一种水电站轴流定桨式机组改造成轴流转桨式机组的方法

1.本发明涉及水力发电技术领域，特别涉及一种水电站轴流定桨式机组改造成轴流转桨式机组的方法。


背景技术：

2.轴流转桨式机组具有效率高，适用水头流量变化较大的水电站，是轴流式机组中较先进的一种机型。但这种机型结构复杂，检修困难，极易发生转轮体部分漏油污染河道，造价较高。一般低水头水电站由于技术经济原因不敢选择这种机型，而多牺牲效率和运行灵活性而选择造价低，结构简单运行维护较为简单的轴流定桨式机组；而少数容量较大的水电站采用轴流转桨式机组后由于调桨回路经常发生漏油且检修困难，多对浆叶回路漏油问题束手无策。严重的每月都向调桨回路加2到3大桶油，其油污染环境达到非常严重程度。本发明采用相应技术措施实现轴流转桨式机组中轮毂无油化；将最复杂的转轮调桨部分进行改进从而大大简化调桨部分技术复杂程度；提高了该部分设备的机械效率，大大减小运行维护难度；可做到转轮体内部基本不维修，大大减小运行维护工程，工程造价大幅降低；彻底消除转轮调桨部分漏油污染河道问题，有重大环保效效益。由于有了这些巨大的技术经济优势将其用于改造早期建设的轴流转桨式机组调桨回路改造，使其漏油污染环境问题得到彻底解决；大大减少轴流转桨式机组检修难度，缩短检修工期，减小停机停电损失；减轻检修劳动强度。同时改造后的轴流转桨式机组的巨大优势使得早期较大容量轴流定桨式机组可该造成轴流转桨式机组，可让这些老式低效率机组适应该电站河段水头流量大幅变化，可灵活适时调节使其机组在不同水头流量状态下一直运行在高效率点，使得机组平均效率大大增高，机组振动摆渡减小，平均出力增大，发电量增大，可较大幅度提高经济效益。随着科技的进步时代的发展淘汰落后的产能设备，对原有设备进行技术改造，挖掘潜力进一步提高原有设备的运行性能，消除隐患提高效率达到提高经济性的目的这是新形势下水电行业对原有老旧设备改造的基本出发点。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种水电站轴流定桨式机组改造成轴流转桨式机组的方法，以解决背景技术中所提出的技术问题。
4.为了达到上述目的，本发明提供一种水电站轴流定桨式机组改造成轴流转桨式机组的方法，其采用的技术方案如下：
5.一种水电站轴流定桨式机组改造成轴流转桨式机组的方法，包括：
6.轴流定桨式机组改成轴流转桨式机组转轮室改造：将轴流定桨式机组转轮室断面改造为球形；
7.在轮室改造完成后，在转轮加工中留有余量，待转轮室安装完成后，以原机组同心、同轴线转轮室内径为基准，并以车削转轮外径来保证轴流定桨式机组转轮与转轮室的间隙配合精度；
8.轴流定桨式机组改成轴流转桨式机组的改造，包括发电机的改造、水轮机的改造、发电机与水轮机主轴的改造；
9.轮毂无油化。
10.进一步地，所述将轴流定桨式机组转轮室断面改造为球形，具体包括：
11.在转轮室改造球状转轮室的原钢衬处定位划线，确定拆除原转轮室钢衬的高度，并割除原转轮室的对应部分钢衬，在保留原钢筋的基础上剔打混凝土，形成一个进行新钢衬安装的工作面；
12.预先加工好将转桨转轮室断面为球状的钢衬作为新钢衬，在所述新钢衬内面焊接多个拉结筋(防止切割后变形)，并将其分割成三块；
13.基于所述工作面，将分割成三块的新钢衬分块吊入转轮室拼焊成一个整体圆环。
14.进一步地，所述基于所述工作面，将分割成三块的新钢衬分块吊入转轮室拼焊成一个整体圆环，具体包括：
15.在钢衬中心点与座环中心点重合的情况下，以机组座环中心为基准校正拼焊好的钢衬中心，点焊固定，打锚杆再加强固定，再在钢衬四周上下左右加密焊点；
16.待钢衬与转轮室和尾水管固定且中心位置重合后对称施焊完成整个转轮室钢衬焊接并保证焊接过程不产生形变及中心点位移；
