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【分类号】：TV734.1
桃源水电站位于湖南省桃源县城沅水流域，是沅水干流河段的第14个梯级电站，也是沅水干流最末1个梯级电站。电站正常蓄水位39.5m，无调节能力，为河床径流式水电站。电站装机容量180MW，装设9台单机容量20MW的灯泡贯流式水轮发电机组。多年平均发电量为7.93亿kW·h，年利用小时数4404h。电站主要任务是发电兼顾航运防洪与其它综合利用要求。
水轮机为卧轴灯泡贯流式水轮机，水轮机和发电机共用同一根主轴， 两端分别与转轮和转子直接相连接，机组转动部分采用两支点双悬臂结构。发电机被安置在完全密封的灯泡体内，灯泡体成为水轮机流道组成部分。机组的支撑采用管形座上、下两根立柱（固定导叶）为主支撑，发电机水平和垂直防振支撑为辅助支撑的方式。固定导叶与混凝土为刚性连接，承受水推力产生的弯矩和发电机转矩。辅助支撑为弹性连接，主要承受灯泡体的重量、浮力和不平衡力以增加机组的稳定性。
2.水轮机结构设计说明
2.1 转轮与转轮桨叶操作机构
1）转轮桨叶与桨叶枢轴
转轮桨叶采用ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢VOD精炼铸造。并采用五座标数控镗铣床加工成型。在预期的最大荷载条件下正常运行时，桨叶最大应力不超过材料屈服极限的1/5；在最高飞逸转速时，最大应力不超过材料屈服极限的2/5。桨叶端部临近转轮室处有抗气蚀裙边。
桨叶操作机构由连杆、拐臂及连接销组成，该机构有足够的精度并运行灵活。
2） 转轮轮毂
转轮轮毂为20SiMn整体铸造结构，用不锈钢螺栓和定位销连到主轴法兰上，并靠磨擦力传递扭矩。在轮毂表面桨叶根部活动范围内铺焊厚度5mm（加工后）的不锈钢保护层以防空蚀。与水接触的表面粗糙度满足表1规定。轮毂表面型线与模型相似，轮毂比为0.34。
3） 泄水锥用不锈钢螺栓连接到轮毂的下游端，泄水锥拆卸后可检修轮毂内部的桨叶操作机构。
2.2 转轮室
转轮室有足够的刚度和强度，为避免间隙空蚀，在转轮室桨叶外圆活动范围及下游侧200mm范围内表面采用不锈钢材料，厚度50mm。在转轮周围的转轮室内表面为球面，转轮室内壁与桨叶外缘的间隙保证均匀，间隙值不大于0.001D1（m）。转轮室内壁表面粗糙度不大于6.3Ra。
转轮室分瓣结合面采用法兰连接，并设有可靠的止漏措施。转轮室与外配水环采用法兰连接，结合面有可靠的止漏措施。
2.3 主轴
主轴用20SiMn整体锻制，带有锻制法兰。主轴与发电机转子及转轮采用法兰连接。
计算水轮机和发电机连接起来的主轴临界转速，临界转速大于最大非协联工况飞逸转速的120%。计算时考虑水轮机和发电机的轴承支座位置和刚度，发电机尺寸和发电机的飞轮效应。
主轴具有足够的强度和刚度，其尺寸能适应当发电机功率因数Cos=1.0时满出力的扭矩传递要求。并且使得能在包括最大飞逸转速在内的任何转速下运行而不产生有害的振动和摆动。
2.4 主轴密封
主轴工作密封采用盘根密封形式，密封材料为聚四氟乙烯浸渍碳纤维填充材料，密封为自补偿型，设有密封压紧量自动调整装置。此密封形式结构简单、耐磨、耐热、运行可靠，具有较小的漏水量，漏水有管道排出。可在不拆卸水轮机径向轴承的情况下调整和更换密封。此种工作密封型式我公司在多个灯泡贯流式水轮机上应用并取得了很好的效果。
