水輪機轉輪新技術研究項目工作總結

燈泡貫流式機組新技術研發(fā)及應用

工作總結

新溝水電站水輪機軸承降溫新技術研究項目，由科技局立項，新溝水電站負責完成。項目歷時1年。在民樂縣科技局、水務局的大力支持下，經電站全體職工和技術人員共同努力，團結奮斗，圓滿完成了任務，取得了顯著的經濟、社會效益�，F將具體情況總結如下：一、項目背景及任務來源

新溝水電站始建于201*年，屬渠道引水電站，總裝機容量2x400KW，設計年發(fā)電量280萬Kw.h，水輪機型號為GDTF07-WPZ-80，轉輪直徑為800mm，設計水頭11.4m，額定功率400KW。單機最大出水量為4．17m／s，最大總出水量為8.34m／s。該電站經過近10年的運行，存在的問題越來越多。

1、電站在多年的運行中，存在較多的問題，該機組為燈泡貫流式機組，發(fā)電機推力軸承冷卻方式為自然通風冷卻方式，因機組過風間隙小，不能直接對軸承冷卻，冷卻效果不明顯，通過溫度傳感器測得溫度，溫度高達100℃-123℃，使機組不能正常運行，只能用降負荷方式運行，負荷降至65%才能勉強維持運行。

2、發(fā)電機軸承在高溫度的運行中，造成諸多的后果，導致潤滑油老化、粘度變小、油脂外溢，使軸承潤滑不好造成燒壞軸承等后果。

3、因發(fā)電機是燈泡貫流式機組，內部結構復雜，又是水下運行，

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維護、保養(yǎng)比較困難；拆卸、安裝工藝復雜且工期長；由于該型號在國內的生產技術不夠成熟，設計上存在較多問題，特別是機組軸承溫度過高，降溫方式不合理；使機組不能正常運行，嚴重影響機組的安全運行，因此，電站組織工程技術人員對機組運行狀況進行技術總結和技術探討，反復研究實驗，進行改造，最終使機組推力軸承溫度過高的問題在技術改造中得到了解決。

以上問題，嚴重影響了電站效益的發(fā)揮和機組安全運行，為了從根本上解決問題，提高電站的經濟效益，走技術改造、技術創(chuàng)新之路是首選之路，技術改造勢在必行。因此決定對2臺水輪機軸承冷卻系統(tǒng)部分進行改造。

201*年初，新溝水電站積極籌劃機組改造的前期工作，并會同民樂縣水務局經多方考察，進行方案論證對比，最后權衡利弊，制定了燈泡貫流式機組軸承水冷卻新技術研究方案。該方案特點是：投資少、見效快，盡可能保留原機組參數不變對機組進行改造，在此基礎上能收到投資少，見效快的實效，達到降溫增容的目的。

該項目由科技局立項，新溝水電站負責完成。新溝水電站現有技術人員10人，其中高級工程師1人，技術員6人，高級工3人，技術改造人員均系多年從事水力發(fā)電工作的技術骨干。技術過硬，實踐經驗豐富，能夠保證該項技術改造任務的順利完成。

二、技術研制的任務要求

1、機組內增加冷卻降溫裝，本機組推力軸承室采用兩盤向心推力滾動軸承，軸承室上游緊靠勵磁機轉子，下游緊靠發(fā)電機轉子，在機組運行時，機體內本身溫度就高，因冷卻系統(tǒng)設計不合理，不能給軸承降溫起到很好的作用，致使軸承溫度過高，不能正常運行，為了有效地降低軸承溫度，電站技術人員經過多次論證和探討；采用水冷卻方式，在發(fā)電機推力軸承室上安裝水冷卻裝，在安裝中技術人員多次實驗，第一次在軸承室外殼側加裝水冷卻盒，因電站屬于季節(jié)性發(fā)電，到冬季停機后冷卻盒內積水無法排除，有凍壞冷卻盒的弊端，，第二次經工程技術人員認真查閱資料，討論實驗，在軸承室外殼用14的紫銅管盤在軸承室外緣，因銅管盤在外緣接觸面積小，導熱效率低；又在銅管與軸承室的外緣空間加注導熱硅脂，使冷卻效果更加明顯，銅管內通入壓力水，經過壓力水的不斷循環(huán)，軸承溫度明顯下降，有原來的100℃-123℃下降到50-60℃之間，使機組能夠安全穩(wěn)定正常運行。