17.补打加密锚杆，在转轮钢衬处向内钻孔，孔中植入膨胀螺栓并紧固作为钢衬与钢衬后砼补强拉结，膨胀螺栓端部低于钢衬内平面，在膨胀螺栓端部用堆焊法与钢衬密实焊接；
18.在钢衬圆周上部开一圈孔，并保留切割下来的圆形钢材小片；从钢衬上开孔处向在钢衬后补灌高强度混凝土并振捣密实；
19.基于所述圆形钢材小片，利用堆焊法由下至上封闭所开钢衬孔，在孔口上部焊补将要封口处灌入高强度砂浆，或者环氧树脂砼化学堵漏剂，最后封闭灌浆口，打磨转轮室焊疤，打磨内衬及锚杆焊口至平整光滑。
20.进一步地，所述发电机的改造，具体包括：
21.保持发电机定子、转子不变，将定转子绝缘由原b级绝缘更换为f级绝缘。
22.进一步地，所述水轮机的改造，具体包括：
23.保持原水轮机固定埋件部分不变，所述原水轮机固定埋件部分包括水轮机尾水管、补气十字架、底环、座环、支持盖、顶盖、固定导叶以及活动导叶；
24.按照轴流转桨式机组要求定制与所述原水轮机固定埋件部分配合的转轮集成，所述转轮集成包括改造转桨式机组轮毂、转轮叶片、转轮桨叶转动轴、桨叶驱动支架以及桨叶驱动接力器。
25.进一步地，所述发电机与水轮机主轴的改造具体包括：
26.原轴流定桨式水轮发电机组大轴改造成轴流转桨式机组大轴。
27.进一步地，所述原轴流定桨式水轮发电机组大轴改造成轴流转桨式机组大轴，具体包括：
28.对原有大轴端部去掉原焊接封闭部位，改造成空心轴。
29.进一步地，所述轮毂无油化，具体包括：
30.将原布置于转轮上部转轮体内的调桨接力器移出转轮体布置于发电机顶部；
31.保留桨叶调节环不变，将调桨接力器与桨叶调节环之间采用刚性结构的推拉杆连接。
32.本发明的有益效果是：
33.本发明采用相应技术措施将轴流定桨式机组改造成轴流转桨式机组，提高水轮发电机组适应当地河道水头流量大幅度变化的特点，大大提高水轮机效率，从而提高机组出力，增加经济收入。在改造中进行转轮调桨回路革命性改进从而大大简化调桨部分技术复杂程度，大大减小运行维护难度，大大减小运行维护工程量，彻底消除转轮调桨部分漏油污染河道问题，工程造价大幅降低。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
35.图1：常规轴流转桨式水轮发电机组调桨机构示意图；
36.图2：常规轴流转桨式水轮发电机组调桨接力器结构原理安装示意图；
37.图3：轴流定桨改轴流转桨式水轮发电机组改造示意图。
具体实施方式
38.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
39.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
40.涉及水力发电技术领域中老旧效率低下的轴流定桨式机组改造成适应当地河道水头流量大幅变化的水电站改造，及相应引起的机组效率、经济、环保等性能的重大改进。轴流转桨式机组具有效率高，适用水头流量变化较大的水电站，是轴流式机组中最先进的一种机型。但这种轴流转桨式机型结构复杂，检修困难，极易发生转轮体部分漏油污染河道，造价较高；一般低水头水电站早年由于技术经济原因不敢选择这种机型，而多牺牲效率和运行灵活性而选择造价低，结构简单运行维护较为简单的轴流定桨式机组。
41.基于此，本发明实施例提出一种水电站轴流转桨式机组改造成轴流转桨式机组的方法，本发明采用相应技术措施将轴流定桨式机组改造成轴流转桨式机组，提高水轮发电机组适应当地河道水头流量大幅度变化的特点，大大提高水轮机效率，从而提高机组出力，增加经济收入。在改造中进行转轮调桨回路革命性改进从而大大简化调桨部分技术复杂程度，大大减小运行维护难度，大大减小运行维护工程量，彻底消除转轮调桨部分漏油污染河道问题，工程造价大幅降低。
