青海黄南富源电站水轮机组防抬机装置加装

闫宁

富源电力集团股份有限公司 810001

一、项目简介

青海黄南富源水电站位于李家峡发电厂尾水右岸，电站装机1台混流式立式水轮机，单机容量12500KW，机组额定水头115米，引水取自右岸农灌口，进水口段埋管设在右岸2#坝段，后接坝后背管，后接压力钢管，引水管道总长约537米，管径1.8米，斜坡段管长168.61米，设计引水流量12.16m³/S。尾水由尾水洞穿过下游尾水高程2059.0m消能区砼护坡进入大电站下游尾水。尾水平台高程约2064.0m，长6.85m，宽2.30m，高出发电机层3.85m。为保证最低尾水位要求及防止尾水出流对厂房基础淘刷，满足机组吸出高度的要求，同时为了便于施工，不受消能区水位干扰，设尾水洞，将尾水开挖成城门洞形，洞顶高程2054.0m，将尾水洞末端高程确定为2050.0m，尾水护坦反坡长度确定为4.12m，并1:4的反坡与大电站尾水消能区相接^[1]。2018年至2020年受黄河上游来水量增大影响，李家峡水库开始在汛期泄洪，最大泄洪流量2262m³/s。富源电站建设位置由于离泄洪孔较近，泄洪时河道内产生的涌浪通过尾水洞进入水轮机尾水管，由于浪高且力量大造成发电机组抬机现象，水轮机转轮泵密封于主轴密封底座间隙为20mm，抬机时造成水轮机转动部件磨损，在水轮机顶盖处产生大量铁屑，并且摩擦产生热量生成水雾，最终导致机组停机，造成电量损失^[2]。

（图为水轮机受损部件）

二、实施措施

通过对水轮机结构分析对照图纸并在现场观察，根据水轮机安装参数分析，水轮机转动部分与固定部分的最小间隙为20mm，需要控制水轮机抬机高度不超过20mm，水轮机的转动部分就不会与固定部分产生摩擦，为此决定在水轮机与发电机的连轴法兰处装设防抬机装置，防抬机装置与转动部分控制间隙在8mm--10mm，且固定部分装设摩擦板，以便在产生摩擦造成间隙增大后更换摩擦板。通过有限单元计算法（计算软件ANSYS Workbench）对主轴止推装置，包括其中的把和螺栓进行计算，保证其具有足够的刚强度^[3]。

首先在UG软件中建好三维模型，导入ANSYS，得到计算模型。有限元模型见图4-1-图4-5，边界条件如图4-6。

图4-1 结构的实体模型

图4-2 ID1、ID2螺栓组

图4-3 结构的有限元模型

图4-4 结构的有限元模型（ID1螺栓）

图4-5 结构的有限元模型（ID2螺栓）

图4-6 边界条件

三、参数设置

表4-1 材料参数

四、计算结果

表5-1 材料许用应力（MPa）

五、止推结构、卡环计算结果

应力计算结果见表5-2，位移计算结果见表5-3。

表5-2额定出力工况应力计算结果（MPa）

表5-3额定出力工况位移计算结果

由表5-2可知，止推装置和卡环均满足ASME要求。

图5-1额定出力工况综合位移分布

图5-2额定出力工况止推装置等效应力分布

图5-3额定出力工况止推装置（局部）等效应力分布

图5-4额定出力工况卡环等效应力分布

图5-5额定出力工况卡环（局部）等效应力分布

六、实施结果

通过计算验证后，设计制造防抬机装置进行试验，安装间隙控制在8mm，经过李家峡泄洪试验及高尾水条件下运行，水轮机组转动部件及固定部件均未在受到磨损，有效地控制机组抬升高度，可确保机组长期安全运行^[4]。

（图为未安装防抬机设备前位置）

（下图为安装防抬机设备及安装后）

参考文献：

[1] 黄心正, 林海山. 防止小水电站机组抬机的措施[J]. 农田水利与小水电, 1983(05):51-52.

[2] 张胜谦, 曹宝保. 轴流式水轮机抬机事故分析及预防[C]// 水轮机抗磨蚀技术研讨会. 0.

[3] 黄德立, 袁兵, 余祖红. 轴流转桨式水轮机抬机现象处理[J]. 水电能源科学, 2009, 027(002):161-162.

[4] 闵建秋. 轴流转桨式水轮机产生抬机的原因及防止方法[J]. 水电站机电技术(4):5.