2.5 水轮机径向轴承、轴承油系统
水轮机径向轴承能安全承受机组任何运行工况（包括飞逸工況）下的径向荷载，可安全承受飞逸转速5min而不被破坏。轴承能在低转速（n=nr×10%r/min）条件下安全运行30min。
轴承油系统采用外循环冷却方式，设有轴承油箱。油泵将冷却后的润滑油自轴承油箱中直接供油至各轴承，再由各轴承油槽溢油回排油总管进入轴承油箱，经冷却器冷却后供给各轴承。轴承油箱容积满足机组轴承和高位油箱用油要求，油箱至机组及高位油箱供排油所必须的接头、阀门、管路、油泵、自动化元件等部件均成套供应。
2.6 导水机构
导水机构由内、外配水环、导叶、导叶轴承、导叶操作环、重锤、连杆、拐臂和导叶保护装置等组成。
导叶从全开度位置至空载开度位置范围，具有自关闭趋势，导叶最大可能开度为额定点开度的110%，并具有限位装置。每个导叶的限制装置不设在流道中。
导水机构上设紧急关机重锤，重锤重量能使机组在任何运行工况下按预定的关机时间关闭活动导叶。
2.7 导叶接力器
水轮机设置两个油压操作的导叶接力器，其额定操作油压为6.3 MPa。
每台机组设置2个直缸式接力器，垂直布置在导水机构下方，在接力器与导水机构操作环之间设有连杆。
2.8 受油器
受油器安装在发电机前面的灯泡头内，采用浮动结构，包括受油器支架、操作油管和传输桨叶位置的位移传感器等。
2.9 轮毂高位油箱和漏油箱
每台机组设置一只轮毂高位油箱和一只漏油箱。
高位油箱用来向轮毂充油，其容积大小能保证设备的安全运行。油箱内装设油位控制开关，保持油位在允许限制范围内。油箱上设置呼吸器；油箱内设置一只反映油位的变送器，其信号为4mA～20mA模拟量输出，将信号传送至计算机监控系统；还设置一只油混水信号器，将信号传送至计算机监控系统。轮毂高位油箱与轴承高位油箱结合为一体，中间用隔板分开。
漏油箱用来收集接力器和自动化元件等处的漏油。漏油箱设置2台油泵，1台工作1台备用，油泵由油位开关自动控制起停，保持油位在允许限制范围内；漏油泵能连续运行，其容量不少于调速器、接力器漏油之和的1.5倍。漏油箱上设置呼吸器，并设有油位过高的油位开关接点，用于发报警信号；漏油箱内设置一只反映油位的变送器，其信号为4mA～20mA模拟量输出，将信号传送至计算机监控系统；漏油箱内设置一只油混水信号器，将信号传送至计算机监控系统。漏油箱为单独结构。
2.10 支撑
机组支撑采用管形座上、下竖井为主支撑，发电机垂直、水平支撑为辅助支撑方式。
2.11 尾水管
根据招标附图尾水管的土建尺寸进行尾水管的优化设计和试验，并提供与模型水轮机相似的包括尾水管在内的流道图。尾水管包括尾水管里衬和基础。
2.12 巡视、检修平台
转轮室及导水机构外围设有巡视检修平台和扶梯，平台和扶梯设有栏杆。
2.13 水轮机吊物孔盖板和拦杆
设计并提供水轮机吊物孔盖板和拦杆。
3.机组可靠性指标
决定机组可用率、无故障连续运行时间、大修间隔时间、退役前的使用期限及允许操作次数等可靠性指标的因素很多，即有设计方面的因素也有如运行工况、水质条件、运行操作方法是否得当等因素，目前尚无准确的方法精确计算以上数据，只能根据设计水平、材料选取及已运行电站的数据统计等方法进行粗略估算。
以上可靠性指标是基于多年来的设计、运行经验并结合已运行电站的数据统计得出的结果，电站在规定的工况、水质、水文及正确的运行操作方法前提下机组可靠性指标可以达到或高于以上数据。