42.具体来说，请结合图1-3，本发明为水电站轴流定桨式机组改造及轴流转桨式机组改轴流转桨式机组的方法。由于技术的原因，水电行业低水头(数米～20水头段)大量采用轴流式机组，又分为轴流转桨式和轴流定桨式机型，近年又有灯泡贯流式。轴流转桨式机组
具有效率高，适用水头流量变化较大的水电站，是轴流式机组中较先进的一种机型。但这种机型结构复杂，检修困难，极易发生转轮体部分漏油污染河道，造价较高；一般低水头水电站由于技术经济原因不敢选择这种机型，而多牺牲效率和运行灵活性而选择造价低，结构简单运行维护较为简单的轴流定桨式机组；随着时间的推移时代的发展对老旧设备进行技术改造，消除隐患，提高效率、提高经济效益成为水电行业近年技术改造的发展方向。本专利就是在新形势下为行业技术改造的急需而推出。
43.水电站轴流定桨式机改造及轴流定桨式机组改轴流转桨式机组，包含改造转桨式机组轮毂、转轮叶片、转轮桨叶转动轴及桨叶驱动支架、桨叶驱动接力器等。即按照轴流转桨式机组转轮重新在水轮发电机制造厂生产转轮。
44.改造原轴流定桨式水轮发电机组大轴该造成轴流转桨式机组大轴，水轮发电机大轴(又称主轴)承担传递扭矩的重要作用，其强度高，材质要求高，一般为锻压空心轴结构，且造价很高。对轴流定桨式机组仅承担传递扭矩作用，故大轴端部往往在锻造加工完成后进行端部焊接封闭成实心状；而转桨式机组大轴除传递扭矩外还要在大轴中心孔内布置调桨接力器高压输油管，故转桨式机组大轴锻造完成后不再焊接封闭直接为中空的结构。在进行轴流定桨式机组改造时应对主轴保留还是改造或者更换应进行研究，如果没有进行大规模扩容，仅仅只进行原容量的轴流定桨改转桨，主轴受力没有大的改变，则可保留原有大轴，保留原有大轴两端的联轴节，卡环及轴上附着物轴领及进油孔等，仅仅对大轴端部车削掉原焊接封闭部位即可。此法保留了原大轴仅作少量简单加工，可节省很大一笔费用。
45.轴流转桨式机组转轮室改造：
46.由于轴流定桨式机组转轮室断面为梯形，轴流转桨式机组转轮室断面形状为近似球型，需将轴流定桨式机组转轮室断面改造为球形，这是对老式轴流定桨式机组进行改造成轴流转桨式机组必须要进且难度较大的一项重要工作。由于转桨式机组运行时桨叶一方面与大轴一起在转轮室平面水平旋转，桨叶又随桨叶轴在大轴径向旋转，故桨叶是以上两种运动的复合运动；要求在这个复合运动过程中的任何位置桨叶端部与转轮室室壁都要保持一个约5mm左右的间距，既不能大又不能小，既不能擦挂，又不能碰撞；间隙太大造成漏水严重影响效率。故这个断面球状的转轮室改造中与主机同心度、圆度、中心高程等均有很高要求，改造过程中要引起高度重视！(见后详述)。
47.轴流转桨式机组转轮安装前的特殊工作：
48.由于转轮室与转轮高精度配合的要求，加之转轮室吊装对中找平等的工艺过程，误差不可避免，为减少工作过程中误差影响，应在转轮加工中适当留有裕量，待转轮室安装完成后仔细检查并根据检查结果对转轮进行最后车削精加工。即用原机组同心、同轴线转轮室内径为基准，以车削转轮外径来精确保证轴流定桨式机组转轮与转轮室的间隙配合精度。(见后详述)。
49.按前述轮毂无油化技术实施后改进后机组顶部取消了旋转授油器，转轮体内驱动的桨叶接力器不再使用液压驱动，也就没有了开启、关闭、回油的驱动调桨接力器的高压液压管路及相应密封装置，也就没有了高压油。改造后使得转轮体内复杂的驱动桨叶部分的更换密封费时费事的工作不需再进行(以前这个压力管通道与桨叶接力器连接密封橡胶件需经常因转动磨损或者老化而更换；这部分东西装在转轮体内，转轮体又装在水轮发电机轴下部，要进行这种经常的维护操作需要把水轮发电机组全部拆开解体，发电机全部拆除
吊出机坑，旋转授油管全部拆除吊出机坑，水轮机轴拆除并吊出机坑方能进行维护更换桨叶接力器油路密封的操作；密封更换后又要将拆除的设备一一高精度回装，重新盘车、检测试验。每次更换调桨回路密封就是一个扩大性大修，耗费一个多月时间，停产一个多月发电损失巨大，检修人员非常辛苦)。这是本发明对采用此种机型的水电站巨大的技术优势，经济优势。
