水轮机培训课件

1、1亭子口水电站客户工厂培训VHS，2013-1-152内容1.水轮机结构设计2.补气系统3.水力量测系统 4.水轮机综合运转特性曲线介绍3水轮机结构设计4水轮机结构设计概述：亭子口水电工程座落于四川省广元市内的嘉陵江上。电站总装机容量1100 MW，单机容量275 MW，最大净水头85.4 m，额定水头73 m。亭子口电站在四川电网系统中担负调峰及事故备用保障功能。电站是典型的坝后式厂房，正常蓄水位458.00米，水轮机安装高程366.6米，电站安装四台立式混流式水轮机水轮机参数：型式：HLVS220-LJ-670立轴金属蜗壳混流式水轮机，转轮名义直径670.3cm，转轮编号 F70.0/21

2、。净水头 Hr= 73 m额定出力 Pr= 280.6 MW额定流量 Qr=424.6 m3/s额定转速 n=100 rpm最大水头 Hmax= 85.4 m飞逸转速 nf= 175 rpm最大出力 Pmax=280.6 MW5水轮机结构设计尾水管及里衬：尾 水 管 进 口 直 径 6 . 6 5 m , 出 口20.3mx8.393m。尾水管为弯肘形，真机尾水管和验收后的模型水轮机尾水管相似。扩散段带2.55m中墩。尾水管锥管里衬厚度为20mm，材料为：Q235B，总重近19吨，共分3瓣，工地车间制作。尾水管锥管段设置1个700mmX900mm的检修门，在进人门下面有一个排水阀用以检验尾水锥

3、管内是否存水。上锥管段顶端设计有100mm长的工地配割余量。尾水管肘管里衬厚度为20mm，材料为：Q235B，总重近102吨，共分11节；在尾水管最低点，设置2个对称布置的排水口。肘管上设置800mm进人孔。尾水管里衬上部，设有共长1500mm的不锈钢段（0Cr18Ni9），与基础环焊接。尾水管里衬与基础环的连接、座环与基础环的连接采用现场焊接。6水轮机结构设计座环和蜗壳：座环和蜗壳进行有限元分析，强度和刚度满足合同要求。根据应力的高低，上下环板及顶盖连接法兰采用优质抗撕裂钢板Q345C-Z35，固定导叶材料为Q345C，过渡板的材料为S500M。座环整体重135t。座环由上、下环板与固定导叶

4、焊接组成。为满足运输要求，座环分为4瓣，在厂内进行整体预装。座环用地脚螺栓和预应力拉锚固定在混凝土支墩上。蜗壳设计压力为1.2MPa，蜗壳上敷设弹性层。蜗壳在工地与座环过渡板直接挂装，蜗壳材料为S500M钢板。在蜗壳上设一个直径800mm的进人门。蜗壳延伸段至Y轴线15.8m，延伸段进口内径8.7m，蜗壳各节和蜗壳进口段的净重约312t。蜗壳进口段设有1个直径600mm的排水阀。埋入方式采用内支撑式浇筑。7水轮机结构设计基础环：基础环由钢板焊接而成。上段为碳钢段，中间连接法兰及下部锥管为不锈钢段。基础环整体重量11.5t。考虑到运输，分为2瓣，分瓣面设分瓣法兰，销子定位，工地用螺栓把合，基础环

5、组成整体后工地焊。8水轮机结构设计转轮：转轮D1a为6.703m，13个叶片，最大外径为6.8482m，高4.346m，转轮重165.5t，为整体转轮。转轮为组焊结构。13张叶片为福伊特巴西工厂采用AOD精炼方法冶炼和铸造，用五轴数控机床加工。转轮经过有限元分析，有足够的强度和刚度。上冠、下环为铸造结构。转轮全部采用ASTM A743 CA-6NM低碳优质不锈钢材料制造，保证转轮不发生因空蚀和磨损而造成的过量金属失重。转轮与主轴采用螺栓联接，转轮与主轴靠销套传递力矩，螺栓不受任何剪力。主轴与发电机轴脱开后，转轮置于基础环法兰面上。上冠和下环上直接加工转动止漏环，预留足够的厚度尺寸，当止漏环过度

6、磨损或严重损坏后，便于采用可更换的热套止漏环进行修复。止漏环具有良好的抗腐蚀、抗磨损和抗空蚀性能。9水轮机结构设计主轴：主轴直径2.03m, 主轴水机端法兰外径2.35m，主轴发电机端法兰外径2.95m，滑转子外径2.49m，主轴长5.425m，重约56.65t。水轮机主轴的材料采用20Mn5N。与发电机轴连接形式为外法兰结构，水轮机主轴上端法兰与发电机下法兰接合面高程为372.9m。主轴是带导轴承轴领的中空结构, 主轴采用4段锻造、焊接成整体加工而成。主轴有足够刚度的结构尺寸和强度，以保证在任何转速包括最大飞逸转速下均能安全运转，而无有害的振动或变形。计算的机组轴系在最大出力最大水头下临界转