桃源水电站位于湖南省桃源县城沅水流域，是沅水干流河段的第14个梯级电站，也是沅水干流最末1个梯级电站。电站正常蓄水位39.5m，无调节能力，为河床径流式水电站。电站装机容量180MW，装设9台单机容量20MW的灯泡贯流式水轮发电机组。多年平均发电量为7.93亿kW·h，年利用小时数4404h。电站主要任务是发电兼顾航运防洪与其它综合利用要求。
水轮机为卧轴灯泡贯流式水轮机，水轮机和发电机共用同一根主轴， 两端分别与转轮和转子直接相连接，机组转动部分采用两支点双悬臂结构。发电机被安置在完全密封的灯泡体内，灯泡体成为水轮机流道组成部分。机组的支撑采用管形座上、下两根立柱（固定导叶）为主支撑，发电机水平和垂直防振支撑为辅助支撑的方式。固定导叶与混凝土为刚性连接，承受水推力产生的弯矩和发电机转矩。辅助支撑为弹性连接，主要承受灯泡体的重量、浮力和不平衡力以增加机组的稳定性。
2.水轮机结构设计说明
2.1 转轮与转轮桨叶操作机构
1）转轮桨叶与桨叶枢轴
转轮桨叶采用ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢VOD精炼铸造。并采用五座标数控镗铣床加工成型。在预期的最大荷载条件下正常运行时，桨叶最大应力不超过材料屈服极限的1/5；在最高飞逸转速时，最大应力不超过材料屈服极限的2/5。桨叶端部临近转轮室处有抗气蚀裙边。
桨叶操作机构由连杆、拐臂及连接销组成，该机构有足够的精度并运行灵活。
2） 转轮轮毂
转轮轮毂为20SiMn整体铸造结构，用不锈钢螺栓和定位销连到主轴法兰上，并靠磨擦力传递扭矩。在轮毂表面桨叶根部活动范围内铺焊厚度5mm（加工后）的不锈钢保护层以防空蚀。与水接触的表面粗糙度满足表1规定。轮毂表面型线与模型相似，轮毂比为0.34。
3） 泄水锥用不锈钢螺栓连接到轮毂的下游端，泄水锥拆卸后可检修轮毂内部的桨叶操作机构。
2.2 转轮室
转轮室有足够的刚度和强度，为避免间隙空蚀，在转轮室桨叶外圆活动范围及下游侧200mm范围内表面采用不锈钢材料，厚度50mm。在转轮周围的转轮室内表面为球面，转轮室内壁与桨叶外缘的间隙保证均匀，间隙值不大于0.001D1（m）。转轮室内壁表面粗糙度不大于6.3Ra。
转轮室分瓣结合面采用法兰连接，并设有可靠的止漏措施。转轮室与外配水环采用法兰连接，结合面有可靠的止漏措施。
2.3 主轴
主轴用20SiMn整体锻制，带有锻制法兰。主轴与发电机转子及转轮采用法兰连接。
计算水轮机和发电机连接起来的主轴临界转速，临界转速大于最大非协联工况飞逸转速的120%。计算时考虑水轮机和发电机的轴承支座位置和刚度，发电机尺寸和发电机的飞轮效应。
主轴具有足够的强度和刚度，其尺寸能适应当发电机功率因数Cos=1.0时满出力的扭矩传递要求。并且使得能在包括最大飞逸转速在内的任何转速下运行而不产生有害的振动和摆动。
2.4 主轴密封
主轴工作密封采用盘根密封形式，密封材料为聚四氟乙烯浸渍碳纤维填充材料，密封为自补偿型，设有密封压紧量自动调整装置。此密封形式结构简单、耐磨、耐热、运行可靠，具有较小的漏水量，漏水有管道排出。可在不拆卸水轮机径向轴承的情况下调整和更换密封。此种工作密封型式我公司在多个灯泡贯流式水轮机上应用并取得了很好的效果。
2.5 水轮机径向轴承、轴承油系统
