水轮机转轮新技术研究项目工作总结

水轮机转轮新技术研究项目工作总结

灯泡贯流式机组新技术研发及应用

工作总结

新沟水电站水轮机轴承降温新技术研究项目，由科技局立项，新沟水电站负责完成。项目历时1年。在民乐县科技局、水务局的大力支持下，经电站全体职工和技术人员共同努力，团结奋斗，圆满完成了任务，取得了显著的经济、社会效益。现将具体情况总结如下：一、项目背景及任务来源

新沟水电站始建于201*年，属渠道引水电站，总装机容量2x400KW，设计年发电量280万Kw.h，水轮机型号为GDTF07-WPZ-80，转轮直径为800mm，设计水头11.4m，额定功率400KW。单机最大出水量为4．17m／s，最大总出水量为8.34m／s。该电站经过近10年的运行，存在的问题越来越多。

1、电站在多年的运行中，存在较多的问题，该机组为灯泡贯流式机组，发电机推力轴承冷却方式为自然通风冷却方式，因机组过风间隙小，不能直接对轴承冷却，冷却效果不明显，通过温度传感器测得温度，温度高达100℃-123℃，使机组不能正常运行，只能用降负荷方式运行，负荷降至65%才能勉强维持运行。

2、发电机轴承在高温度的运行中，造成诸多的后果，导致润滑油老化、粘度变小、油脂外溢，使轴承润滑不好造成烧坏轴承等后果。

3、因发电机是灯泡贯流式机组，内部结构复杂，又是水下运行，

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维护、保养比较困难；拆卸、安装工艺复杂且工期长；由于该型号在国内的生产技术不够成熟，设计上存在较多问题，特别是机组轴承温度过高，降温方式不合理；使机组不能正常运行，严重影响机组的安全运行，因此，电站组织工程技术人员对机组运行状况进行技术总结和技术探讨，反复研究实验，进行改造，最终使机组推力轴承温度过高的问题在技术改造中得到了解决。

以上问题，严重影响了电站效益的发挥和机组安全运行，为了从根本上解决问题，提高电站的经济效益，走技术改造、技术创新之路是首选之路，技术改造势在必行。因此决定对2台水轮机轴承冷却系统部分进行改造。

201*年初，新沟水电站积极筹划机组改造的前期工作，并会同民乐县水务局经多方考察，进行方案论证对比，最后权衡利弊，制定了灯泡贯流式机组轴承水冷却新技术研究方案。该方案特点是：投资少、见效快，尽可能保留原机组参数不变对机组进行改造，在此基础上能收到投资少，见效快的实效，达到降温增容的目的。

该项目由科技局立项，新沟水电站负责完成。新沟水电站现有技术人员10人，其中高级工程师1人，技术员6人，高级工3人，技术改造人员均系多年从事水力发电工作的技术骨干。技术过硬，实践经验丰富，能够保证该项技术改造任务的顺利完成。

二、技术研制的任务要求

1、机组内增加冷却降温装，本机组推力轴承室采用两盘向心推力滚动轴承，轴承室上游紧靠励磁机转子，下游紧靠发电机转子，在机组运行时，机体内本身温度就高，因冷却系统设计不合理，不能给轴承降温起到很好的作用，致使轴承温度过高，不能正常运行，为了有效地降低轴承温度，电站技术人员经过多次论证和探讨；采用水冷却方式，在发电机推力轴承室上安装水冷却装，在安装中技术人员多次实验，第一次在轴承室外壳侧加装水冷却盒，因电站属于季节性发电，到冬季停机后冷却盒内积水无法排除，有冻坏冷却盒的弊端，，第二次经工程技术人员认真查阅资料，讨论实验，在轴承室外壳用14的紫铜管盘在轴承室外缘，因铜管盘在外缘接触面积小，导热效率低；又在铜管与轴承室的外缘空间加注导热硅脂，使冷却效果更加明显，铜管内通入压力水，经过压力水的不断循环，轴承温度明显下降，有原来的100℃-123℃下降到50-60℃之间，使机组能够安全稳定正常运行。