7、速393rpm，最大飞逸转速175rpm ，安全系数为2.2。水轮机主轴与发电机主轴连接的法兰孔在各自机加工车间用同一副模板同镗。水轮机主轴与转轮连接采用中法兰销套传递扭矩结构。10水轮机结构设计导水机构：导水机构由顶盖、底环、上、下固定止漏环、抗磨板、控制环，导叶及导叶操作机构和导叶接力器等组成。顶盖上的导叶轴承孔将采用数控加工以保证与底环上的轴承孔同心。导水机构在车间进行预装预检查各零件的设计。顶盖和底环在工地用螺栓与座环连接，11水轮机结构设计顶盖：顶盖外径8.9m，高1.125m，为钢板焊接结构，分为2瓣，螺栓把合，重约94t，并将在工厂内进行预装。顶盖具有足够的强度和刚度，能安全可靠

8、地承受最大水压力（包括水锤压力）、侧向推力和所有其它作用在它上面的力，还将能支承导水机构、导轴承、主轴密封、和其它部件，并且在整个运行范围内包括最大飞逸转速下连续运转而不产生过大的振动和有害的变形。顶盖上将装有用于导叶轴的自润滑轴承和密封，均匀设置导叶轴承孔24个。顶盖上的导叶轴承孔将采用数控加工以保证与底环上的轴承孔同心。顶盖上设有不锈钢固定止漏环，焊接在顶盖上。料为0Cr18Ni9。并设有止漏环抗磨板，材料为X3 CrNiMo13 4。顶盖过流面上焊有不锈钢抗磨板，顶盖上予留有强迫补气孔和管路。并设有6个DN300mm顶盖泄压管。12水轮机结构设计底环：底环作为单独件，为铸焊结构，即上、下

9、环板采用钢板与铸造的导叶下轴座装焊，分为两瓣。底环置于座环上，用螺栓与座环连接，并能从座环上拆下。底环外径8.465m,高385mm，结构上分为2瓣，螺栓把合，重约21t。在底环过流面上焊有不锈钢抗磨板。予留有强迫补气孔，用于需要时强制补气。底环装有用于导叶轴的无油自润滑轴承，将在底环上均匀地设置导叶轴孔24个。底环上的导叶轴承孔将采用数控加工以保证与顶盖上的轴承孔同心。底环将设计成能安全可靠地支承最大水压力和所有作用在其上的其它负荷而不产生有害的变形。13水轮机结构设计控制环：控制环设计成能把接力器的操作力和力矩同时均匀地分配给所有导叶，并与接力器推拉杆以及所有的导叶连杆和销相连接。控制环采

10、用钢板焊接结构，分2瓣结构，控制环最大外径6.17m，高1.375m，重约20t。分瓣面将设计在应力最低的部位。有限元分析在正常工况下的控制环的峰值应力只有 39 MPa。控制环底面内圆处装有径向抗磨板和轴向抗磨板，抗磨板具有自润滑性能。上环板设2个大耳孔和接力器的推拉杆、下环板设24个小耳孔与导叶操作机构中连杆相连接，连接处有自润滑的轴衬。支承控制环的结构部件将有足够的强度和刚度，设置2个导叶接力器。当一个接力器闭锁而控制环受到另一接力器的不平衡推力时，控制环的峰值应力76MPa，其结构部件非常安全。顶盖和控制环之间设置压板，以防止导叶操作机构因受力不均而引起的控制环上抬。14水轮机结构设计

11、导叶：导叶将采用ASTM A743 CA6 NM不锈钢整体铸造。导叶总高为3.778m，导叶数为24个，每件导叶重约3t。每个导叶将使用3个自润滑导轴承支承，与活动导叶相对应的上、中、下轴承，采用DEVA公司生产的自润滑滑动轴承，一个在底环中，另2个在顶盖中。导叶轴上部将设置1个可调整的自润滑推力轴承以承受导叶的重量和阻止任何作用在导叶上向上或向下的水推力引起的上下移动。导叶最大开度为39。每个导叶有限位装置，当导叶保护装置动作、导叶处于失控状态时，导叶不会碰撞转轮、固定导叶和相邻的活动导叶。15水轮机结构设计导叶操作机构：导叶操作机构由导叶臂、连接板、连杆、连杆销等组成。导叶与导叶臂之间设置

12、两个锥销和膨胀销套，用于传递导叶操作力矩。在导叶臂与顶盖之间设置由自润滑材料制成的推力环和反向止推环。在导叶臂与连接板之间设置摩擦环，以防止导叶在剪断销断开后反复急速摆动。在顶盖上设有双向导叶限位块。每个导叶将设置摩擦限位装置以防止导叶在保护装置动作后反复摆动。如果在任何一对导 叶之间有障碍物，该装置不会妨碍控制环向开或关方向运动。16水轮机结构设计导叶操作机构：连杆为双夹板带偏心销结构，用偏心销的偏心量来弥补因加工造成的各连接件间的累积误差，在连杆与连接板的连接处设有自润滑轴承。在导叶臂与连接板之间设置有剪断销。每个导叶均将设置导叶限位块。导叶限位块是在最不利的工作条件下根据可能施加到导叶限

