一种大型灯泡贯流式水轮机座环支撑结构

摘要

本发明公开了一种大型灯泡贯流式水轮机座环支撑结构，包括设置在水轮机座环内环上下两侧的座环上支柱和座环下支柱，在所述水轮机座环内环左右两侧对称地设置有水平辅助支撑结构，所述水平辅助支撑结构设置在灯泡贯流式水轮机座环处的流道内，所述水平辅助支撑结构与水轮机机组轴线呈一定角度布置。本发明主要针对现有灯泡贯流式水轮机座环现有支撑结构的缺点与局限性，通过在座环内环上增设水平辅助支撑结构，将传统的上下支柱两点支撑结构优化为四点支撑，显著的增加了座环的整体刚性，同时使水平辅助支撑结构与水轮机机组轴线呈一定角度布置，从而更好的提高了座环的轴向刚性，以保证机组在巨大的水推力作用下不产生较大的变形。

说明书

技术领域

本发明属于水轮机设计技术领域，特别涉及一种大型灯泡贯流式水轮机座环支撑结构。

背景技术

灯泡贯流式水轮机座环是机组的基础受力部件，所述座环包括座环内环1和座环外环2，其中座环内环1承担发电机定子及整个机组轴系的重量和水推力，因此，座环内环1的刚性直接关系机组运行的安全性及稳定性。

如图1所示，传统贯流式水轮机座环内环仅有上、下支柱两点支撑。大型灯泡贯流式机组中随着机组容量及尺寸的增大，机组轴系重量及轴向水推力呈几何级数趋势增长，现有上、下支柱两点支撑的座环支撑方案已不能满足机组的安全稳定运行的需要。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种主要针对大型灯泡贯流式水轮机座环的支撑，确保大型灯泡贯流式水轮机座环的刚度及稳定性，进而确保机组安全稳定运行的大型灯泡贯流式水轮机座环支撑结构。

本发明技术的技术方案是这样实现的：一种大型灯泡贯流式水轮机座环支撑结构，包括设置在水轮机座环内环上下两侧的座环上支柱和座环下支柱，其特征在于：在所述水轮机座环内环左右两侧对称地设置有水平辅助支撑结构，所述水平辅助支撑结构设置在灯泡贯流式水轮机座环处的流道内，所述水平辅助支撑结构与水轮机机组轴线呈一定角度布置。

本发明所述的大型灯泡贯流式水轮机座环支撑结构，其所述灯泡贯流式水轮机座环处的流道为逐渐收缩结构，所述流道的外壁呈锥形且与水轮机机组轴线呈一定夹角，所述水平辅助支撑结构与流道的外壁垂直，且与水轮机机组轴线呈一定角度布置。

本发明所述的大型灯泡贯流式水轮机座环支撑结构，其所述水平辅助支撑结构由水平辅助支撑内侧段和水平辅助支撑外侧段组成，所述水平辅助支撑结构的分节焊缝设置在流道内非应力集中区域，所述水平辅助支撑内侧段和水平辅助支撑外侧段分别与座环内环的分瓣法兰为一体结构，所述水平辅助支撑内侧段和水平辅助支撑外侧段在流道内非应力集中区域组焊在一起。

本发明所述的大型灯泡贯流式水轮机座环支撑结构，其所述水平辅助支撑结构外侧端埋设在混凝土结构中，所述水平辅助支撑结构与混凝土结构中的多重止推筋板连接在一起。

本发明所述的大型灯泡贯流式水轮机座环支撑结构，其所述水平辅助支撑结构截面形状为流线型，所述水平辅助支撑结构靠近上游侧的端面和靠近下游侧的端面均呈弧形结构。

本发明所述的大型灯泡贯流式水轮机座环支撑结构，其所述水平辅助支撑结构两端的弧形为非对称结构，其靠近上游侧端面的弧形结构大于靠近下游侧端面的弧形结构，所述水平辅助支撑结构的中部端面呈水平结构。

本发明主要针对现有灯泡贯流式水轮机座环现有支撑结构的缺点与局限性，设计了一种特别适应于大型灯泡贯流式水轮机座环的支撑结构，通过在座环内环上增设水平辅助支撑结构，将传统的上下支柱两点支撑结构优化为四点支撑，显著的增加了座环的整体刚性，同时使水平辅助支撑结构与水轮机机组轴线呈一定角度布置，从而更好的提高了座环的轴向刚性，以保证机组在巨大的水推力作用下不产生较大的变形。

