采用高油压桨叶调节装置及轮毂无油化水轮机的主要优势

概述  

采用ENT-16H高油压桨叶全自动调节装置，导叶、桨叶调节可统一采用高油压，调节系统体积小、重量轻、用油量少﹑维护成本低，同时简化了转桨式水轮机的桨叶操作系统，取消了浮动瓦操作油管、轮毂润滑油管，仅用一根操作轴代替。从而使机组主轴和轮毂内在运行中实现无油状态，解决因漏油造成的环境污染及油泵频繁启动等问题，节省厂用电。同时，电站无需轮毂油箱和漏油箱、高压气机等，为电站节省了人工费及设备投入和维修费用，带来可观的经济效益，实现水轮机的绿色环保节能。

一、节约用油量

气体状态方程表明，密闭容器内在一定的温度下，压力越高则体积越小。在调节系统计算中，压力和用油体积满足V_air= V_u /｛（P_omin / P_R）^1/1.3－1｝。此处V_air为最小正常操作压力时蓄能器体积；V_u为可用油体积；P_omin为最小正常操作压力；P_R为最低操作压力。依据上述公式，以4MPa额定油压为基础，得蓄能器体积或同等操作功下用油量的比例如表1所示。

表1 蓄能器体积对比表

显然，提高油压可显著减小用油量.

二、缩小用油设备尺寸

由于采用较高的操作油压，用油设备尺寸大幅度减小，以4MPa油压为基准，采用各种操作油压接力器缸径比较见下表2。

表2 接力器缸径比较表

此外，电站相应管路的管径也大为减小。

三、结构简单、工作可靠、维护工作量少

1）接力器从轮毂体内外置于发电机轴端，安装更简单快捷；

2）采用自润滑轴套，取消主轴和轮毂内润滑油系统；

3）采用无瓦结构受油器、杜绝烧瓦现象；

4）取消了受油器座、浮动瓦、操作油管、轮毂润滑油管等，仅用一根操作轴。

四、减少机组辅助设备

1）取消了轮毂油箱、漏油箱，采用自循环油压系统。

2）取消了高压气机。

3）用高压储能罐代替中低压压力油罐，使设备布置更加灵活，节约了大量的管路。

4）设备减少，相应的土建投资减少，使整个厂房更加简约。

五、节约厂用电消耗

由于漏油量减少，所以可以减少电机油泵的启动次数。据统计，使用ENT高油压调桨调节系统，油泵每天启动1~2次。而传统的水轮机液压操作系统，一般三十分钟启动一次，相比之下，节省了大量的厂用电。

六、环保

由于高油压桨叶调节装置置于发电机轴端，压力油取之于储能罐，回油至调速器回油箱，这些设备都远离水轮机轮毂，而水轮机轮毂内本身无压力油，所以根除了漏油造成对河流的污染。

七、缩小轮毂比，改善水轮机性能

只要满足合适的叶片扭角和强度，无论是采用高油压外置式接力器还是采用高油压内置式接力器，都可使转轮轮毂比减小，这样，就可以增加叶片的过流面积及出力，提高效率，减少汽蚀。

八、符合国际发展趋势，技术成熟可靠

国际上提高转桨式水轮机操作油压和实现轮毂无油化已成为两大趋势，瑞典隆德大学教授Jonsson指出：一般水轮机2Mpa油压下的用油量要比12Mpa油压的用油量高出90%以上，所以，在新建和改造中，应用高油压已经是十分普遍的了。（A low pressure hydraulic system where the pressure is around 20 bar needs about 90% more oil in the system compared to a newer high-pressure system with a pressure of around 120 bars. Therefore it is now commom to install high pressure systems when hydropower plants are refurbished or expanded with additional turbines.(Josson,2014)）

国际上著名的Andritz公司和Toshiba公司，在短短的数年间，分别对其生产的17台和43台大中型水轮机进行了高油压和轮毂无油化改造，截至2014年，灯泡贯流式最大容量43.6MW，直径为5.3m，俄罗斯Power Machines公司专门生产无油转轮，单机应用最大的两个电站分别是Mainskaya和Zhigulevskaya，轴流转桨式，容量和直径分别为：110 MW；10 m；和129 MW，9.3 m。

国内深圳市恩莱吉能源科技已应用高油压轮毂无油化机组100多台，其中最大轴流转桨式机组单机15MW，直径3.1m；已投入运行灯泡贯流式机组单机10MW，直径4.3m，和单机10MW，直径5.5m，正在安装的灯泡贯流机组，单机容量20MW，直径4.95m。投入运行机组，基本上做到了免维护。

相关的规范《高油压受油器技术条件》和《接力器外置型转桨式水轮机桨叶调节装置基本技术条件》已经实施。

目前水轮机国际招投标文件中，几乎都有“操作油压不低于12MPa”的描述。

显见，转桨式水轮机的高油压化和轮毂无油化，已经是一种成熟的技术和发展趋势，且更是环保的必然要求。