2、在冷卻降溫裝進水管上設計加裝了一組濾水器和控制閥，在運行中起到控制冷卻水的大小和冷卻水雜物的過濾；使冷卻水保持正常安全無堵塞的運轉，運行實踐證明，完全滿足要求，使用狀態(tài)良好。

3、采用圓紫銅管盤在軸承室外殼上，起到降溫冷卻，為了在停機或冬季便于清除管內積水，將壓力空氣接在進水管一端，使管內積水全部吹出，防止了凍壞隱患的發(fā)生，有效提高機組的安全穩(wěn)定運行。

三、技術的關鍵點和創(chuàng)新點

(一)該項技術的關鍵點是在投資較少的前提下，在軸承室外殼用14的紫銅管盤在軸承室外緣，因銅管盤在外緣接觸面積小，傳熱效率低；又在銅管與軸承室的外緣空間加注導熱硅脂，使冷卻效果更加明顯，銅管內通入冷卻水，經過冷卻水的循環(huán)，軸承溫度明顯下降，有原來的溫度100℃-123℃下降到50℃--60℃，使機組能夠安全穩(wěn)定正常運行。

(二)在冷卻降溫裝進水管上設計加裝了一組濾水器和控制閥，在運行中起到控制冷卻水的大小和冷卻水雜物的過濾；使冷卻水保持正常安全無堵塞的運轉，運行實踐證明，完全滿足要求，使用狀態(tài)良好。

（三）采用圓紫銅管盤在軸承室外殼上，起到降溫冷卻，為了在停機或冬季便于清除管內積水，將壓力空氣接在進水管一端，使管內積水全部吹出，防止了凍壞隱患的發(fā)生，有效提高機組的安全穩(wěn)定運行。（四）經過技術改造后機組運行正常，比原來設計更合理達到了預期效果。有過去的1-2個月維修一次，變成現在每年只檢修一次，大大降低了勞動強度和維修費用，溫度明顯下降，確保機組安全、穩(wěn)定滿負荷運行。機組在同樣的壓力和渠道流量一樣的情況下，溫度、出力有明顯的變化。四、取得的效益（一）生態(tài)效益

電站技改增容后，可有效改善當地群眾的生產、生活條件，提高生活質量。清潔能源的利用，進一步改善生態(tài)環(huán)境，降低森林植被的砍伐，減少二氧化碳氣體的排放，同時，緩解農村生產生活用電緊張狀況，對促進社會主義新農村建設將起到積極的推動作用。(二)經濟效益

機組軸承冷卻系統(tǒng)的改造，有原來的溫度100℃-123℃下降到50℃-60℃，使機組能夠安全穩(wěn)定正常運行。參考電站幾年運行記錄進行分析，改型后，單臺機組可多發(fā)46萬度，兩臺合計發(fā)電量達91萬度，電費按0.21元／度計算，凈收入19萬元，為電站的發(fā)展奠定了基礎。(三)社會效益

該技術項目的實施，首先有效供電量顯著增加，提高了用電保證率，可以提供更加安全、可靠、充足的電能資源，在提高農民生活質量、實現農村脫貧致富奔小康、推動地方經濟快速發(fā)展、加快電氣化縣建設等方面將起到積極的促進作用；其次發(fā)電設備和電網安全程度明顯提高，滿足了電站長期安全運行的條件，為人生安全和財產安全提供了必要的保障；與此同時，為燈泡貫流式機組的更新改造找到了一條投資省、收效快的便捷之路，為同行業(yè)進行技術改造，走電站擴容增效之路起到了積極的示范、帶動、輻射作用。

擴展閱讀：水輪機轉輪新技術研究項目實施方案

燈泡貫流式機組新技術研究項目

實施方案

一、概況

新溝水電站始建于201*年，屬渠道引水電站，總裝機容量2x400KW，設計年發(fā)電量280萬Kw.h，水輪機型號為GDTF07-WPZ-80，轉輪直徑為800mm，設計水頭11.4m，額定功率400KW。單機最大出水量為4．17m／s，最大總出水量為8.34m

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／s。該電站經過10多年的運行，存在的問題越來越多。通過近幾年放水情況看，正常渠道引水都在10m／s，所以多年來不僅電機達不到滿負荷運行的要求，而且棄水比較嚴重,水庫水能資源得不到充分利用，嚴重影響了電站的發(fā)電效益,為了從根本上解決問題，提高電站的經濟效益，走技術改造、技術創(chuàng)新之路是首選之路，技術改造勢在必行。因此決定對2臺機組設備進行改造。