附图说明

图1和图2是现有用于灯泡贯流式水轮机座环的支撑结构示意图。

图3和图4是本发明的结构示意图。

图5是本发明中水平辅助支撑结构与座环内环连接的局部放大示意图。

图6是本发明中水平辅助支撑结构的截面示意图。

图中标记：1为座环内环，2为座环外环，3为座环上支柱，4为座环下支柱，5为水平辅助支撑结构，5a为水平辅助支撑内侧段，5b为水平辅助支撑外侧段，5c为分节焊缝，6为多重止推筋板。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图3、4和5所示，一种大型灯泡贯流式水轮机座环支撑结构，包括设置在水轮机座环内环1上下两侧的座环上支柱3和座环下支柱4，大型灯泡贯流式水轮机轴向正/反水推力可达近1000t，所以水轮机座环轴向刚度显得尤为重要，故在所述水轮机座环内环1左右两侧对称地增加设置有水平辅助支撑结构5，所述水轮机座环内环上下两侧的座环上支柱和座环下支柱以及左右两侧对称地设置的水平辅助支撑结构在座环内环圆周上均为分布，即座环上、下支柱与水平辅助支撑结构垂直布置，所述水平辅助支撑结构5设置在灯泡贯流式水轮机座环处的流道内，所述灯泡贯流式水轮机座环处的流道为逐渐收缩结构，所述流道的外壁呈锥形且与水轮机机组轴线呈一定夹角，所述水平辅助支撑结构5与流道的外壁垂直，且与水轮机机组轴线呈一定角度布置，即非垂直形式布置。本发明充分利用流道趋势进行水平辅助支撑结构的布置，可以缩短水平辅助支撑在流道内的悬空长度，更主要的，水平辅助支撑与机组轴线呈一定夹角布置可以更好的提高座环的轴向刚性，以保证机组在巨大的水推力作用下不产生较大的变形。

水轮机座环为钢板成型组焊结构，焊接结构的薄弱点在焊缝周围区域，为避免水平辅助支撑结构直接焊接在座环内环上，使结构的薄弱点在应力集中区域内，在本实施例中，所述水平辅助支撑结构5采用由水平辅助支撑内侧段5a和水平辅助支撑外侧段5b组成的设计方式，所述水平辅助支撑结构5的分节焊缝5c设置在流道内非应力集中区域，所述水平辅助支撑内侧段5a和水平辅助支撑外侧段5b分别与座环内环1的分瓣法兰为一体结构，所述水平辅助支撑内侧段5a和水平辅助支撑外侧段5b在流道内非应力集中区域组焊在一起。可见，这样的结构设计方式具有可避免工地内环与水平辅助支撑焊接致使内环变形、流道内开阔区域设置分节焊缝方便焊接施工及焊后热处理等优势。

此外，因座环受力巨大，水平辅助支撑在机组承受轴向正/反水推力时也承受巨大的推/拉力及弯矩，水平辅助支撑所受的力最终会通过其埋设部分传递给混凝土，故本发明中所述水平辅助支撑结构5外侧端埋设在混凝土结构中，所述水平辅助支撑结构5与混凝土结构中的多重止推筋板6连接在一起，通过多重止推筋板的设置，可有效防止混凝土接触面被压溃，造成水平支撑松动，危害机组安全运行。

如图6所示，为尽量减小水平辅助支撑对流道水流的干扰，所述水平辅助支撑结构5截面形状为经CFD分析计算得出的流线型，所述水平辅助支撑结构5靠近上游侧的端面和靠近下游侧的端面均呈弧形结构，所述水平辅助支撑结构5两端的弧形为非对称结构，其靠近上游侧端面的弧形结构大于靠近下游侧端面的弧形结构，所述水平辅助支撑结构5的中部端面呈水平结构。

本发明中大型灯泡贯流式水轮发电机组仅轴系重量可达500t，加上发电机偏心磁拉力，水轮机水推力，固定部件及流道水体重量等，座环受力复杂、巨大且不确定强；座环尺寸大，上下支柱高度可达20余米。在以上两个条件的综合影响下，采用传统结构，仅靠上、下支柱两点支撑已远不能满足机组的安全稳运行定性需要。本发明采用上述增设座环内环的水平辅助支撑结构，有效解决了目前座环刚性的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。