史靖雯

（浙江富春江水电设备有限公司，浙江 杭州311500）

1 工程概况

KHELVACHAURI 1水电站位于格鲁吉亚巴统省境内Chorokhi河上，是由土耳其EKISM公司投资建设的项目，紧邻土耳其国境及黑海。工程设有5台9.4 MW灯泡贯流式机组及1台2.1 MW轴伸贯流式机组，其中轴伸贯流式机组为生态流量机组。

2 水轮机总体结构和主要参数

轴伸贯流式水轮机是贯流式机组的一种，是一种适用于低水头大流量的水力性能优良、结构紧凑、安装维护方便的机型。轴伸机有一弯曲的S形流道，水轮机通过较长的轴从尾水弯管或进水弯管中伸出，与布置在流道外部的发电机连接，本文提到的机组采用水轮机主轴从尾水弯管伸出的布置形式。同时，与传统的立式轴流机相比，其减少了开挖量和水工工作量，投资小，且能够通过较大的过流量，有较高的水力效率。

水轮机各部分之间的装配关系可由水轮机装配图（图1）看出，水流经闸门、管道、灯泡头、座环固定导叶和导水机构的活动导叶后进入水轮机转轮，在转轮区域进行能量转换，水能转变为转轮旋转的机械能，转轮同时带动发电机旋转而发电，水流经过转轮后流入尾水管，排至下游。本机可分为进水埋入部分、轴承、内主轴密封、导水机构、转动部分、转轮室及尾水锥管、尾水肘管埋入部分，以下结合设计上的技术特点对各部分结构进行详细论述。

图1 水轮机装配图

机组主要参数如下：水轮机型号GD－WZ－180；最大水头12.71 m，额定水头12.71 m，最小水头8.31 m；额定出力2 100 k W；额定转速300 r/min，飞逸转速800 r/min；允许吸出高度Hs≤－1.66 m；最大正向水推力250 k N，最大反向水推力250 k N；安装高程27.2 m。

3 进水埋入部分

本部分主要零件有进水管里衬、基础环、座环、锥环、灯泡头、拉筋、调节螺栓等。具体如下：（1）基础环及座环。基础环及座环是机组的主要刚性支撑，承受机组大部分重量及水压力、浮力等，并将负荷传递至基础混凝土。基础环上设有吊物孔，吊物孔为安装检修时安装人员进出上游流道之用，为钢板焊接结构。座环是机组的安装基准，水轮机导水机构把合在座环的法兰面上，并以此为基准进行安装。座环为钢板焊接结构，上有固定导叶连接座环内外环。（2）锥环及灯泡头。锥环、灯泡头为钢板焊接结构，它们之间通过螺栓连接在一起。锥环用螺栓把合在座环内环上。锥环、灯泡头与座环一起形成进水流道。

4 250轴承装配

径向导轴承为机组转动部分在机组内部的支承体，轴瓦采用巴氏合金材料，轴承用油采取强迫循环，轴承支承在座环法兰上。考虑到水轮机转轮及主轴的重量会使主轴弯曲，主轴将不断改变挠度值及其变形方向，因此轴承采用球面支承结构，起到自整位作用，使轴瓦能随主轴作相应调整。轴瓦下部设有2只电阻温度计，测量轴瓦温度，当轴瓦温度达到65℃时，发出信号指令机组事故报警。

5 内主轴密封装配

内主轴密封是防止压力水通过转动与静止部分间隙漏至轴承及灯泡体内而设置的。内主轴密封采用加水润滑填充式轴面密封结构，自调节压紧。填充材料耐磨，通入压力水作润滑冷却之用，密封漏水通过排水管排至集水井。考虑到机组空间结构小，不设置空气围带，检修时将流道内的水排至集水井后检修。更换填充材料时，不拆轴承即可更换。

6 导水机构装配

导水机构装配主要零件有外导环、内导环、导叶、导叶外轴承座、导叶臂、传动机构、控制环等。具体如下：（1）外导环。外导环为钢板焊接而成，其上游为座环、下游为转轮室。外导环上均匀分布16只导叶外轴承座孔，并装有导叶外轴承座和16只导叶，导叶外轴承采用球轴承，导叶中心线与机组水平中心线呈60°夹角，外导环与导叶配合处为球面，并有16只限位块，以防拉断销拉断后导叶相互碰撞。外导环上游端法兰外圆设有支承控制环的钢球槽。（2）内导环。内导环为焊接结构，是导叶下轴颈的支承部件，与导叶配合处为球面。（3）导叶。导叶共16只，是形成转轮前所需环量的部件，它具有空间曲面结构，调整导叶开度即可调整机组的转速和功率，全关时切断水流使机组停机，导叶间采用金属接触式密封。（4）传动机构。传动机构由导叶臂、拉断销与控制环、导叶组成为一空间运动系统。导叶保护机构采用拉断销带摩擦环结构，当导叶间有杂物卡住不能关闭时，拉断销被拉断，并由信号器自动发出信号，保证机组正常关机。导叶与内、外导环的间隙可通过修磨调整环加以保证。（5）控制环。控制环为单耳结构，由钢板焊接而成，其上均匀分布16只小耳板，它将调速器油压推动的接力器的力传递至导叶臂从而控制导叶的转动。控制环与外导环之间采用滚动摩擦副以减少摩擦力，钢珠槽内装有35钢球，采用干油润滑。

7 转动部分装配

转动部分主要包括小轴、转轮、外伸主轴。转轮是机组的关键部件，通过它将水能转化为机械能，并经外伸主轴传给发电机转换成电能。转轮包括转轮体、叶片等，本机组有4个叶片。转轮体采用铸钢材料，有一段是球形，叶片为铸钢，采用螺栓把合形式把叶片装在转轮体上形成转轮。外伸主轴一端与转轮体相连，另一端连接在径向止推轴承的轴法兰上，将转轮产生的机械能传递给发电机。由圆柱销传递扭矩。

8 转轮室及尾水锥管装配

本部分主要由转轮室、尾水锥管、活法兰、压环、进人门等零件组成。具体如下：（1）转轮室。转轮室为分半焊接结构，采用不锈钢板材料，两端法兰分别与外导环、尾水锥管相连。（2）尾水锥管。尾水锥管为分半钢板焊接结构，两端法兰分别与转轮室、活法兰相连，尾水锥管设有支座，支承在基础混凝土上。为方便检修，尾水锥管上还设有600进人门，活法兰为方便装拆尾水锥管等部件使用。

9 尾水肘管埋入部分装配

本部分主要由肘管、预埋方尾水管及外伸主轴密封组成。肘管、预埋方尾水管均由钢板焊接而成，共同形成机组的尾水流道。由于外伸主轴穿过流道，所以肘管上设有外伸主轴密封，采用盘根密封，盘根的松紧可通过盘根压环上的螺栓进行调节。

10 结语

在结构设计前期，对水轮机进行了严格的计算，比如水力计算、主要承重部件的有限元受力分析计算、导水机构漏水量计算、轴系计算、轴承计算等均满足合同要求，在保证机组安全稳定的基础上，精益求精，进行了大量的优化改进，既满足了合同和业主的要求，又保证了制造质量及安装方便，同时，在不破坏电站建设原有生态环境的前提下，为提高泄放生态流量的利用率创造了有利条件。

［1］刘国选.灯泡贯流式水轮发电机组运行与检修［M］.中国水利水电出版社，2006

［2］哈尔滨大电机研究所.水轮机设计手册［M］.机械工业出版社，1976