
1.4 空化特性
水輪機執行過程中的空蝕現象，會對水輪機過流部件，特別是轉輪葉片表面造成損壞，它不僅會降低水輪機執行效率，嚴重時甚至危及部件的結構安全。
為減少水輪機空蝕損壞的影響，合同檔案規定：在水電站的水頭、出力執行範圍內，水輪機的臨界空化係數（σc）應低於相應工況下電站的空化係數（σy），其比值σy /σc應大於1.10。
平班水電站水輪機模型試驗的水輪機的臨界空化係數按《水輪機模型驗收試驗規程》（gb/t15613-1995）附錄中的方法a3確定。平班水電站裝置空化係數與相應工況下的水輪機臨界空化係數的比值見下表：
模型驗收試驗表明，平班水電站水輪機有較好的空化特性，在合同檔案規定的水頭、出力執行範圍內，各種工況下電站裝置空化係數與相應工況下的水輪機臨界空化係數的比值基本不低於1.1，滿足合同要求，並有一定安全空化裕度。
1.5 穩定性
水輪機的執行穩定性主要表現為水力振動和機械振動。造成機組執行不穩定的原因是多方面的，其中，水力因素包括尾水管渦帶、卡門渦流、流道內的不均勻流場及空化等。而尾水管渦帶將引起尾水管內壓力的波動，從而使機組振動加劇，擺度與出力波動加大。
為保證平班水電站機組的穩定執行，在合同檔案中對水輪機的壓力脈動值作了規定：在39m～34m執行水頭及相應水頭下35％～100％保證出力範圍內，尾水管壓力脈動值（峰-峰值）不大於相應水頭的6％；在34m以下執行水頭及相應水頭下35％～100％保證出力範圍內，尾水管壓力脈動值（峰-峰值）不大於相應水頭的8％。
模型試驗結果表明，平班水電站水輪機在合同規定的執行範圍內，尾水管壓力脈動值（峰-峰值）均未超過相應水頭的6%，說明其有較好的穩定執行特性。
二、 水輪機主要部件結構特點
2.1 轉輪
平班水電站水輪機轉輪由轉輪體、五個可調節的不鏽鋼槳葉、槳葉接力器、槳葉操作機構和洩水錐組成。轉輪葉片外徑為7220 mm，輪轂比為0.44。
葉片由安裝在轉輪體內耐磨軸瓦來導向。在不拆葉片的情況下，可以更換葉片樞軸密封。為防止水進入轉輪體中，設定輪轂高位油箱使轉輪體內的油壓大於最大尾水位水壓。
轉輪槳葉採用aod精煉g-x5crni13 4（與zg0cr13ni4mo相當）不鏽鋼鑄造，其表面採用數控加工。槳葉密封採用多層v型密封，具有雙向密封效能，能防止漏油和水進入轉輪體，並能在不拆卸葉片的情況下更換。
轉輪體採用g-x20mnmoni55材料鑄造加工製成。槳葉接力器採用缸動式結構，即槳葉接力器缸上下運動，活塞不動。接力器布置在轉輪體內、葉片中心線以下。
這種布置可以降低轉輪體高度，減少轉輪重量。更重要的是，缸動式布置方式，其操作油管無需上下竄動，可避免受油器浮動瓦過量磨損，防止出現竄油現象。
2.2 主軸密封
平班水電站水輪機採用靜壓式軸向密封，密封潤滑水進入到靜止密封環與旋轉密封環之間的密封腔中，並形成乙個分離的抗磨環和密封環的水膜。這樣使得密封的洩漏量達到很小。密封環由特殊酚醇樹脂材料製成，並由許多不鏽鋼彈簧緊壓在抗磨環上，這樣就保證了在機組靜止且潤滑水關閉後仍具有密封功能。
主軸密封靜止部分安裝在導流錐上，靠近水輪機主軸法蘭端，抗磨環固定在主軸法蘭端麵與主軸一起旋轉。密封環為自補償型，使作用在密封環上的水壓力是均勻的，因此密封對外部水壓的變化並不敏感，這對尾水壓變化較大的軸流轉槳式水輪機來說尤其有利。
主軸密封結構簡圖
2.3 受油器
調速器控制的壓力油通過受油器和操作油管**到轉輪接力器中，受油器安裝在發電機頂部，負責將油從固定著的油路引入轉動著的操作油管。
平班水電站受油器採用浮動瓦結構，布置於受油器裡面的浮動瓦可以使油從靜止油腔流至轉動油腔，浮動瓦具有自調節功能，可以補償油管的軸向移動。浮動瓦採用自潤滑材料製成，不會因磨損而汙染潤滑油。在受油器的頂端及底部均設有可靠的密封。
在水輪機和發電機主軸中心孔內有四根操作油管，其中兩根用來使葉片開啟，另兩根用來使葉片關閉。主軸中心孔內還設有一根中心杆，其一端與槳葉接力器相連，另一端伸出受油器頂部，用以對槳葉接力器行程即轉輪葉片的轉角做出反饋。
受油器結構簡圖
2.4導軸承
平班水電站水輪機導軸承採用稀油潤滑軸承、分塊瓦結構。為減少機組轉動部分的擺度，保證機組的穩定執行，水導軸承布置在支援蓋底部以盡量靠近水輪機。
水輪機導軸承冷卻採用外迴圈冷卻方式。外迴圈冷卻系統由兩台油幫浦、一台熱交換器以及相應的管道閥門組成，迴圈油管路上設有電接點流量計和溫度計以監控系統執行。
水導軸承軸承體採用鋼板焊接結構。軸承分塊瓦裡襯採用巴氏合金材料，並經100％的超聲波探傷檢測，以確保巴氏合金與母體金屬牢固而全面地結合。
水導軸承分塊瓦間隙調整和固定採用楔形塊形式，並設定限位塊保證其不會鬆動。分塊瓦具有自調節功能，它能根據載荷及圓周速度的大小使自己始終處於最優位置。
水導軸承軸承結構簡圖
1．《平班水電站模型驗收試驗報告》
2．《平班水電站水輪機產品技術條件及說明書》
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