一种水电站无油化转轮

摘要

本发明公开了一种水电站无油化转轮，具有桨叶，包括操作架、与所述操作架一端连接的传动轴、操作架限位滑块，其中操作架限位滑块的数量与所述桨叶的叶片数量相同；所述传动轴依次为转轮、水机轴、电机轴与桨叶接力器组成；各段所述传动轴分别设有径向支承滑块；各段所述传动轴采用带键槽的分半卡环套把合连接，防止传动轴之间发生相对转动。本发明有益效果在于，经过转轮无油化改造后，彻底杜绝因机组转轮漏油而导致的水域污染事件的发生。对社会环境更和谐，绿色安全、节能。

说明书

技术领域

本发明涉及水力发电中关键装置的技术领域，涉及一种水电站无油化转轮。

背景技术

四会市白沙水电站为绥江干流开发规划六个梯级的第五级，位于四会市县城上游5公里的白沙。坝址控制流域面积6456km

经统计，2009年～2019年电站实际多年统计平均发电量为7181万kWh，实际年利用小时4224h。电站尾水为四会市饮用水源取水点，需要保障四会人民的饮水水安全。经过多年运行，由于桨叶密封失效，导致机组漏油严重，调速器油泵启动频繁，损耗大量厂用电，且对饮用水源造成污染，为彻底解决转轮漏油隐患，达到绿色水电要求，必须对机组的转轮进行无油化改造。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种水电站无油化转轮。电站从实用性能和经济性能指标对比后发现，更换常规转轮依然存在传统的受油器因其结构复杂，密封困难，常存在或多或少的漏油、窜油、烧浮动瓦、操作油管断裂等问题，且操作油管中心调整困难，安装和维修难度大，盘车往往要耗费数天时间。转轮体内轮毂油运行时间长，存在桨叶密封磨损后漏油污染环境的隐患。从节能增效、绿色安全的角度，选用高油压调桨式转轮对电站的水轮发电机转轮进行改造。

高油压调桨式转轮的操作油压由原来的2.5MPa提升到16MPa，桨叶接力器从轮毂体内外置于发电机轴端，简化了水轮机转轮结构，可提高转轮的过流能力和能量指标。同时配套使用新型高压高速旋转密封接头装置代替传统的受油器，从而使机组转轮在运行中实现内部无油状态，彻底杜绝因转轮漏油对河流造成环境污染，同时也解决了因转轮漏油造成油压装置油泵频繁启动的问题。另高油压调桨式转轮的接力器和高压高速旋转接头在厂内一体化加工，只需现场首次安装时盘车检查接力器缸与主轴的同心度，同心度合格后钻铰定位销钉；后续检修维护时按销钉定位即可，不需再次盘车。

为了进一步描述本发明的优势，需要指出的是，传统转桨水轮发电机转轮内部的油主要分为：轮毂内供桨叶操作机构各连接销轴铜环处润滑用和保持轮毂内外压力平衡的轮毂油，和操作桨叶接力器动作的液压油两部分。要使转桨机组转轮内无油化，以目标需求为导向，我们可以明确需要解决如下事宜：

1、需要改变桨叶操作机构各连接销轴铜环的润滑方式；

2、需要改变桨叶密封的结构形式防止外部的水进入轮毂内，造成设备锈蚀；

3、需要更改桨叶转动的操作方式，将传统的桨叶接力器内置改为外置，采用传动轴操作桨叶；

4、设计配套的桨叶接力器及其受油器；

5、配套桨叶开度调节油压装置、调节器及开度反馈装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水电站无油化转轮，具有桨叶，包括操作架、与所述操作架一端连接的传动轴、操作架限位滑块，其中操作架限位滑块的数量与所述桨叶的叶片数量相同；所述传动轴依次为转轮、水机轴、电机轴与桨叶接力器组成；各段所述传动轴分别设有径向支承滑块；各段所述传动轴采用带键槽的分半卡环套把合连接，防止传动轴之间发生相对转动。

