灯泡贯流式水轮机主要由以下部分组成:座环、转轮室、尾水锥、发电机舱、导流板、旋转部件、水轮机轴承、轴封盒和导叶操作机构。
7.3.1 座环
图7.3为座环构造和尾水管的纵断面图。图中(1)为下主支柱,(5)为上主支柱。内座环(3)和外座环(6)都焊接在主支柱上。用螺栓把内配水环紧固在内座环的下游侧,如图7.2所示。
外座环构成水管外壁的一部分,与主支柱的外部组件一起预埋在混凝土中。发电机灯泡体被固定在内座环的上游侧,如图7.1所示。这些部件都位于水流中,与转轮轮毂一起构成水管内壁。
在主支柱的上游灯泡体两侧还安装了两个侧支柱(4)和(7),用来对灯泡体进行加固,防止产生共振。
座环上的两个主固定导叶构造把总重量和液压力传递给周围的混凝土。通过该构造把水轮机和发电机的动态力和静态力传递给建筑基础。
图7.3 座环和尾水管的纵断面图
7.3.2 转轮室与尾水锥
转轮室是外座环与尾水管的连接部分,如图7.2所示。外座环下游面的法兰用来连接转轮室。
尾水锥由两个或多个直的钢制锥体焊接而成,并预埋在混凝土中。上游面与转轮室通过柔韧的伸缩节相连。伸缩节允许转轮室和外配水环进行一定的轴向运动,以适应由于温度变化引起的拉伸或收缩。
钢锥内衬的长度取决于出口处的最大流速,并且应保证不能破坏混凝土。
7.3.3 发电机舱
图7.4中所示的发电机舱(11)通常与水轮机一起配送。发电机舱位于发电机的上面,并提供检修门进行发电机的安装或拆卸工作。
图7.4 座环的横截面图
发电机舱由一个穿孔部分组成,构成发电机舱开口处的水管外壁。舱盖由一个上面带有法兰的圆柱形盖板构成,同时用来安装密封装置。由于机组的灯泡体随着水轮机的充水和排水而上升和下降,盖板和舱盖之间的密封接头必须允许盖板进行垂向运动。
7.3.4 导流板
导流板位于发电机进口竖井和水轮机主支柱之间。导流板为水流提供一个均匀的管壁,导流结构的上游侧为流线型的,以防止涡流的形成。用螺栓把导流板固定在灯泡体上,导流板之间通过螺旋撑条相连以提高刚度。相对于进口竖井和主支柱而言,导流板是独立支撑的,可以进行轴向运动。
为了检查和维修发电机进口竖井与水轮机支柱之间的空间,导流板上还设有检修孔。
7.3.5 旋转部件
图7.5给出了旋转部件,包括转轮、水轮机轴、轴封凸轮、锁紧圈、耐磨环、甩油环、水轮机侧轴承甩油环、反馈机制和润滑油管系,以及从旋转部件到固定部件的受油器。
图7.5 灯泡贯流式水轮机的旋转部件
7.3.5.1 转轮
灯泡贯流式水轮机的转轮与轴流转桨式水轮机的转轮类似,通常有3~5个不锈钢叶片。叶片上配有法兰,用来连接耳轴和转臂。
带动叶片转动的接力器通常位于轮毂内,如图7.6所示。接力器由固定的活塞、轴向移动的接力器缸和支撑连杆组成,连杆和叶片转臂位于轮毂内。
图7.6 转轮轮毂
图7.7为灯泡贯流式水轮机转轮的一张照片。
图7.7 车间内的转轮装配
7.3.5.2 水轮机轴
水轮机轴是由平炉钢锻造而成的,两端都配有法兰。水轮机轴的一端与转轮轮毂相连,另一端与发电机轴相连。这些接头都是纯摩擦接头。
7.3.6 轴封盒
目前使用的轴封盒有几种类型。图7.8给出了特别适用于灯泡贯流式水轮机的一种轴封盒。
图7.8 轴封盒
该轴封盒的径向密封面由不锈钢硬化耐磨盘和两个聚四氟乙烯纤维耐磨环组成。用螺栓把耐磨环固定在主轴上的凸轮上。耐磨环粘在密封环上。密封环是可以移动的,在调整环内由隔膜进行支撑。
隔膜使密封环可以轴向移动5~6毫米。当机组加载时,轴向移动对于主轴向下游侧移动是非常必要的。此外,必须为密封面磨损提供余量。
用螺栓把调整环固定在支撑环上,通过双动式顶起螺丝可以改变调整环的轴向位置。根据耐磨环的磨损范围,密封盒的调整范围在8~10毫米。
辅助密封位于支撑环内部。通过推拉式顶起螺丝可以使辅助密封靠近或远离凸轮。当辅助密封环与凸轮相接触时,不需要放空机组就可以拆卸耐磨密封环。
渗漏到密封盒内的水由排水管排到废水收集池中。(www.xing528.com)
在主轴上安装了一个甩油环以防止水沿轴渗漏。在主轴的上游端安装了一个橡胶圈,以对密封盒盖进行密封。
密封盒中有4个弹簧,使耐磨密封环紧贴密封面,防止平衡系统不起作用时发生渗漏,如水轮机充水时。
7.3.7 水轮机轴承
图7.9给出了一个轴承设计的实例。轴承很坚固,操作也很简单。轴承的维护通常只是更换润滑油。