13、位块上的最大水力矩和冲击力而设计的。限位块设在顶盖和拐臂之间用以限制导叶运动角度，在保护装置动作的情况下防止松动的导叶对相邻的导叶或部件运动的干扰。17水轮机结构设计导叶接力器：水轮机有2个油压操作双向直缸接力器，通过导叶操作机构来操作导叶。额定工作油压为6.3MPa，接力器缸径580mm，活塞杆直径250mm，行程640mm。接力器设计成在关闭方向有5mm的压紧行程用以对关闭的导叶施加一个压紧力。活塞杆与杆头采用螺纹连接，采用超级螺母锁紧结构。在活塞外圆上装有活塞密封环，以防止两腔串油；在接力器前、后缸盖上装有导向用的自润滑轴承和成型橡胶密封圈。接力器设置可调的慢关闭装置用以减慢从空载位置至

14、全关闭速度，以减小导叶体互相接触时导叶操作机构中的冲击负荷。在接力器上在导叶全关位置将设置自动锁定装置，以便于水轮机导叶可靠地锁定在关闭压紧位置上。在导叶全开位置将设置机械手动锁定装置，在检修过程中，防止导叶异常关闭。18水轮机结构设计主轴密封：在导轴承下方，主轴通过顶盖的部位设置有动平衡水压式主轴工作密封。水压式密封旋转部分(即滑环)材料为不锈钢，固定部分(密封条)材料为HGW2082Mo，可自动补偿磨损量，允许磨损量12mm，采用位移传感器动态监控磨损量。工作时依靠密封环的自重力、密封环与压紧环间的弹簧力、密封腔内的清洁水压力及密封处的水压力四者的合力，将密封块与滑环之间形成较为稳定的密封

15、间隙，达到密封的效果。方便更换主轴密封及停机检修时止水，配备了充气式检修密封，气压为0.70.8 MPa。19水轮机结构设计水导轴承：水导轴承采用稀油润滑、具有巴氏合金表面的分块瓦轴承结构。水导轴承由10块280 x280的瓦块、轴瓦支承、楔子板、带油槽的轴承箱、箱盖和附件组成。水导轴承能支承包括飞逸转速工况的任何工况的径向负荷。水导轴承主要特点是：能根据负荷和圆周速度自动调节至最佳位置；水导轴承轴瓦现场不需要研刮。水导轴承的冷却系统为强迫外循环冷却方式，一个主用和一个备用的冷却器；冷却器设置在水轮机机坑里衬内壁坑衬里。在油槽中装配有油混水装置、油位信号计、空气过滤器，油槽中配有两个测油温的测

16、温装置，每块瓦上各有1个测轴瓦温度的RTD。水轮机在各种工况连续运行时，轴瓦温度不超过65，轴承油温不超过60。20水轮机结构设计机坑排水：在顶盖内设置两台潜水泵、其中一台工作、一台备用、以排除顶盖内的积水。环形吊车：在机坑里设有双轨电动环形吊车，起吊重量为5吨脚踏板：所有部件设计成易拆件，地板的设计载荷每平方米不小于3kN/m221水轮机结构设计检修平台：电站配备一套检修平台用来机坑内检修转轮，机组运行时拆走。检修平台的设计载荷每平方米不小于3kN/m222补气系统23水轮机补气系统补气装置：为保证机组在部分负荷工况下的稳定运行，在发电机上端设置通过中心孔的补气装置。补气管通过轴系内孔延伸至

17、转轮上冠，补气管通径DN450mm。考虑结构的限制，在发电机上机架内采用1根DN450补气管。补气装置采用自动补气阀结构。同时还在 发 电 机 上 机 架 上 设 置 了 一 根 通 径DN250mm补气阀排水管，将渗漏水通过排水管排至排水总管。24水轮机量测系统25水轮机量测系统序号功能仪器数量仪器装设位置1蜗壳进口压力监测压力传感器1蜗壳进口2蜗壳末端压力监测压力传感器1蜗壳末端3顶盖压力监测压力传感器1顶盖4基础环压力监测压力传感器1基础环5尾水管进口压力监测压力传感器1尾水管进口6尾水管出口压力监测压力传感器1尾水管出口7蜗壳流量测量压力传感器1蜗壳26水轮机量测系统在尾水管层测量盘柜附近预留以下压力脉动测点：序号 功能仪器数量仪器装设位置1蜗壳进口压力脉动监测非VHS供货1蜗壳进口2顶盖无叶区压力脉动监测非VHS供货1顶盖3锥管压力脉动监测非VHS供货