优选的，所述将桨叶接力器前置于发电机轴端，与所述发电机轴同步旋转；还包括高速高压旋转接头，所述高速高压旋转接头的旋转轴与桨叶接力器缸同车配，桨叶接力器行程反馈杆从旋转轴中心通孔穿出，旋转轴钻有桨叶接力器开关腔油路导通孔，将液压油传输至接力器开关腔内。

优选的，还包括16MPa储能式成套水轮机调速器装置与桨叶开度反馈传感器，以便闭环控制桨叶开度。

优选的，枢轴外止推轴套、枢轴内轴套、转臂轴套、耳柄销轴套、传动轴轴套为石墨基自润滑铜套。

优选的，还包括带恒压弹簧的聚氨酯XV型密封，其中，底层为恒压弹簧与垫环，中部为X型密封，外层设2层V型密封以及压板，防止流道的水进入轮毂内。

本发明的有益效果在于：

1、改造后，原机组的调速器桨叶用油量由原来的2.5m

2、改造前，原机组调速器油压装置油泵约30分钟启动一次，每次运行8分钟；改造后，调速器油压装置油泵约4小时启动一次，每次运行5分钟。机组的多年平均利用小时数为4224小时。机组调速器油泵电机为18.5KW，有每年可节约电量为:18.5×((4224×60÷30×8÷60)-(4224÷4×5÷60))＝19210.4KWh；

3、改用16MPa高压储能式调速器成套装置后，可以取消原有中压气系统，不再需要给调速器油压装置补气，减少了原有的中压气系统例行维护保养工作量；

4、传统受油器约机组运行约8000小时就需要做一次例行检查维护和更换浮动瓦，受油器的维护检修工期需要7-10天，每次维护费用为6-8万元；采用高速高压旋转接头替代传统受油器后，运行时长可延长至15000-20000小时，每次维护只需更换密封件，维护工期1-2天，每次维护费用1-2万元；

5、转轮无油化改造后，彻底杜绝因机组转轮漏油而导致的水域污染事件的发生。对社会环境更和谐，绿色安全、节能。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的传动轴结构示意图；

图3为本发明中桨叶密封结构示意图；

图4为本发明中密封盖的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

如图1所示，本发明为一种水电站无油化转轮，具有桨叶，包括操作架1、与所述操作架1一端连接的传动轴2、操作架限位滑块3，其中操作架限位滑块3的数量与所述桨叶的叶片数量相同；所述传动轴2依次为转轮、水机轴100、电机轴200与桨叶接力器组成；各段所述传动轴2分别设有径向支承滑块；各段所述传动轴2采用带键槽的分半卡环套9把合连接，防止传动轴2之间发生相对转动。

优选的，所述将桨叶接力器前置于发电机轴端，与所述发电机轴同步旋转；还包括高速高压旋转接头，所述高速高压旋转接头的旋转轴与桨叶接力器缸同车配，桨叶接力器行程反馈杆从旋转轴中心通孔穿出，旋转轴钻有桨叶接力器开关腔油路导通孔，将液压油传输至接力器开关腔内。

优选的，还包括16MPa储能式成套水轮机调速器装置与桨叶开度反馈传感器，以便闭环控制桨叶开度。

如图1所示，本发明中的枢轴外止推轴套7、枢轴内轴套8、转臂轴套4、耳柄销轴套6、传动轴轴套5为石墨基自润滑铜套。

如图3所示，还包括带恒压弹簧的聚氨酯XV型密封，其中，底层为恒压弹簧10与垫环11，中部为X型密封12，外层设2层V型密封13以及压板14，防止流道的水进入轮毂内。