一、存在的問題

1、電站在多年的運行中，存在較多的問題，該機組為燈泡貫流式機組，發(fā)電機推力軸承冷卻方式為風機冷卻方式，因機組過風間隙小，不能直接對軸承冷卻，冷卻效果不明顯，通過溫度傳感器測得溫度，溫度高達120℃，使機組不能正常運行，只有用降負荷方法運行，負荷降至50%才能勉強維持運行。

2、發(fā)電機軸承在高溫度的運行中，造成諸多的后果，導致

潤滑油老化、密度變小、油脂外流，使軸承潤滑不好燒壞軸承等后果。

3、因發(fā)電機是燈泡貫流式機組，制造工藝復雜，維修不方便且工期長，由于該型號在國內的生產技術不夠成熟，設計上存在較多問題，特別是機組軸承溫度過高，降溫方式不合理；使機組不能正常運行，嚴重影響本機組的安全運行，因此，電站組織技術人員對機組運行不斷總結和技術探討，反復研究實驗，多次進行改造，最終使機組的降溫在技術改造中得到了解決。

三、設備技術改造方案

1、電站機組采用兩盤向心推力滾動軸承，因冷卻系統(tǒng)設計不合理，不能給軸承降溫起到很好的作用，致使軸承溫度過高，不能正常運行，為了有效地降低軸承溫度，電站技術人員經過多次

二、項目實施的必要性

該電站經過20多年的運行，水輪機汽蝕、磨損嚴重，主軸密封、頂蓋、低環(huán)、導葉軸套、密封盒等部件都磨損嚴重，時常出問題，隨時影響正常的發(fā)電。同時發(fā)電機絕緣等級降低，線圈老化，其中三號機已擊穿二次，隨時都有燒毀的危險，嚴重影響電站的正常運行。存在的主要問題有：

(一)轉輪葉片氣蝕、磨損嚴重，在檢修拆卸中發(fā)現葉片大面積被氣蝕，呈蜂窩狀，破損很嚴重。頂蓋、底環(huán)同轉輪間隙超過了設計間隙0.4mm，達到了3mm左右，水力損失嚴重，水資源利用率降低，導致水輪機出力達不到額定出力的要求。

(二)主軸密封磨損嚴重，密封氈架設槽磨損2mm，致使密封件架設不牢固，止水不嚴密，漏水嚴重，容積損失增加，在運行中不僅要時常停機維修，浪費了大量的發(fā)電時數，而且大量漏水進入軸瓦，隨時有燒瓦的事故發(fā)生。

(三)運行期間棄水嚴重。目前電站單機引水量是1.68m／s，最大引水量是5.04m／s，通過多年的放水情況看，正常情況渠道灌溉引水量大都在6-7m／s，所以有0.96－1.16m／s的水資源不能被電站機組充分利用而從水庫錐型閥放出。

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以上問題，嚴重影響了電站效益的發(fā)揮和機組安全運行，為了從根本上解決問題，提高電站的經濟效益，走技術改造、技術創(chuàng)新之路是首選之路，技術改造勢在必行。作為企業(yè)，發(fā)展和增加效益是硬道理，只有想法提高企業(yè)效益，企業(yè)方能發(fā)展。因此決定對2臺水輪機轉輪及2套主軸密封等設備進行改造。三、主要技術路線及改型方案

根據電站水文情況分析，若能改變機組轉速和轉輪直徑，經過對D74、D41、A551等眾多轉輪的比較，將設計水頭取為36m時，單機出力可達800KW，此時轉輪直徑為620mm，并可滿足下游用水量的需要；若僅改變機組轉速，少量改變轉輪直徑，可優(yōu)選目前國內較好的轉輪，轉輪直徑做到520mm，利用原水輪機蝸殼等大部件，電機出力將達到630KW以上，只是機組轉速要變到1000轉／分。經反復考慮，從電站的現實資金情況出發(fā)，盡量維持和少量變動原機組參數，達到增容目的，但盡可能不動原部件及電機極數的前提，又限制了優(yōu)秀轉輪的使用和機組的增容幅度，原打算采用520mm的轉輪達不到改造要求，經過多種方案比較后，最終權衡利弊，選用型號為HLD41-WJ－53的水輪機轉輪能滿足前提條件，達到增容目的。

