低水面電站燈炮貫流機(jī)組的設(shè)計(jì)

低水面電站燈炮貫流機(jī)組的設(shè)計(jì)

1．洪水不易,防洪不易水面1.5m的平原河流和沿海潮汐能源（包括沿河岸數(shù)百公里洪水支持的港島潮汐資源）尚未開發(fā)。其根源是水頭低,引用流量大,則水輪機(jī)尺寸大、轉(zhuǎn)速低。低速電機(jī)造價(jià)昂貴,且有的地方洪水位高,防洪不易。在低水頭電站中,最受矚目的是燈泡貫流機(jī)組,但它多潛沒(méi)在尾水面下運(yùn)行,維護(hù)要求很高,修理尤其困難,且只適用于直徑2.5m的機(jī)組,小于2.5m則采用國(guó)外經(jīng)驗(yàn)推薦的軸伸貫流式和豎井貫流式。前者多用于水頭大于4m的場(chǎng)合,但因主軸很長(zhǎng)且通過(guò)尾水管,效率稍低;后者電機(jī)局限豎井內(nèi),溫升高,噪聲大,上下豎井手攀足蹬很不方便,且引水流道長(zhǎng),斷面變化多,沿程水頭損失較大。此兩種安裝類型電機(jī)雖移出水外,卻貼近尾水面,甚至以下,故都得圍筑高墻防洪,樞紐造價(jià)居高不下。20年來(lái),福建省只建了3個(gè)這樣的站(其中一個(gè)潮汐站),且皆造價(jià)高、出力不足、效果欠佳,齒輪增速噪聲超過(guò)95dB,值班者置身于玻璃斗室中,深受困擾,難于推廣。2電機(jī)與電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電為了解決上述問(wèn)題,設(shè)計(jì)了幾種新結(jié)構(gòu),串燈泡貫(軸)流式是其中之一。串燈泡貫流機(jī)組的結(jié)構(gòu)見圖1。圖1中采用的鼠籠式異步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,且其鼠籠轉(zhuǎn)子堅(jiān)固,不怕飛車,并網(wǎng)簡(jiǎn)易,無(wú)失步及振蕩現(xiàn)象,故障極少,其效率還高過(guò)同步電機(jī)2%～3%。其底座以無(wú)縫鋼管與燈泡體固聯(lián),其軸伸與弧線錐齒輪副的連軸齠齒輪直聯(lián),密封止水依靠燈泡后的貫流水輪機(jī)軸伸端的機(jī)械密封和射流動(dòng)態(tài)密封裝置,沒(méi)有滲水之患,只有端蓋靠“O”形橡膠圈及密封膠靜止密封。電纜出頭的密封早已久經(jīng)考驗(yàn)沒(méi)有問(wèn)題,況燈泡體(齒輪箱)內(nèi)尚備有呼吸和滲水排出等裝置,對(duì)電機(jī)不構(gòu)成威脅。電機(jī)的定子繞組已加強(qiáng)了防潮絕緣,且只淹沒(méi)在上水面下,關(guān)掉進(jìn)水閘,電機(jī)即高出尾水面,故便于檢修。其上設(shè)置吊車,便于吊出。無(wú)縫鋼管上接口備有蓋板電機(jī)吊起后隨手封閉以免不測(cè)本貫流機(jī)組為調(diào)槳式,調(diào)槳用伺服電機(jī)(裝在轉(zhuǎn)輪轂內(nèi)),電源從主軸的另一端輸入,由岸上的電腦調(diào)速器按照負(fù)載或流量變化輸出信號(hào),使槳葉自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角直至與流量相適應(yīng)為止。異步電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電另配有殘壓常壓頻率計(jì),當(dāng)調(diào)至接近50Hz時(shí)即可并網(wǎng),比同步電機(jī)并網(wǎng)簡(jiǎn)單。異步電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電美中不足的是要吸收無(wú)功激磁電流,但可在電站內(nèi)或在變電站另裝電容補(bǔ)償裝置。兩者相加仍比同步電機(jī)劃算。故在國(guó)外,幾萬(wàn)千瓦的電站也用異步電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電。在福建省大田縣,建造了20余座異步電機(jī)并網(wǎng)電站,其中蕉嶺站單機(jī)容量達(dá)到500kW。