50.改造后转轮体内没有了高压油，没有了油管及密封自然就彻底消除了转桨式机组调桨回路漏油的问题。对河道下游有城市供水要求的电站有特别重要的环保效果。这是采用此种机型的水电站采用本发明后巨大的环保优势。
51.本发明中桨叶驱动接力器及授油系统改造对现有轴流转桨式机组桨叶接力器系统改造和轴流定桨改轴流转桨式机组可同时适用。
52.应用实例：
53.四川省东风渠管理处郫县张家桥电站轴流定桨改轴流转桨技术改造
54.1、工程概况：
55.东风渠管理处张家桥电站位于郫县安靖乡喜安、方碑村境内，距东风渠总干渠进水口约1.0km。电站于1995建成投产，设计装机容量2
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1500kw，原额定水头5.5m，设计引用流量单机32.5m3/s，采用立式轴流定桨式机组。电站通过1回10kv线路在在新都区大丰变电站上网。
56.张家桥电站工程由于电站迄今已运行了21年，电站设备落后、陈旧老化，使得电站运行存在诸多安全隐患，机组出力严重不足，急需技改。技改中我们采用不改变电站水工建筑结构，不增加前池水位，不改变机组流道的办法，改造水轮机为轴流转桨式转轮，提高机组出力的办法，取得较大成功。
57.2、改造过程
58.2.1分析电站出力严重不足的原因
59.深入现场，尽可能多的收集第一手资料，仔细观察，仔细分析。与一般电站不同，这个电站既是一个发电站同时又是一个枢纽水管站。我们从调水记录找到了从现在倒推连续10年的逐日来水量，逐日发电量，经对比分析发现机组出力严重不足。也就是这个电站在水工建筑一定，水头一定情况下流过了这么多体量的水，机组发电量确少了约50％。
60.沿着这一思路我们继续探寻是否水漏掉了？这个电站从进水闸到压力前池距离仅约500m，未见渠堤两侧背坡有渗水漏水痕迹，水漏掉50％的可能性是很小的。渠道末端连接压力前池，渠道中心线与前池中心线交角很小，转角较圆滑，水力损失也不会很大。
61.2.2原机组存在的问题
62.通过仔细询问几届电站站长，得知这个电站机组运行有个奇怪的现象，就是每年枯水期河道来水流量较小时运行困难，当河道来水量小到20m3/s以下时机组出力很小，仅能带十几kw负荷，而且小负荷时机组还振动的相当厉害。灌区管理部门规定，都江堰渠系所有电站枯水期不能堵水发电。像张家桥电站这样的东风渠总干渠渠首电站当然要带头执行电调服从水调的规定，既然来水流量太小不能稳定运行，就干脆将前池泄水闸打开，机组也不发电，水直接从前次泄放至下游尾水渠道，保证下游不断流。初听起来电调服从水调好像也正确，不发电直接泄水好像也没有错。仔细算起来问题就大了，原张家桥电站两台单机1500kw机组,均为轴流定桨式机组zd560a-lh-275,单机额定流量32.5m3/s。一般轴流定桨
式机组在来水量低于50％额定流量时运行可能不稳定；而20个流量是大于这台机组50％额定流量16.25m3/s的,即使是运行不稳定也可以带700kw左右负荷，不至于仅能带十几个千瓦的负荷！这样这个电站机组出力不足的问题谁也未能解决，就长期拖了下来，电站就这样一直运行了二十多年。其实主要原因就是本电站来水水量和水头都随灌区来水和下游用水量变化经常变化，原选用的轴流定桨式转轮桨叶角度为固定值，不能随来水水量水头变化而调节，定桨式转轮叶片下沿伸出转轮室，反击式机组失去转轮室约束不能形成反作用力做功，水直接漏至尾水至效率低下，出力严重不足！
63.2.3改造要求