經反復論證，我們發(fā)現在轉輪的加大問題上有絕對可尋的突破點，即：轉輪與頂蓋、底環(huán)間隙之間有可加大的空間，通過重新制作頂蓋、底環(huán)，將頂蓋、底環(huán)內圓直徑增大30mm，可實現轉輪直徑加大30mm后達到530mm在技術數據上的要求，從而能實現增容的目的，技術路線是合理的。

在對水情、資金承受能力等各種因素通盤考慮分析后，決定對機組改造分兩步進行比較合適。第一步先對其中的2臺水輪機轉輪進行改造，將隱患較大的三號發(fā)電機進行改造，以免在夏季運行時燒毀造成重大的損失；第二步在今后資金允許的情況與逐年改造其余機組，以達到擴容增效的目的。第一步改型方案確定為：：

1、計劃將原型號為TSWN99／46-8的3號發(fā)電機改型為SFW630-8／99O，額定功率增容630KW。

2、計劃將原型號為HL702-WJ-50的2、3號水輪機改型為HLD41-WJ-53，轉輪直徑改530mm，單機最大出水增至2.068m／s，2臺最大總出水量增大到4.136m／s，水頭從41m降為35.5m，

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為滿負荷運行水頭。

3、對其中的2、3號水輪機的轉輪、：頂蓋、底環(huán)、導葉軸套、主軸密封件、密封盒、密封壓蓋等部件重新制造。新舊方案技術性能對比如下：

水輪機型號：HLD41-WJ-53原水輪機型號：HL702-WJ-50轉輪直徑：530mm原轉輪直徑：500mm

發(fā)電機型號：SFW630-8／990原發(fā)電機型號：TSWN99／46-8四、項目概算及資金來源

根據廠商報價，2臺水輪機改型概算總投資20.06萬元，其中:

1、水輪機轉輪單價7.38萬元(為保證轉輪質量，提高機組效益，葉片制造將采用鋼板模壓新技術)，2各計價14.76萬元。2、頂蓋、底環(huán)、密封部件加工2.8萬元。

3、導葉端面處理、尾水按管、大軸處理及其余件修配1.5萬元。

4、機組改造設計費0.5萬元。5、服務及安裝費0.5萬元。

資金從瓦房城水電站發(fā)電及副業(yè)收入解決。五、效益分析。

在30-44米9種不同的水頭條件下，改型機單臺機組過水流量由原來的1.581m/s-1.96m/s增至1.77m/s-2.068m/s；電機出力由原來的326KW-593KW增至396.6KW-656KW，改型后的

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電機多發(fā)出力63KW-74KW，出力增加幅度10.6％-21.7％，平均增加幅度15.4％(詳見下表)。

序號123456789平均

水頭(米)30323435.53738404244流量(米3/秒)HLD411.771.8431.9031.9391.971.9882.0222.0392.068HL7021.5811.6451.7061.751.7881.8141.8661.9131.96電機出力(千瓦)HLD41396.6435475502530550587619656HL702326364401429457476515554593改造后電機出力增加多發(fā)出力幅度(千瓦)(%)70.6717473737472656321.719.518.517.0l6.015.514.011.710.615.4參考電站201*年運行記錄進行分析，機組改型后，單臺機

組可多發(fā)電52.5萬度，電費按0.18元／度計算，2臺機組共增加發(fā)電總收入18.9萬元，凈收入17.8萬元。

據此推算，機組改型后由原來水頭41m下降為35.5m，可下降水頭5.5m，較原來超發(fā)電量12.6%-14.8%。平水年效益提高18-27％，豐水年效益提高25.2-31%，枯水年效益提高28%。以上分析，經濟效益十分可觀。

枯水年350萬度×28%×0.18元=17.6萬元平水年450萬度×18%×0.18元=14.6萬元豐水年550萬度×25.2%×0.18元=24.9萬元以靜態(tài)總投資20.06萬元及以上不同水文年份下的發(fā)電總收入計算，枯水年、平水年、豐水年的靜態(tài)投資回收期分別為1.1年、1.4年0.8年。六、實施期限及步驟

該項目計劃實施期為2年，從201*年1月開始實施，201*年6-11月份簽訂加工合同，并完成部件加工任務，201*年3月底全面完成設備安裝及調試任務，201*年5-10月開展運行觀測，201*年11-12月總結驗收、項目鑒定。附件：

1、HLD41-WJ-53轉輪性能

2、頂蓋、底環(huán)、接管、轉輪圖紙各1分

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