2、在冷却降温装进水管上设计加装了一组滤水器和控制阀，在运行中起到控制冷却水的大小和冷却水杂物的过滤；使冷却水保持正常安全无堵塞的运转，运行实践证明，完全满足要求，使用状态良好。

3、采用圆紫铜管盘在轴承室外壳上，起到降温冷却，为了在停机或冬季便于清除管内积水，将压力空气接在进水管一端，使管内积水全部吹出，防止了冻坏隐患的发生，有效提高机组的安全稳定运行。

三、技术的关键点和创新点

(一)该项技术的关键点是在投资较少的前提下，在轴承室外壳用14的紫铜管盘在轴承室外缘，因铜管盘在外缘接触面积小，传热效率低；又在铜管与轴承室的外缘空间加注导热硅脂，使冷却效果更加明显，铜管内通入冷却水，经过冷却水的循环，轴承温度明显下降，有原来的温度100℃-123℃下降到50℃--60℃，使机组能够安全稳定正常运行。

(二)在冷却降温装进水管上设计加装了一组滤水器和控制阀，在运行中起到控制冷却水的大小和冷却水杂物的过滤；使冷却水保持正常安全无堵塞的运转，运行实践证明，完全满足要求，使用状态良好。

（三）采用圆紫铜管盘在轴承室外壳上，起到降温冷却，为了在停机或冬季便于清除管内积水，将压力空气接在进水管一端，使管内积水全部吹出，防止了冻坏隐患的发生，有效提高机组的安全稳定运行。（四）经过技术改造后机组运行正常，比原来设计更合理达到了预期效果。有过去的1-2个月维修一次，变成现在每年只检修一次，大大降低了劳动强度和维修费用，温度明显下降，确保机组安全、稳定满负荷运行。机组在同样的压力和渠道流量一样的情况下，温度、出力有明显的变化。四、取得的效益（一）生态效益

电站技改增容后，可有效改善当地群众的生产、生活条件，提高生活质量。清洁能源的利用，进一步改善生态环境，降低森林植被的砍伐，减少二氧化碳气体的排放，同时，缓解农村生产生活用电紧张状况，对促进社会主义新农村建设将起到积极的推动作用。(二)经济效益

机组轴承冷却系统的改造，有原来的温度100℃-123℃下降到50℃-60℃，使机组能够安全稳定正常运行。参考电站几年运行记录进行分析，改型后，单台机组可多发46万度，两台合计发电量达91万度，电费按0.21元／度计算，净收入19万元，为电站的发展奠定了基础。(三)社会效益

该技术项目的实施，首先有效供电量显著增加，提高了用电保证率，可以提供更加安全、可靠、充足的电能资源，在提高农民生活质量、实现农村脱贫致富奔小康、推动地方经济快速发展、加快电气化县建设等方面将起到积极的促进作用；其次发电设备和电网安全程度明显提高，满足了电站长期安全运行的条件，为人生安全和财产安全提供了必要的保障；与此同时，为灯泡贯流式机组的更新改造找到了一条投资省、收效快的便捷之路，为同行业进行技术改造，走电站扩容增效之路起到了积极的示范、带动、辐射作用。

扩展阅读：水轮机转轮新技术研究项目实施方案

灯泡贯流式机组新技术研究项目

实施方案

一、概况

新沟水电站始建于201*年，属渠道引水电站，总装机容量2x400KW，设计年发电量280万Kw.h，水轮机型号为GDTF07-WPZ-80，转轮直径为800mm，设计水头11.4m，额定功率400KW。单机最大出水量为4．17m／s，最大总出水量为8.34m

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／s。该电站经过10多年的运行，存在的问题越来越多。通过近几年放水情况看，正常渠道引水都在10m／s，所以多年来不仅电机达不到满负荷运行的要求，而且弃水比较严重,水库水能资源得不到充分利用，严重影响了电站的发电效益,为了从根本上解决问题，提高电站的经济效益，走技术改造、技术创新之路是首选之路，技术改造势在必行。因此决定对2台机组设备进行改造。