实施例

将桨叶操作机构各连接位置销轴的铜套(枢轴外止推轴套、枢轴内轴套、转臂轴套、耳柄销轴套、传动轴轴套)更换为石墨基自润滑铜套；

将原XV型橡胶密封更改为带恒压弹簧的聚氨酯XV型密封，底层为恒压弹簧与垫环，中间为X型密封，外层设2层V型密封以及压板，防止流道的水进入轮毂内；

将原有桨叶接力器活塞和操作油管更改为操作架和传动轴，并增加操作架限位滑块，防止操作架跟随传动轴发生转动而使桨叶转臂憋劲；滑块数量与桨叶叶片数量一致，错开耳柄销布置。传动轴按机组的转轮、水机轴、电机轴、桨叶接力器做分段，由于白沙电站的水机轴与电机轴的内孔不一致，需要分别设置各段传动轴的径向支承滑块，滑块采用石墨基铜合金滑块，用螺栓把合在传动轴上，外径加工尺寸与水机(电机)轴内孔一致，配合公差为f7。各段传动轴采用带键槽的分半卡环套把合连接，防止传动轴之间发生相对转动，卡环套的内孔加工与传动轴轴径一致，配合公差为H8/f7，卡环槽加工配合公差为K7/k6。

将桨叶接力器前置与发电机轴端，跟随发电机轴一起旋转，参考目前国内成套液压油缸在水轮发电机中使用的成熟度，提高桨叶接力操作油压至16MPa，可以较好的缩小桨叶接力器尺寸，方便在灯泡体内的布置，接力器行程与原机组桨叶接力器行程一致。使用在航天工业应用成熟的高速高压旋转接头替代传统水轮机受油器，高速高压旋转接头的旋转轴与桨叶接力器缸同车配，桨叶接力器行程反馈杆从旋转轴中心通孔穿出，旋转轴钻有桨叶接力器开关腔油路导通孔，将液压油传输至接力器开关腔内。

配套目前各调速器厂家均有生产的16MPa储能式成套水轮机调速器装置，以及桨叶开度反馈传感器，以便闭环控制桨叶开度。需要注意的是更换的桨叶调速器需要与原有调速器匹配，可以将原调速器的导、桨叶水头-开度协连曲线导入桨叶调速器，接入导叶开度和水头反馈信号，让桨叶调速器控制桨叶开度自动跟随水头以及导叶开度，也可以由原调速器直接控制桨叶调速器做跟随。如有必要可以配套更换导叶接力器，全部由新的储能式成套水轮机调速器控制导叶、桨叶开度；以减少转桨水轮发电机组调速器系统液压油使用量、以及后续维护工作量。

白沙水电站为双支点单悬臂结构灯泡贯流式水轮发电机组，集电环布置在机组管型座内，与新的桨叶调节机构不干扰，不需要调整。但原有反推轴承密封盖与桨叶调节机构的支撑座安装位置相互干扰，需要另行设计。

如图4所示，原机组镜板与电机轴连接面未设有密封，改造后存在机组推力轴承的润滑油渗漏污染机组的可能，需要在镜板15与电机轴连接的止口处，将镜板15进行45°倒角车削5.1mm，增加一个Φ450×4.0丁晴橡胶密封圈16，防止轴承润滑油渗漏污染机组。

原机组电机轴和水机轴内孔是充满透平油的，改造后需对电机轴和水机轴的内孔涂抹一层全合成复合铝基脂，防止轴孔内部氧化锈蚀。机组转轮无油化改造后，转轮装配时，将轮毂内的裸露金属构件涂抹一层复合钙基脂(或全合成复合铝基脂)，其作用为：防止转轮轮毂内部氧化锈蚀，即使桨叶密封失效，由于其优良的着附能力和良好的抗水性，能有效避免设备锈蚀。

改造后的桨叶调节装置跟随机组主轴一起旋转，且安装在机组灯泡体内，在例行巡视或者调试时，工作人员需从旁边经过，必须设置隔离防护罩，以防工作人员被选装设备绞伤。隔离防护罩最好综合灯泡体内的楼梯、平台等整体布置。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。