64.因都江堰灌区的扩大，灌区管理部门进行了精准配水，也就是总干渠流量(就是通过本电站流量)的大小变化更加频繁，小流量(15～20m3/s)调控时间要占到每年5个月以上。而增容后本电站单机额定流量为35m3/s，也就是要求机组过流从15～35m3/变化不再停机堵水发电，水头从4～5.5m变化都要求能平稳高效运行，显然要满足这样的要求只有采用轴流转桨式机组才能满足要求。如果是新建电站直接选用轴流转桨式机组就可以了。问题是本电站现在是技改，是在原来电站已经建成，水工建筑、上下游水位均已经固化的情况下完全新建目前是不可能的，只能采用改造的办法！水轮机的转轮和转轮室是水轮机的心脏，在心脏动手术必须非常谨慎。为减小风险我们采用了摸着石头过河的稳妥办法，决定1#机组采用轴流定桨式机型，2#机组采用轴流转桨式机型。另外在枯水期只需一台机能够长期稳定运行就可以了，没有必要两台都搞成轴流转桨多花钱。重新选定机型：1#机zd660-lh-275(轴流定桨),2#机zd660-lh-275(轴流转桨)
65.2.4轴流定桨式机组改成轴流转桨式机组转轮室改造
66.由于轴流定桨式机组转轮室断面为梯形，轴流转桨式机组转轮室断面形状为球型，需将轴流定桨式机组转轮室断面改造为球形，这是对老式轴流定桨式机组进行改造成轴流转桨式机组必须要进且难度较大的一项工作。
67.具体的办法是：先在转轮室下部准备改造球状转轮室的地方原钢衬处精确定位划线，确定拆除原转轮室钢衬的高度，再割除原转轮室的这部分钢衬，剔打掉15cm深左右混凝土(剔打混凝土时需保留原钢筋)，形成一个进行新钢衬安装的工作面。新钢衬安装施工前厂家在工厂内将转桨转轮室断面为球状的钢衬在数控车床上加工好(因整体加工好的转轮室内衬在新建电厂时可以在发电厂水机转轮室浇筑砼时整体吊装，而机组改造时厂房上部结构，发电机层、水轮机层早就已经建成，整体的转轮室不可能通过发电机机墩的小孔口吊入转轮室。只能将断面呈球状转轮室里衬先利用数控车床精确加工好才能保证精度)，再在内衬内面焊接好多根拉结筋，再将加工好的内衬精割成三块，切割处仔细做好记号方便回装拼接；钢衬内衬里焊多根拉结目的为保证运输、安装、拼接时不变形。分割成3快的原因是只能分块才能通过发电机机墩的小孔口吊入转轮室位置；不得已了只能在3个分块都吊入转轮室位置后才能在下面进行3快拼装成一个完整的转轮室。注意分成3块的内衬运到现场在原转轮室钢衬拆除混凝土剔打完成后分块吊入转轮室拼焊成一个整体圆环，要求上下垂直度，圆度，平整度均达到要求；再以机组座环中心为基准校正拼焊好的钢衬中心，点焊固定，打锚杆再加强固定，再在钢衬四周上下左右加密焊点，这个过程中随时检查校准钢衬中心点与座环中心点重合；待钢衬与转轮室和尾水管基本固定好且中心位置重合后严格对称施焊完成整个转轮室钢衬焊接保证焊接过程不产生形变及中心点位移。再补打加密锚杆；
在转轮钢衬呈梅花状用φ20～25钻头向内钻孔，孔深约30cm；孔中植入膨胀螺栓并紧固作为钢衬与钢衬后砼补强拉结，膨胀螺栓端部应略低于钢衬内平面，在膨胀螺栓端部用堆焊法与钢衬密实焊接；再在钢衬圆周上部用约10cm开孔器开一圈孔(要注意保留开孔器切割下来的圆形钢材小片)，孔距约30cm；从钢衬上开孔处向在钢衬后补灌高强度混凝土并振捣密实；用前切割下来的圆形钢片用堆焊法由下至上封闭所开钢衬孔，在孔口上部焊补将要封口处灌入高强度砂浆，或者环氧树脂砼化学堵漏剂，最后封闭灌浆口，仔细打磨转轮室焊疤，打磨内衬及锚杆焊口至平整光滑。拆除尾水管内脚手架，准备回装机组。
68.2.5轴流转桨式机组转轮安装前的特殊工作
69.改造的轴流转桨式机组转轮不能像新机组生产那样出厂前把一切都加工完成，必须在制作转轮叶片时外径方向应留下足够的加工裕量。新转轮室安装完成后再仔细检查圆度、中心、高程并与发电机各安装高程、中心等配合检查。尽管转轮室钢衬施工前就已经在工厂中整体加工完成，但由于钢衬整体吊装不能吊入机墩孔口，只能将其分割成3快，分别吊入并在下面拼接成一个整体；这个分割又拼接组合的过程必然造成圆度、直径、轴线方面偏差，影响转轮与转轮室配合精度。所以转轮不能一次加工到位，要保证转轮室安装后的尺寸与转轮尺寸配合，只能最后用转轮尺寸去将就转轮室尺寸，所以第一次厂内加工转轮室要留有最后加工的车削裕量。转轮室安装检验完成后将最后检查结果返回到生产厂，生产厂据上述数据最后根据现场转轮室实际尺寸对转轮进行最后精加工，精准配合后再车削最后一刀，以保证新转轮室与转轮周边严格配合。最后转轮运到现场实施安装。这个小经验要特别注意！
