南阳回龙抽水蓄能电站蜗壳结构型式选择

南阳回龙抽水蓄能电站蜗壳结构型式选择
　 熊 卫 樊小发 刘增强

[摘　要] 回龙抽水蓄能电站地下厂房水头高、转速高，机组运行工况转换频繁，致使厂房混凝土结构的振动问题非常突出。采用何种蜗壳结构型式，直接关系到结构振动问题解决的好坏。通过收集国内外已建和在建水电站蜗壳结构的工程实例，分析了各种蜗壳结构型式的优缺点，并结合回龙电站的实际情况，选定充水加压蜗壳为该电站水轮机的蜗壳型式。
[关键词] 蜗壳结构型式 工程实例 选择 回龙抽水蓄能电站

1 概述
回龙抽水蓄能电站厂房为地下厂房，共安装2台单机容量为60MW的可逆式水泵水轮发电机组。水轮机工况最高净水头为461.0m，引水洞最高水头(脉动水头)为580.0m，水泵工况最高扬程为423.5m。机组额定转速750r/min，飞逸转速1 050r/min，高于一般抽水蓄能机组(一般为额定转速500r/min，飞逸转速750r/min)。本电站发电电动机为悬式，使整体结构中、上部成为承受机组设备荷载主要受力部位。同时转轮采用中拆拆卸方式，需在机墩上开设3.5m×2.5m(宽×高)的运输孔，破坏了机墩的整体性，削弱了机墩的抗振性能。因此，该电站面临着激振频率高(机组转速高)、上部受力(悬式机组)、基础薄弱(机墩开孔)等对抗振十分不利的局面。
整体结构是水轮发电机组支撑结构的总称。引起厂房整体结构振动的原因十分复杂，主要有两个方面：①水力引起的振动；②机组因制造和安装时形成的误差引起的振动。机组制造和安装时形成的误差可以通过改进制造工艺、加强现场监督等措施来改善，而水力引起的振动与机组的过水结构—蜗壳的结构型式密切相关，蜗壳的选型直接影响整体结构的振动情况。因此有必要对蜗壳的结构型式进行分析，以期到达改善整体结构振动的目的。

2 蜗壳结构型式分析

2.1 水轮机蜗壳结构型式发展的现状
目前国内外大中型中高水头水轮机蜗壳的结构型式主要有三种：
(1)钢蜗壳外铺设垫层后浇筑外围混凝土(简称垫层蜗壳)；
(2)钢蜗壳在充水加压的状态下浇筑外围混凝土(简称充水加压蜗壳)；
(3)钢蜗壳外直接浇筑混凝土，即不设垫层，也不充内压(简称完全联合承载蜗壳)。
此外，还有完全裸露的钢蜗壳，仅适用于小容量机组。也有钢蜗壳外采用预应力混凝土的型式，但实际工程中运用较少。

2.2 蜗壳结构型式分析

2.2.1 垫层蜗壳
我国以往大中型水电站的钢蜗壳，大都采用外加垫层的做法。国内采用这种结构的最大机组是在建即将发电的李家峡水电站，单机容量400MW，装机5台，共2000MW。蜗壳承受静水头约140m，HD的设计值达1280m2，小浪底水电站机组蜗壳采用的也是这种结构。前苏联也多采用垫层蜗壳。克拉斯诺雅尔斯克水电站及其500MW机组也是世界上迄今为止采用垫层蜗壳的最大水电站和最大机组。蜗壳进口断面直径8.7m，设计内压(包括水锤)135m水柱，HD值1174.5m2。西方国家及日本的水电站采用垫层蜗壳相对较少。巴西仅在200MW以下的机组采用垫层蜗壳。美国个别电站采用的是这种结构。