當(dāng)異步電機(jī)應(yīng)用于潮汐電站時(shí),由于潮汐電站水頭變幅大,當(dāng)單轉(zhuǎn)速難以維持水輪機(jī)始終在高效率區(qū)運(yùn)行時(shí),宜用變極雙速的異步電機(jī),例如水頭0.8～1.8m時(shí),以500rmin,12極運(yùn)行;1.8～4.0m時(shí)切換至750rmin,8極運(yùn)行。這樣可使潮汐電站運(yùn)行歷時(shí)加長(zhǎng),比單速多發(fā)電能10%。若非并網(wǎng)運(yùn)行的孤立電站,只能引用同步電機(jī),如仍潛水運(yùn)行,該用無(wú)刷勵(lì)磁式同步電機(jī),可免除電刷故障并便于維護(hù)。應(yīng)用潛沒(méi)式機(jī)組,如果洪水位高,機(jī)組上方可不建廠房,讓其露天運(yùn)行,而把控制設(shè)備移建到高岡上。但在洪水位不高的場(chǎng)合也可不用潛水電機(jī),而將豎軸伸出水面,通過(guò)機(jī)房上的軸承座與立式電機(jī)聯(lián)結(jié),豎軸外套隔水管,嚴(yán)防滲水進(jìn)入燈泡體(齒輪箱)內(nèi)。3槳式水輪機(jī)的正截面在水頭稍高例如3～8m場(chǎng)合,可用串燈泡軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī),其結(jié)構(gòu)見圖2。它是臥軸軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī),用壓力明槽引水,燈泡式齒輪箱緊靠導(dǎo)流轂前端,主軸從隔水的無(wú)縫鋼管通出地面與電機(jī)聯(lián)結(jié),可以是同步電機(jī)也可用異步電機(jī)。為了防洪,當(dāng)洪水襲來(lái)前可用鐘罩把電機(jī)罩住。實(shí)踐證明鐘罩方案防洪十分可靠,且操作簡(jiǎn)單,只需用手動(dòng)吊車吊裝鐘罩,將下端法蘭用螺栓固定即可。4zd980型轉(zhuǎn)輪表1為兩種串燈泡貫流調(diào)槳式水電機(jī)組的性能參數(shù)。轉(zhuǎn)輪引用湖南省馬跡塘電站進(jìn)口機(jī)組轉(zhuǎn)輪,它具有單元流量大、單元轉(zhuǎn)速高和效率高等特點(diǎn),特別適用于5m以下水頭。表2為兩種串燈泡軸流轉(zhuǎn)槳式水電機(jī)組的性能參數(shù)。轉(zhuǎn)輪引用天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所研制的轉(zhuǎn)輪,用以取代國(guó)內(nèi)廣泛采用的ZD760型轉(zhuǎn)輪。兩相比較同樣具有單元流量大、單元轉(zhuǎn)速高、汽蝕性能好等特點(diǎn),并可做成轉(zhuǎn)槳式,在改成臥式類貫流安裝后,比立式性能還將更勝一籌。福州山海能源研究所自1984年研制潛沒(méi)式250kW機(jī)組2臺(tái)(H=5m,Q=6.5m3s),裝于順昌貴嶺電站,至今已運(yùn)行10多年;1986年起先后投入運(yùn)行了GT003-JM-80和GT03-WPL-120型直角增速類燈泡貫流機(jī)組。實(shí)踐證明在機(jī)房上沒(méi)有齒輪噪聲,轉(zhuǎn)輪軸伸端止水密封性能可靠,運(yùn)行穩(wěn)定。在總結(jié)以上成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出以上2種系列的水電機(jī)組,轉(zhuǎn)輪直徑D1分100、120、140、160、180和200cm共6種規(guī)格。如用于潮汐電站則用材特殊,并有犧牲陽(yáng)極或陰極保護(hù)等裝置,同時(shí)配套雙速異步電機(jī)及虹吸淹覆電機(jī)等特殊裝置,借以適應(yīng)潮汐電站的特殊要求。5齒輪傳動(dòng)的效率更圓錐弧線齒輪直角增速傳動(dòng)效率高達(dá)98%,把水輪機(jī)增速3～5倍之后,容易選用常規(guī)高速電機(jī)配套。電機(jī)重量幾乎與轉(zhuǎn)速成反比,增速幾倍重量也近乎下降幾倍,造價(jià)也劇降幾倍,且高速電機(jī)效率比低速電機(jī)高出3%以上,故齒輪傳動(dòng)的效率損失可由高速電機(jī)的效率提高得到補(bǔ)償而有余。用高速電機(jī)其基礎(chǔ)載荷小,吊車容量也小,運(yùn)費(fèi)亦省。齒輪箱在水中運(yùn)行,冷卻條件特好,而噪