引 言

在當前的反擊式水輪發電機組中， 貫流式水輪發電機組較為常見，并且被廣泛應用于低水頭大流量水電站。 而在貫流式水輪發電機中，有一種將機組發電機組安裝在密封的、外形酷似燈泡的殼體中，將水輪機安裝于燈泡插口處，這種機組被稱為燈泡貫流式機組， 其所適用的水頭范圍較廣， 工作效率高，因而倍受青睞。

1 燈泡貫流式水電機組概述

貫流式水輪發電機組的特點，主要在于其引水部件、轉輪以及排水部件等， 都需要布置于同一條軸線上， 水流平直通過，是一種適用于開發利用低水頭、大流量水力資源的良好機型。 而貫流式機組又包括了各種不同的機型，其中以燈泡貫流式機組最為廣泛使用，具有較強的適應性。

燈泡貫流式機組所采用的是水平布置（見圖 1），其水輪機并沒有蝸殼，土建過程中的開挖量也相對較小。 而發電機裝置則是設置于燈泡形殼體內，安置在水輪機流道中。 機組中采用直錐擴散形的尾水管，因此流道短且平直、對稱，具有良好的水流特性，此外還具備轉輪效率較高、過流量大、建設周期短、總體投資省等優勢。 但是該機組也存在一定的缺點，比如單位電量耗水量大、油系統復雜、安裝及大修難度大等。

2 燈泡貫流式水電機組的發展

燈泡貫流式機組出現于 1936 年，因為具有較高的工作效率，且過流量大、建設周期短、投資少，所以倍受青睞。 我國的燈泡貫流式機組起步較晚，但是通過積極引進、消化并吸收國外先進技術，尤其是在近十年以來，通過中外合資的方式，為燈泡貫流式機組的開發與研究提供了重要支持。

在這種情況下，經過多年的研究與發展，國內的相關廠家已經在該水電機組的燈泡機組設計與制造方面， 大大提高了能力和水平。 有些大型燈泡機組通常由國內的廠家來實行設計與制造，其中只有轉輪、葉片此類個別的部件需要通過國外引進， 自己生產不僅能夠提高國內的燈泡機組制造水準與質量，還可以減低資金，避免不必要的支出，并縮短建設工期，因此，這種機組采購模式非常值得推廣。

目前，我國先后投產了一批 30MW 燈泡機組，此外，湖南的洪江水電站、 青海尼那水電站于 2003 年， 分別投產了45MW 和 40MW 的燈泡機組， 這都是我國燈泡機組設計制造能力提升至國際水平的標志， 具備自行設計制造大型燈泡機組的能力。位于廣西梧州長洲的水電站，投產安裝了 42MW 燈泡機組 15 臺，該水電站的機組工程建設，是目前世界上裝機容量最大的， 所用機組分別由國內的 4 個廠家聯合生產。 于2005 年開始建設投產的廣西橋鞏水電站 ,則設計安裝了 8 臺燈大型泡機組，這些機組的單機容量達到 57MW,該機組在單機容量方面，位列世界第二。

近幾年我國大型燈泡機組建設工程， 大多采用國際合作生產模式，即機組轉輪、葉片使用國外引進，其余部件從國內廠家采購。 有的機組建設項目受到工期的限制，會將主軸、導水機構、輪轂等分包至國外廠家，從而保證工程的交貨工期，同時增加機組單價。 而國際合作的生產模式也為國內相關技術的發展與研究帶來了便利。

3 燈泡貫流式機組的技術特點

3.1機組的整體布置

在燈泡貫流機組中， 水輪機通常與發電機使用同一根主軸，以水平的狀態來布置，其中轉動的部分，則采用兩個支點的雙懸臂結構，然后在一端設置發電機的導軸承。 為了避免轉子和主軸連接后， 可能產生的撓度問題， 可實施以下兩種對策：①根據實際測得的變形量，在導軸的承支架與瓦支架之間加墊，使推力軸承能夠良好接觸；②將連接定子和管型座的法蘭面改造為斜面。

在該機組中，起到重要支撐作用的就是管形座，前端的燈泡頭設置，需要依靠來自水平和垂直方向上的輔助支撐。 由于燈泡體的結構是薄殼，需要嚴格測量其應力應變、模態和固有頻率， 為保持燈泡體處于靜、 動不同狀態下的穩定性提供依據，從而避免其遭受有害振動的影響，帶來安全運行隱患。

通過對管形座的不斷研究， 如今的管形座結構已經大大改變，其設計由繁到簡，制作過程所需要的鋼材使用量也減少了，現在的管形座、尾水管的里村中所埋設的部件，已經改為使用錨筋，能夠更好地將埋入部件與混凝土牢固結合。 此外，為了達到安裝和檢修要求，還可以在其上游側，加設發電機豎井，而在下游側設水輪機豎井，中部豎井只需要通過管形座上的立柱，就可以順利抵達主軸。

