灯泡贯流式水轮发电机
Bulb Tubular Turbine Generator

贯流式水轮机课件中,已介绍轴伸贯流式竖井贯流式两种机组,本课件介绍灯泡贯流式水轮机组。

灯泡贯流式水轮机组主要由埋设部件、发电机、导水机构、主轴、轴承、转轮、混泥土构件组成。所有工作部件都在一条轴线上,属卧轴式水轮机。

发电机

灯泡贯流式水轮机组的发电机结构与普通水轮发电机类似,图1是发电机的定子转子示意图,因为各类发电机的课件本网站较多,介绍详细,这里就不再介绍了。转子安装在主轴转子法兰上。定子安装在定子机座内,机座安装在管形座内壳前端。

灯泡贯流式发电机组的定子与转子
图1--灯泡贯流式发电机组的定子与转子

管形座

管形座座环)由内壳外壳上竖井下竖井组成,见图2。内壳的前端面有2圈螺孔,外圈螺孔是连接定子机座,定子机座安装在前端面。内圈螺孔是连接支持环,支持环是固定推力轴承导轴承的基座。内壳后端面的螺孔是连接内配水环。在外壳的后端一圈螺孔是连接外配水环。管形座的竖井是维修人员进入灯泡体的通道。

管形座(座环)是整个灯泡贯流式水轮机组的安装基础,在混凝土浇筑时埋在混凝土基础中。在混凝土预埋前要严格控制轴线、水平、垂直、位置精度,才能保证整个机组的安装精度。

管形座(座环)
图2--管形座(座环)

导水机构

灯泡贯流式水轮机与轴伸贯流式水轮机与竖井贯流式水轮机一样,都是锥形导水机构。导叶安装在外配水环内配水环之间,导叶轴通过拐臂连杆连接到控制环,由接力器推动控制环转动。

灯泡贯流式水轮机的导水机构
图3--灯泡贯流式水轮机的导水机构

图4左图是水轮机导叶开启时的状态,图4右图是水轮机导叶关闭时的状态,其工作原理参见水轮机的导水机构。

灯泡贯流式水轮机导叶开启与关闭
图4--灯泡贯流式水轮机导叶开启与关闭

主轴系列

水轮机的转轮转轮体桨叶组成,其工作原理参见轴流式水轮机。转轮通过主轴带动发电机转子旋转。发电机转子安装在主轴前端的转子法兰上,转轮则安装在主轴末端的法兰上。

在主轴前端有推导组合轴承,包含推力轴承导轴承。正常工作时贯流式水轮机承受水流的推力,但在停机过程中会受到水的反向冲击力,所以采用双向推力轴承,导轴承是支撑发电机转子的重量与旋转时的径向不平衡力。组合轴承通过支持环安装在管形座的内壳前端面。

主轴后端有一个转轮侧导轴承,主要支撑转轮的重量与径向力,该轴承安装在灯泡头尾端的导水锥内。在导水锥尾部与转轮安装法兰前端面有密封装置,称为主轴密封,防止水进入灯泡体。

液压油通过受油器向主轴内的管道输控制油,通过转轮内的液压装置改变桨叶角度,受油器在主轴最前端。在前端还有集电环,向发电机转子输送励磁电流。

图5是主轴上主要部件分布图(图中未显示发电机转子)。

水轮机主轴系列主要部件
图5--灯泡贯流式水轮机主轴系列主要部件

灯泡贯流式水轮机组构造

灯泡贯流式水轮机组的发电机置于一个形似电灯泡的钢制外壳内,水流从灯泡外流向灯泡尾部的转轮,推动转轮旋转。图6是灯泡贯流式水轮机组模型的剖视图,模型的灯泡分为5段,分别为:灯泡头发电机机座管形座内配水环导水锥,段间用螺钉连接。水流通道的前部分为混凝土构造,在管形座后部分有钢制外壳,分别是外配水环转轮室尾水管

进水通道上方有发电机机坑,用来吊装发电机与灯泡头等设备,安装完成后,用抗压盖板封住机坑口。配水机构,转轮等设备在水轮机机坑安装。

灯泡贯流式水轮机组组成图
图6--灯泡贯流式水轮机组组成图

图7是剖开外壳显示内部结构。

灯泡贯流式水轮机组剖视图
图7--灯泡贯流式水轮机组剖视图

为较清楚显示灯泡贯流式水轮机组的结构,再提供另2个不同角度的图片。下面是前侧方的灯泡贯流式水轮机组剖视图

灯泡贯流式水轮机组剖视图(前侧方)
图8--灯泡贯流式水轮机组剖视图(前侧方)

下面是后侧方的灯泡贯流式水轮机组剖视图

灯泡贯流式水轮机组剖视图(后侧方)
图9--灯泡贯流式水轮机组剖视图(后侧方)

下面是灯泡贯流式水轮机组旋转动画,动画中运动的蓝色小球表示水流走向。

灯泡贯流式水轮发电机组动画

由于目前中高水头水电资源开发殆尽,可开发的水电资源多为低水头,灯泡贯流式水轮机组具有结构紧凑、稳定性好、效率较高,适用于低水头大中型水电站。近年来发展较快,而且功率也越来越大。目前我国最大的灯泡贯流式水轮机组是2009年投产的桥巩水电站,单机容量达5.7万KW。2016年外我国帮巴西建设的杰瑞(jirau)水电站左岸22台机组全部投产,机组是我国自行设计制造的大型贯流式水轮发电机组,单机容量达7.5万KW,转轮直径7.9m,世界最大。

灯泡贯流式水轮机组可以双向运行,适用于潮汐电站,实现双向发电。由于水轮机只有正向水流经过导水机构调节,转轮叶片也设计为正向最佳曲面,所以灯泡贯流式水轮机在正向水流时效率高,在90%以上,但在反向水流时效率低于90%。

灯泡贯流式水轮机组也可作水泵运行,具有双向抽水功能,很适合低水头泵站,在南水北调东线工程中也有应用,专做水泵使用的机组没有导水机构。

 

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