抽水蓄能电站顶盖特点的一些思考

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  • 抽水蓄能机组顶盖不仅要承受机组各种工况的水压力和水压力脉动,还有导叶、水导轴承、主轴密封的支撑部件,它的刚度直接影响机组的运行稳定性。

    水泵水轮机结构及止漏环的布置,顶盖承受水压力的面积要比相应的常规水轮机大,顶盖与座环的连接面又不能做大,所以顶盖向上变形的问题需要特别重视。为保证顶盖具有足够的刚度,一般要加高顶盖的高度和采用足够数量和厚度的支撑肋板,尽量保证导叶端面附近的变形量为最小,使顶盖内缘部分只产生垂直方向的变形,在结构上保证轴承间隙不受影响。

    顶盖的结构比较复杂,其上设有支撑导叶的上轴套和中轴套,在过流面上与导叶端面相对应处铺设有不锈钢抗磨板,抗磨板可焊接也可用螺栓与顶盖把合,在顶盖与转轮止漏环相对应处设有固定止漏环,固定止漏环一般采用螺栓把合在顶盖上,材料选用不锈钢或铜铝合金,材料硬度与转轮止漏环匹配。顶盖内缘设有水导轴承和主轴密封的支撑法兰。此外,为满足水泵水轮机各种工况运行的需要,顶盖设置各种管路。如转轮上腔平衡管、水泵工况充气压水排气管、止漏环冷却水管、主轴密封冷却水管、水导轴承冷却水管以及顶盖过流面各种重要压力点的测量管路等。这些管路的设计与布置要和顶盖的总体结构相协调,而且由于顶盖的运行时振动较大,管路的固定和连接都要特别考虑。

    顶盖普遍采用钢板焊接结构,材料一般采用Q345B,顶盖的所有重要焊缝都应进行无损探伤检查。为避免应力集中,焊缝表面应打磨光滑,且有过渡圆角。顶盖与座环间采用螺栓把合,顶盖与座环的连接方式决定顶盖外缘的应力状况,所连接螺栓的预紧力一般要达到顶盖上推力的2倍左右,以防止运行时水压波动而造成螺栓疲劳破坏。为达到此预紧力,螺栓需要有一定的长度,常用的一种结构是在顶盖外缘上形成两层法兰,在其间设加肋板或箱形的支撑,但受力后法兰会出现较高的应力集中。较好的做法是仍采用较厚的单层法兰,而在其上加较大的立筋,所用的螺栓按高应力构件标准设计,螺栓末端要有很好的过渡段,以避免应力集中。

    瓣顶盖各连接面上的螺栓要承受很大的环向拉力,如连接面有局部拉开的趋势则法兰根部将产生很大的应力集中,如在法兰外面加一团小螺栓则应力集中明显减轻。

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