70.2.6轴流定桨式机组改成轴流转桨式机组的改造方法
71.2.6.1发电机部分的改造
72.保持发电机定子、转子不变，仅作一般性维护，必要时定转子绝缘由原b级绝缘更换为f级绝缘；原b级绝缘的耐受温度为105oc,而f级绝缘的耐受温度为155oc.一方面多年使用的发电机组定转子绝缘已经逐步老化,按规定使用超过15～20年的机组本来就应该定期更换绝缘,二来近年随着发电机绝缘技术的提高,f级绝缘耐受温度提高,使得改造后的机组由于效率的提高和机组对水头流量的优化配合一般改造后机组出力会增大7％～10％,如果配合转轮选型的优化和电站水头,流道清理的优化,机组出力可能达到增加15％以上的效果；用提高绝缘即提高绝缘的耐受温度的办法,即使发电机的出力增加了15～20,运行中发电机电流随出力增加而增加，发电机温度比原来要增高，但温度增高后还处于f级绝缘的容许范围内。此外f级绝缘其绝缘性能优于原绝缘，其绝缘材料厚度比原绝缘薄很多、转子导体加上绝缘层在原线槽内有较多空间，利用此空间可以同时在更换绝缘时同时适当增加导体截面，以实现定转子线槽内达到刚好满槽，以增加线圈在线槽内紧固性，提高机械稳定性；同时增大定、转子过流能力，即增大了发电机的容量。在配合定转子更换绝缘时还配合修复定转子线槽、铁芯，紧固定转子铁芯压紧螺栓，清理定转子通风通道；还可加固补强原机组机座。综合采用上述措施后，一般投运后机组出力可能增加15％～20％，运行温度还可能比原来降低数度；机组运行后振动、摆度、温度、噪声都会比原来好很多。
73.2.6.2水轮机部分的改造
74.保持原水轮机固定埋件部分不变(除转轮室外)，即水轮机尾水管、补气十字架、底环、座环、支持盖、顶盖、固定导叶、活动导叶等均不改动；按照轴流转桨式机组要求重新在
专业工厂定制与上述水轮机固定部分配合的转轮集成含包含改造转桨式机组轮毂、转轮叶片、转轮桨叶转动轴及桨叶驱动支架、桨叶驱动接力器等。即按照轴流转桨式机组转轮重新在水轮发电机制造厂生产转轮。
75.2.6.3发电机、水轮机主轴部分的改造
76.改造原轴流定桨式水轮发电机组大轴该造成轴流转桨式机组大轴，水轮发电机大轴(又称主轴)承担传递扭矩的重要作用，其强度高，材质要求高，一般为锻压空心轴结构，且造价很高。对轴流定桨式机组仅承担传递扭矩作用，故大轴端部往往在锻造加工完成后进行局部焊接封闭成实心状；而转桨式机组大轴除传递扭矩外还要在大轴中心孔内布置调桨接力器高压输油管，故转桨式机组大轴锻造完成后不再焊接封闭直接为中空的结构。在进行轴流定桨式机组改造时应对主轴保留还是改造或者更换应进行研究，如果没有进行大规模扩容，仅仅只进行原容量的轴流定桨改转桨，主轴受力没有大的改变，则可保留原有大轴，保留原有大轴两端的联轴节，卡环及轴上附着物轴领。轴领上进油孔等，仅仅对大轴端部去掉原焊接封闭部位，改造成空心轴即可。此法保留了原大洲仅作少量简单加工，可节省很大一笔费用。
77.2.7轮毂无油化技术的采用
78.2.7.1原轴流转桨式机组存在的问题