水轮机径向轴承能安全承受机组任何运行工况（包括飞逸工況）下的径向荷载，可安全承受飞逸转速5min而不被破坏。轴承能在低转速（n=nr×10%r/min）条件下安全运行30min。
轴承油系统采用外循环冷却方式，设有轴承油箱。油泵将冷却后的润滑油自轴承油箱中直接供油至各轴承，再由各轴承油槽溢油回排油总管进入轴承油箱，经冷却器冷却后供给各轴承。轴承油箱容积满足机组轴承和高位油箱用油要求，油箱至机组及高位油箱供排油所必须的接头、阀门、管路、油泵、自动化元件等部件均成套供应。
2.6 导水机构
导水机构由内、外配水环、导叶、导叶轴承、导叶操作环、重锤、连杆、拐臂和导叶保护装置等组成。
导叶从全开度位置至空载开度位置范围，具有自关闭趋势，导叶最大可能开度为额定点开度的110%，并具有限位装置。每个导叶的限制装置不设在流道中。
导水机构上设紧急关机重锤，重锤重量能使机组在任何运行工况下按预定的关机时间关闭活动导叶。
2.7 导叶接力器
水轮机设置两个油压操作的导叶接力器，其额定操作油压为6.3 MPa。
每台机组设置2个直缸式接力器，垂直布置在导水机构下方，在接力器与导水机构操作环之间设有连杆。
2.8 受油器
受油器安装在发电机前面的灯泡头内，采用浮动结构，包括受油器支架、操作油管和传输桨叶位置的位移传感器等。
2.9 轮毂高位油箱和漏油箱
每台机组设置一只轮毂高位油箱和一只漏油箱。
高位油箱用来向轮毂充油，其容积大小能保证设备的安全运行。油箱内装设油位控制开关，保持油位在允许限制范围内。油箱上设置呼吸器；油箱内设置一只反映油位的变送器，其信号为4mA～20mA模拟量输出，将信号传送至计算机监控系统；还设置一只油混水信号器，将信号传送至计算机监控系统。轮毂高位油箱与轴承高位油箱结合为一体，中间用隔板分开。
漏油箱用来收集接力器和自动化元件等处的漏油。漏油箱设置2台油泵，1台工作1台备用，油泵由油位开关自动控制起停，保持油位在允许限制范围内；漏油泵能连续运行，其容量不少于调速器、接力器漏油之和的1.5倍。漏油箱上设置呼吸器，并设有油位过高的油位开关接点，用于发报警信号；漏油箱内设置一只反映油位的变送器，其信号为4mA～20mA模拟量输出，将信号传送至计算机监控系统；漏油箱内设置一只油混水信号器，将信号传送至计算机监控系统。漏油箱为单独结构。
2.10 支撑
机组支撑采用管形座上、下竖井为主支撑，发电机垂直、水平支撑为辅助支撑方式。
2.11 尾水管
根据招标附图尾水管的土建尺寸进行尾水管的优化设计和试验，并提供与模型水轮机相似的包括尾水管在内的流道图。尾水管包括尾水管里衬和基础。
2.12 巡视、检修平台
转轮室及导水机构外围设有巡视检修平台和扶梯，平台和扶梯设有栏杆。
2.13 水轮机吊物孔盖板和拦杆
设计并提供水轮机吊物孔盖板和拦杆。
3.机组可靠性指标
决定机组可用率、无故障连续运行时间、大修间隔时间、退役前的使用期限及允许操作次数等可靠性指标的因素很多，即有设计方面的因素也有如运行工况、水质条件、运行操作方法是否得当等因素，目前尚无准确的方法精确计算以上数据，只能根据设计水平、材料选取及已运行电站的数据统计等方法进行粗略估算。
以上可靠性指标是基于多年来的设计、运行经验并结合已运行电站的数据统计得出的结果，电站在规定的工况、水质、水文及正确的运行操作方法前提下机组可靠性指标可以达到或高于以上数据。