图7.9 水轮机轴承
1—轴承座;2—轴承垫片;3—集油罩;4—旋转储油器;5—集油盘;6—浮动框;7—甩油环; 8—自动启动式润滑装置;9—沉积物收集器;10—U形辊架;11—楔块; 12—油箱;13—注油孔;14—放空阀;15—检修注油塞
如图7.2所示,在内配水环内通过两个轭架和两个撑杆支撑轴承座(1),通常把轴承座安放在6个楔块上。通过这些楔块的轴向移动,可以垂向调整轴承座。轴承座可以水平分为两部分。
轴承垫片(2)由上下两部分组成,如图7.9所示。在轴承座内,轴承垫片并不是固定的,垫片上面安装了一个径向定位销钉以防止垫片转动。下部支撑垫片的表面与上部轴承垫片的两个端面都采用巴比特合金作为内衬。
用螺栓把集油罩(3)固定在轴承座的上游面。储油器安装在轴上。集油盘(5)和浮动框(6)都位于集油罩内。浮动框上设有一个窗口用来观察水轮机运行时润滑油的循环过程。
主轴上安装了一个甩油环(7)以防止润滑油沿着主轴从下游侧的轴承中渗出。
自动启动式润滑装置(8)安装在轴承座的上面。润滑装置中配有一个容器,该容器在水轮机运行时充满润滑油。当主轴停止转动时,由主轴固定的支撑装置使润滑油储存在该容器内。一旦主轴开始转动,支撑装置被移除,容器便开始倾斜。容器中的润滑油将被配送到轴承的表面上。
当主轴和储油器开始转动时,储油器从集油罩的下半部分中吸取润滑油。一旦油膜厚度足够大,集油盘将提取润滑油并把润滑油输送到浮动框中,然后送到油箱和轴承垫片中。旋转的主轴继续把润滑油配送到轴承的表面上。
通常情况下,油箱中循环的润滑油要比实际需要的润滑油多。因此需要提供一个旁通管把多余的润滑油送回集油罩的上面。该旁通流量由浮动框(6)内的一个浮动开关进行控制。
为了使润滑油的总量大于集油罩的容量,在轴承旁设置了一个油箱(12)。
沉积物收集器(9)位于轴承座下面。润滑油在轴承上循环的过程中截留的所有污垢颗粒在润滑油回流到集油罩之前都应在此进行分离。
轴承上设有各种注油孔、油位指示器、油位浮标和温度传感器。
7.3.8 反馈机制和操作油管
反馈机制和操作油管都位于轴的中心。操作油管由内外两个同心油管组成,油管贯穿整个主轴的长度。内操作油管与上游侧的受油器相连,由外套管进行支撑,通过轭架与转轮接力器缸相连。
内操作油管可以轴向移动,跟随接力器动作。在内操作油管的上游侧安装了指针,指针在测量尺上移动,指示接力器在任何时刻的机械位置。外操作油管通过法兰分别连到转轮轮毂、水轮机轴和发电机轴上。
7.3.9 受油器
受油器位于发电机轴的上游侧,由一个固定部件和一个转动部件组成,分别为配油套筒和配油耳轴。
配油套筒固定在发电机轴端的封装体内,并提供与供油、回油和漏油的管道连接。配油套筒上安装了带有测量尺的支架,可以读取转轮接力器的位置。
7.3.10 导叶操作机构
有两种不同的传动系统可以用来驱动导叶。Kværner Brug设计了一种每个特定的叶片都有自己的接力器的一种传动系统,如图7.10所示。
通过连接环,可以实现各导叶接力器操纵阀的同时动作。操纵阀控制导叶的开启或关闭。
图7.10中的A—A剖面图解释了接力器供油和排空的整个过程。
高压软管与机组的油压系统相连。
图7.10 单个接力器的导叶操作机构
这个系统的优点在于即使一个导叶被卡住,其他导叶仍然可以动作且不会被损坏。同样适用于在关闭的过程中两个叶片被异物卡住的情况,其他叶片可以关闭而不会被损坏。如果需要,可以单独操作某些叶片,因此可以很容易的把卡在导叶系统中的异物冲走。
该系统的缺点在于组装复杂,需要大量的调整工作。然而该系统的总成本与另外一个导叶操作系统——控制环系统大概是相同的。
该控制环系统与混流式水轮机中由连杆和转臂组成的控制环系统是完全相同的。图7.11给出了一个带有3个接力器的控制环系统。由于导叶的锥形布置,必须为转臂和连杆系统配备可以进行大角度动作的球面轴承。
图7.11 控制环
采用摩擦接头连接转臂与叶片。这样可以避免一个或几个叶片被卡住或异物卡开在叶片之间时,损坏某些部件。
如果相邻叶片被卡住,摩擦接头可以使叶片转臂随着连接到控制环上导叶的剩余部分一起动作。
该系统的缺点在于控制环很重,轴承的松弛可能导致调节不准确。
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