79.轴流转桨式机组比轴流定桨式机组多了一套桨叶调整机构，目前所有的转桨式机组桨叶调整部分都是把桨叶接力器布置在转轮体内转轮上部，通过2根连接的两层输油管三个通道(第一根授油管内空、第一与第二根授油管之间，第二根授油管外与主轴内壁形成三个油流通道)从发电机轴顶部穿出，再接旋转授油器。转桨式机组有四个桨叶，就有4根桨叶轴，通过桨叶驱动调节环驱动；桨叶驱动接力器和三层输油管路、桨叶驱动环这些东西全部装在空心的转轮体轮毂中；元件很多，结构非常复杂；不论是制造，安装、检修都非常困难。这种结构还有一个重大的难题就是转轮体密封、各连接轴密封、连接输油管密封都经常发生漏油。这些油经转轮体漏出到尾水河段，对下游河水造成严重的油污染。
80.2.7.2原轴流转桨式机组主要优点
81.轴流转桨式机组调桨回路有这么多困难的问题，但这种机组效率高，适应水头、流量变化大故得到广泛的运用。可以说从这种机型诞生以来至今都是这样一种结构。人们已经接受这种机型的优势，同时也接受了这种机型制造，安装、检修、维护以及漏油严重的各种困难和复杂性。
82.2.7.3采用轴流转桨式机组轮毂无油化技术
83.如何打破传统思维简化机组的结构，减小机组的复杂程度，减小漏油对环境的污染？具体的办法是将原布置于转轮上部转轮体内的调桨接力器移出转轮体布置于发电机顶部，也就是最早的机组布置励磁机的位置；保留桨叶调节环不变，将调桨接力器与桨叶调节环之间采用刚性简单结构的推拉杆连接。也就是还是采用调桨接力器直接驱动桨叶调节环。调桨接力器移出转轮体，并采用推拉杆连接转轮体中桨叶调节环。用这种改造方法后，水轮机大轴、发电机大轴中也就不需要那根两层管3个油路的输油管，大轴和轮毂中就不再有油，就不再进行那么高要求的授油管连接，就不再要求那么严格的密封；轮毂和大轴中没有油就不存在密封和漏油的问题，多年普遍存在漏油污染的问题迎刃而解。
84.经过数年的研究改造，完成了关键设备安装布置于发电机顶端的液压驱动的桨叶
接力器的制造。发电机配套更换定转子线圈，更换绝缘为f级绝缘，水机改造为zz660-lh-275机型，增加调桨调速器并配套装于发电机顶部的调桨接力器,桨叶调速器和导叶调速器协联动作，分段关闭；转轮室进行相应梯形断面改球形断面改造；安装、调试、终于完成了这台轴流定桨改轴流转桨式机组的改造工作。试机结果，单机低负荷可从小流量时500kw稳定运行，大流量单机最高负荷可带到1750kw稳定运行。，经现场对比运行可看到，同一电站两台同容量，同转轮直径，一台机组为轴流定桨式，一台机组为轴流转桨式，在前池、尾水同样水位情况下，同导叶开度时分别对比了小开度，中开度、大开度时轴流转桨式机组出力分别比轴流定桨式机组大80～200kw；当两台机组出力相同的情况下，轴流转桨式机组导叶开度比轴流定桨式小5％～8％,说明同出力情况下轴流转桨示机组少消耗水；改造后年发电能力由原来900万kwh～1000万kwh提高到1500万kwh～1600万kwh，效果非常显著。而且机组运行中振动、摆度、温升、都大大优于原机组。本技改工程从2012年开始进行准备，历经方案提出、方案审定、国家批准、招投标、施工准备、开工建设、试运行、投入正式运行、完工验收、国家正式竣工验收等十个阶段，经三年正式运行去年年底前完成完成正式增效扩容正式竣工验收。说明轴流定桨式机组改造成轴流转桨式机组机组运行效果、经济效果都是非常好的！
85.以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

技术特征：
1.一种水电站轴流定桨式机组改造成轴流转桨式机组的方法，其特征在于，包括：轴流定桨式机组改成轴流转桨式机组转轮室改造：将轴流定桨式机组转轮室断面改造为近似球形；在轮室改造完成后，在转轮加工中留有余量，待转轮室安装完成后，以原机组同心、同轴线转轮室内径为基准，并以车削转轮外径来保证轴流定桨式机组转轮与转轮室的间隙配合精度；轴定桨式机组改成轴流转桨式机组的改造，包括发电机的改造、水轮机的改造、发电机与水轮机主轴的改造；轮毂无油化。2.