采用高油壓槳葉調節裝置及輪轂無油化水輪機的主要優勢

概述  

采用ENT-16H高油壓槳葉全自動調節裝置，導葉、槳葉調節可統一采用高油壓，調節系統體積小、重量輕、用油量少﹑維護成本低，同時簡化了轉槳式水輪機的槳葉操作系統，取消了浮動瓦操作油管、輪轂潤滑油管，僅用一根操作軸代替。從而使機組主軸和輪轂內在運行中實現無油狀態，解決因漏油造成的環境污染及油泵頻繁啟動等問題，節省廠用電。同時，電站無需輪轂油箱和漏油箱、高壓氣機等，為電站節省了人工費及設備投入和維修費用，帶來可觀的經濟效益，實現水輪機的綠色環保節能。

一、節約用油量

氣體狀態方程表明，密閉容器內在一定的溫度下，壓力越高則體積越小。在調節系統計算中，壓力和用油體積滿足V_air= V_u /｛（P_omin / P_R）^1/1.3－1｝。此處V_air為最小正常操作壓力時蓄能器體積；V_u為可用油體積；P_omin為最小正常操作壓力；P_R為最低操作壓力。依據上述公式，以4MPa額定油壓為基礎，得蓄能器體積或同等操作功下用油量的比例如表1所示。

表1 蓄能器體積對比表

顯然，提高油壓可顯著減小用油量.

二、縮小用油設備尺寸

由于采用較高的操作油壓，用油設備尺寸大幅度減小，以4MPa油壓為基準，采用各種操作油壓接力器缸徑比較見下表2。

表2 接力器缸徑比較表

此外，電站相應管路的管徑也大為減小。

三、結構簡單、工作可靠、維護工作量少

1）接力器從輪轂體內外置于發電機軸端，安裝更簡單快捷；

2）采用自潤滑軸套，取消主軸和輪轂內潤滑油系統；

3）采用無瓦結構受油器、杜絕燒瓦現象；

4）取消了受油器座、浮動瓦、操作油管、輪轂潤滑油管等，僅用一根操作軸。

四、減少機組輔助設備

1）取消了輪轂油箱、漏油箱，采用自循環油壓系統。

2）取消了高壓氣機。

3）用高壓儲能罐代替中低壓壓力油罐，使設備布置更加靈活，節約了大量的管路。

4）設備減少，相應的土建投資減少，使整個廠房更加簡約。

五、節約廠用電消耗

由于漏油量減少，所以可以減少電機油泵的啟動次數。據統計，使用ENT高油壓調槳調節系統，油泵每天啟動1~2次。而傳統的水輪機液壓操作系統，一般三十分鐘啟動一次，相比之下，節省了大量的廠用電。

六、環保

由于高油壓槳葉調節裝置置于發電機軸端，壓力油取之于儲能罐，回油至調速器回油箱，這些設備都遠離水輪機輪轂，而水輪機輪轂內本身無壓力油，所以根除了漏油造成對河流的污染。

七、縮小輪轂比，改善水輪機性能

只要滿足合適的葉片扭角和強度，無論是采用高油壓外置式接力器還是采用高油壓內置式接力器，都可使轉輪輪轂比減小，這樣，就可以增加葉片的過流面積及出力，提高效率，減少汽蝕。

八、符合國際發展趨勢，技術成熟可靠

國際上提高轉槳式水輪機操作油壓和實現輪轂無油化已成為兩大趨勢，瑞典隆德大學教授Jonsson指出：一般水輪機2Mpa油壓下的用油量要比12Mpa油壓的用油量高出90%以上，所以，在新建和改造中，應用高油壓已經是十分普遍的了。（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)）

國際上著名的Andritz公司和Toshiba公司，在短短的數年間，分別對其生產的17臺和43臺大中型水輪機進行了高油壓和輪轂無油化改造，截至2014年，燈泡貫流式最大容量43.6MW，直徑為5.3m，俄羅斯Power Machines公司專門生產無油轉輪，單機應用最大的兩個電站分別是Mainskaya和Zhigulevskaya，軸流轉槳式，容量和直徑分別為：110 MW；10 m；和129 MW，9.3 m。

國內深圳市恩萊吉能源科技已應用高油壓輪轂無油化機組100多臺，其中最大軸流轉槳式機組單機15MW，直徑3.1m；已投入運行燈泡貫流式機組單機10MW，直徑4.3m，和單機10MW，直徑5.5m，正在安裝的燈泡貫流機組，單機容量20MW，直徑4.95m。投入運行機組，基本上做到了免維護。

相關的規范《高油壓受油器技術條件》和《接力器外置型轉槳式水輪機槳葉調節裝置基本技術條件》已經實施。

目前水輪機國際招投標文件中，幾乎都有“操作油壓不低于12MPa”的描述。

顯見，轉槳式水輪機的高油壓化和輪轂無油化，已經是一種成熟的技術和發展趨勢，且更是環保的必然要求。