一、存在的问题

1、电站在多年的运行中，存在较多的问题，该机组为灯泡贯流式机组，发电机推力轴承冷却方式为风机冷却方式，因机组过风间隙小，不能直接对轴承冷却，冷却效果不明显，通过温度传感器测得温度，温度高达120℃，使机组不能正常运行，只有用降负荷方法运行，负荷降至50%才能勉强维持运行。

2、发电机轴承在高温度的运行中，造成诸多的后果，导致

润滑油老化、密度变小、油脂外流，使轴承润滑不好烧坏轴承等后果。

3、因发电机是灯泡贯流式机组，制造工艺复杂，维修不方便且工期长，由于该型号在国内的生产技术不够成熟，设计上存在较多问题，特别是机组轴承温度过高，降温方式不合理；使机组不能正常运行，严重影响本机组的安全运行，因此，电站组织技术人员对机组运行不断总结和技术探讨，反复研究实验，多次进行改造，最终使机组的降温在技术改造中得到了解决。

三、设备技术改造方案

1、电站机组采用两盘向心推力滚动轴承，因冷却系统设计不合理，不能给轴承降温起到很好的作用，致使轴承温度过高，不能正常运行，为了有效地降低轴承温度，电站技术人员经过多次

二、项目实施的必要性

该电站经过20多年的运行，水轮机汽蚀、磨损严重，主轴密封、顶盖、低环、导叶轴套、密封盒等部件都磨损严重，时常出问题，随时影响正常的发电。同时发电机绝缘等级降低，线圈老化，其中三号机已击穿二次，随时都有烧毁的危险，严重影响电站的正常运行。存在的主要问题有：

(一)转轮叶片气蚀、磨损严重，在检修拆卸中发现叶片大面积被气蚀，呈蜂窝状，破损很严重。顶盖、底环同转轮间隙超过了设计间隙0.4mm，达到了3mm左右，水力损失严重，水资源利用率降低，导致水轮机出力达不到额定出力的要求。

(二)主轴密封磨损严重，密封毡架设槽磨损2mm，致使密封件架设不牢固，止水不严密，漏水严重，容积损失增加，在运行中不仅要时常停机维修，浪费了大量的发电时数，而且大量漏水进入轴瓦，随时有烧瓦的事故发生。

(三)运行期间弃水严重。目前电站单机引水量是1.68m／s，最大引水量是5.04m／s，通过多年的放水情况看，正常情况渠道灌溉引水量大都在6-7m／s，所以有0.96－1.16m／s的水资源不能被电站机组充分利用而从水库锥型阀放出。

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以上问题，严重影响了电站效益的发挥和机组安全运行，为了从根本上解决问题，提高电站的经济效益，走技术改造、技术创新之路是首选之路，技术改造势在必行。作为企业，发展和增加效益是硬道理，只有想法提高企业效益，企业方能发展。因此决定对2台水轮机转轮及2套主轴密封等设备进行改造。三、主要技术路线及改型方案

根据电站水文情况分析，若能改变机组转速和转轮直径，经过对D74、D41、A551等众多转轮的比较，将设计水头取为36m时，单机出力可达800KW，此时转轮直径为620mm，并可满足下游用水量的需要；若仅改变机组转速，少量改变转轮直径，可优选目前国内较好的转轮，转轮直径做到520mm，利用原水轮机蜗壳等大部件，电机出力将达到630KW以上，只是机组转速要变到1000转／分。经反复考虑，从电站的现实资金情况出发，尽量维持和少量变动原机组参数，达到增容目的，但尽可能不动原部件及电机极数的前提，又限制了优秀转轮的使用和机组的增容幅度，原打算采用520mm的转轮达不到改造要求，经过多种方案比较后，最终权衡利弊，选用型号为HLD41-WJ－53的水轮机转轮能满足前提条件，达到增容目的。