如权利要求1所述的水电站轴流定桨式机组改造成轴流转桨式机组的方法，其特征在于，所述将轴流定桨式机组转轮室断面改造为近似球形，具体包括：在转轮室改造球状转轮室的原钢衬处定位划线，确定拆除原转轮室钢衬的高度，并割除原转轮室的对应部分钢衬，在保留原钢筋的基础上剔打混凝土，形成一个进行新钢衬安装的工作面；预先加工好将转桨转轮室断面为球状的钢衬作为新钢衬，在所述新钢衬内面焊接多个拉结筋，并将其分割成三块；基于所述工作面，将分割成三块的新钢衬分块吊入转轮室拼焊成一个整体圆环。3.如权利要求2所述的水电站轴流定桨式机组改造成轴流转桨式机组的方法，其特征在于，所述基于所述工作面，将分割成三块的新钢衬分块吊入转轮室拼焊成一个整体圆环，具体包括：在钢衬中心点与座环中心点重合的情况下，以机组座环中心为基准校正拼焊好的钢衬中心，点焊固定，打锚杆再加强固定，再在钢衬四周上下左右加密焊点；待钢衬与转轮室和尾水管固定且中心位置重合后对称施焊完成整个转轮室钢衬焊接并保证焊接过程不产生形变及中心点位移；补打加密锚杆，在转轮钢衬处向内钻孔，孔中植入膨胀螺栓并紧固作为钢衬与钢衬后砼补强拉结，膨胀螺栓端部低于钢衬内平面，在膨胀螺栓端部用堆焊法与钢衬密实焊接；在钢衬圆周上部开一圈孔，并保留切割下来的圆形钢材小片；从钢衬上开孔处向在钢衬后补灌高强度混凝土并振捣密实；基于所述圆形钢材小片，利用堆焊法由下至上封闭所开钢衬孔，在孔口上部焊补将要封口处灌入高强度砂浆，或者环氧树脂砼化学堵漏剂，最后封闭灌浆口，打磨转轮室焊疤，打磨内衬及锚杆焊口至平整光滑。4.如权利要求1所述的水电站轴流定桨式机组改造成轴流转桨式机组的方法，其特征在于，所述发电机的改造，具体包括：保持发电机定子、转子不变，将定转子绝缘由原b级绝缘更换为f级绝缘。5.如权利要求1所述的水电站轴流定桨式机组改造成轴流转桨式机组的方法，其特征在于，所述水轮机的改造，具体包括：保持原水轮机固定埋件部分不变，所述原水轮机固定埋件部分包括水轮机尾水管、补气十字架、底环、座环、支持盖、顶盖、固定导叶以及活动导叶；按照轴流转桨式机组要求定制与所述原水轮机固定埋件部分配合的转轮集成，所述转
轮集成包括改造转桨式机组轮毂、转轮叶片、转轮桨叶转动轴、桨叶驱动支架以及桨叶驱动接力器。6.如权利要求1所述的水电站轴流定桨式机组改造成轴流转桨式机组的方法，其特征在于，所述发电机与水轮机主轴的改造具体包括：原轴流定桨式水轮发电机组大轴改造成轴流转桨式机组大轴。7.如权利要求1所述的水电站轴流定桨式机组改造成轴流转桨式机组的方法，其特征在于，所述原轴流定桨式水轮发电机组大轴改造成轴流转桨式机组大轴，具体包括：对原有大轴端部去掉原焊接封闭部位，改造成空心轴。8.如权利要求1所述的水电站轴流定桨式机组改造成轴流转桨式机组的方法，其特征在于，所述轮毂无油化，具体包括：将原布置于转轮上部转轮体内的调桨接力器移出转轮体布置于发电机顶部；保留桨叶调节环不变，将调桨接力器与桨叶调节环之间采用刚性结构的推拉杆连接。

技术总结
本发明属于水力发电技术领域，具体公开一种水电站轴流定桨式机组改造成轴流转桨式机组的方法，轴流定桨式机组改成轴流转桨式机组转轮室改造：将轴流定桨式机组转轮室断面改造为近似球形；在轮室改造完成后，在转轮加工中留有余量，待转轮室安装完成后，以原机组同心、同轴线转轮室内径为基准，并以车削转轮外径来保证轴流定桨式机组转轮与转轮室的间隙配合精度；轴流定桨式机组改成轴流转桨式机组的改造，包括发电机的改造、水轮机的改造、发电机与水轮机主轴的改造；轮毂无油化。本发明大大减小运行维护难度，大大减小运行维护工程量，彻底消除转轮调桨部分漏油污染河道问题，工程造价大幅降低。价大幅降低。价大幅降低。


技术研发人员：李学明 余米 何飞 余建军 周宏伟
受保护的技术使用者：四川水利职业技术学院
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/8/24