3.2水輪機的技術特點

3.2.1 轉輪葉片加工轉輪葉片時， 首先需要重視的是需要在外緣側預留一定的凸臺，這么做的作用在于以下方面：①降低轉輪室的容積損失，以及槳葉和轉輪室之間的流量損失；②改善轉輪葉片的背面空蝕問題；③提高葉片端部強度。

由于轉輪葉片通常都需要密封， 建議采用多層 V 形橡膠密封圈來密封，這樣能夠不拆卸葉片，直接進行密封的更換。

3.2.2 錐形導水機構錐形導水機構的設計與制造技術通常具有較高要求，是燈泡貫流式機組設計制造的重要環節，其基本特點是：①該環節的內外導水環、導葉、控制環等，所采用的結構件的制作通常便于控制，外觀好看，且工期較短；②設計導葉密合面時，其立面通常會采用剛性密封，并在密合面上加鋪不銹鋼；③采用偏心銷對導葉立面間隙進行調整； ④使用方鍵聯接導葉與導葉臂；⑤通常采用彎曲連桿的方式來保護導葉；⑥使用數控立車來對內外導水環進行加工；⑦設計導水機構時，應當整體吊裝的方式為優先。

3.2.3 燈泡體的支承結構燈泡體支承的方式和結構往往有多種， 目前大多都采用上下兩瓣的固定導葉支承方式，如圖 2 所示。 該支承方式是利用水推力與發電機轉矩， 分別由上下方的兩個固定導葉進行支承，運用防振支撐與外殼支架作為輔助，從而增加燈泡體的固有頻率。

3.2.4 燈泡體結構燈泡體屬于大型柔性結構，由于燈泡體通常設置于水中，所以其結構設計中的關鍵在于燈泡體的密封。 可以在燈泡體與外部水體相接觸的法蘭部位，使用雙重填料來密封，以防漏水，這種雙重填密結構，及其適用的位置如圖 3~4 所示。 另外，還可以在雙重填料間，設置能夠進行漏水檢測的槽。 需要注意的是，在組合、安裝過程中，需要適當施加水壓，以此檢查填料的密封性；如果在運轉的過程中發生漏水問題，可以及時封入特殊填料，確保密封性。

3.3燈泡式水輪發電機

3.3.1 定 子因為發電機內部不需要設置火災報警器或自動噴水裝置，大大簡化了其構造，所以釘子線圈應當采用具有阻燃性的材料，例如聚酰胺薄板、加強型玻璃纖維樹脂板、石墨環氧樹脂和環氧樹脂云母薄板等，這些材料的阻燃性、自熄性以及不易燃性都相對較好。 即使實在線棒下線時，如果是使用石墨作為襯槽的話，就可以起到非常好的阻燃效果。

3.3.2 主軸與軸承主軸一般由 2 根軸構成， 而水輪機法蘭與發電機軸之間的連接，則需要采用專用的工具，是用 3 個螺栓當做聯合支承點，來安裝連接。 主軸則分別由發電機導軸承和水輪機導軸承來進行支承，必要情況下，可以同床加工推力頭和主軸熱套，以確保鏡面和主軸的中心線能夠始終保持垂直。

3.3.3 導軸承和正反向推力軸承在一些大型燈泡貫流式機組中， 軸系的支承方式往往采用的是二導、三導兩種，并且以二導支承雙臂結構較為常見，該支承方式即是由正反向的推力軸承、導軸承共同組成，其特點包括以下幾點：①導軸承是筒式瓦的結構模式，用扇形板來支撐；②正向推力軸承的支撐，則使用的是彈性圓盤，反向推力軸承采用的是整圓瓦剛性支撐，或橡膠墊支撐；③推力鏡板運用分兩瓣的結構支撐，注意選材時應綜合考慮材料的表面硬度和可焊性；④將高壓油的頂起油室進行改造，變成矩形的結構，并適當地降低對油質的要求；⑤由于在設計中考慮了主軸撓度因素，對軸承可能產生的影響，因而設計得更加易于安裝；⑥充分研究了控制軸承潤滑油和高壓油頂起的方法。

3.3.4 主軸的密封一般來說，可以將主軸的密封分為檢修密封、工作密封兩個部分：①檢修密封是一種較為常見的空氣圍帶結構，安裝在主軸法蘭的外緣上，由三個部分組成，即密封殼體、密封支架和檢修密封。 注意檢修密封應當在中泄水錐之前進行安裝；②工作密封，由不銹鋼滑環、滑環支架、密封環、密封環支架以及密封外殼構成， 不銹鋼滑環與密封環之間， 會形成止水磨擦面，然后由燈泡頭取水，供其潤滑冷卻。

4 結 語

燈泡貫流式機組因為其自身具有的結構緊湊、 占據空間小等優勢，在近年來的低水頭電站建設工程中，逐漸取代了傳統的軸流轉槳式機組， 開始為我國的水電事業發展提供了新技術和新的發展可能性。

參考文獻

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