经反复论证，我们发现在转轮的加大问题上有绝对可寻的突破点，即：转轮与顶盖、底环间隙之间有可加大的空间，通过重新制作顶盖、底环，将顶盖、底环内圆直径增大30mm，可实现转轮直径加大30mm后达到530mm在技术数据上的要求，从而能实现增容的目的，技术路线是合理的。

在对水情、资金承受能力等各种因素通盘考虑分析后，决定对机组改造分两步进行比较合适。第一步先对其中的2台水轮机转轮进行改造，将隐患较大的三号发电机进行改造，以免在夏季运行时烧毁造成重大的损失；第二步在今后资金允许的情况与逐年改造其余机组，以达到扩容增效的目的。第一步改型方案确定为：：

1、计划将原型号为TSWN99／46-8的3号发电机改型为SFW630-8／99O，额定功率增容630KW。

2、计划将原型号为HL702-WJ-50的2、3号水轮机改型为HLD41-WJ-53，转轮直径改530mm，单机最大出水增至2.068m／s，2台最大总出水量增大到4.136m／s，水头从41m降为35.5m，

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为满负荷运行水头。

3、对其中的2、3号水轮机的转轮、：顶盖、底环、导叶轴套、主轴密封件、密封盒、密封压盖等部件重新制造。新旧方案技术性能对比如下：

水轮机型号：HLD41-WJ-53原水轮机型号：HL702-WJ-50转轮直径：530mm原转轮直径：500mm

发电机型号：SFW630-8／990原发电机型号：TSWN99／46-8四、项目概算及资金来源

根据厂商报价，2台水轮机改型概算总投资20.06万元，其中:

1、水轮机转轮单价7.38万元(为保证转轮质量，提高机组效益，叶片制造将采用钢板模压新技术)，2各计价14.76万元。2、顶盖、底环、密封部件加工2.8万元。

3、导叶端面处理、尾水按管、大轴处理及其余件修配1.5万元。

4、机组改造设计费0.5万元。5、服务及安装费0.5万元。

资金从瓦房城水电站发电及副业收入解决。五、效益分析。

在30-44米9种不同的水头条件下，改型机单台机组过水流量由原来的1.581m/s-1.96m/s增至1.77m/s-2.068m/s；电机出力由原来的326KW-593KW增至396.6KW-656KW，改型后的

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电机多发出力63KW-74KW，出力增加幅度10.6％-21.7％，平均增加幅度15.4％(详见下表)。

序号123456789平均

水头(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电机出力(千瓦)HLD41396.6435475502530550587619656HL702326364401429457476515554593改造后电机出力增加多发出力幅度(千瓦)(%)70.6717473737472656321.719.518.517.0l6.015.514.011.710.615.4参考电站201*年运行记录进行分析，机组改型后，单台机

组可多发电52.5万度，电费按0.18元／度计算，2台机组共增加发电总收入18.9万元，净收入17.8万元。

据此推算，机组改型后由原来水头41m下降为35.5m，可下降水头5.5m，较原来超发电量12.6%-14.8%。平水年效益提高18-27％，丰水年效益提高25.2-31%，枯水年效益提高28%。以上分析，经济效益十分可观。

枯水年350万度×28%×0.18元=17.6万元平水年450万度×18%×0.18元=14.6万元丰水年550万度×25.2%×0.18元=24.9万元以静态总投资20.06万元及以上不同水文年份下的发电总收入计算，枯水年、平水年、丰水年的静态投资回收期分别为1.1年、1.4年0.8年。六、实施期限及步骤

该项目计划实施期为2年，从201*年1月开始实施，201*年6-11月份签订加工合同，并完成部件加工任务，201*年3月底全面完成设备安装及调试任务，201*年5-10月开展运行观测，201*年11-12月总结验收、项目鉴定。附件：

1、HLD41-WJ-53转轮性能

2、顶盖、底环、接管、转轮图纸各1分

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