水轮机部分培训讲义(简洁版).

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1、水轮机部分培训讲义 主讲人：曾华清 第一章 概述 v 洪江水电厂位于沅水流域的中上游河段，是沅 水干流开发规划中的重要梯级工程。电厂一共装有 6台灯泡贯流式水轮发电机组，单机容量为45MW ，总装机容量为270MW，年发电量为9.7亿kwh， 是目前我国最大灯泡贯流式水轮发电机组，水轮机 转轮直径5460mm，发电机定子外径6500mm。机 组按国标招标制采购，由日本HITACHI公司、瑞士 ALSTOM公司及中国哈尔滨电机有限责任公司联合 制造,调速器由法国ALSTOM生产。 洪江水电厂机组为潜水型悬挂式、水平布置、带 尾水管的单转轮灯泡型机组，发电机转子与水轮机均 布置在两导轴承外侧，机组

2、转向为顺时针（自上游侧 视）。整个水轮机组由埋件（管型座、尾水管）、转 轮、主轴、水导轴承及主轴密封装置、导水机构、受 油器及主轴内供油管、转轮室等几大部件组成。 第二章 水轮机基本知识 v第一节：水轮机的类型及代号 v第二节：水轮机基本参数 v第三节：水轮机的工作原理 v第四节：水轮机结构性能 水轮机是将水的动能及势能转换成机械能的一种 原动机，它通过主轴驱动发电机，将旋转的机械能转 变为电能。水轮机和发电机的联合体又称水轮发电机 组。水轮机的工作状况取决于水电厂的工作水头和流 量。由于水头和流量的变化范围很大，因而水轮机 的类型也很多。 第一节：水轮机的类型及代号 我厂水轮机是采用国外的类

3、型代号HKIRT，为 灯泡贯流式，水轮机的主轴装置成水平，水流直贯 转轮，实际上是卧轴安装的轴流式水轮机，发电机 安装在灯泡体内(红色的为转子)如图示。 第二节：水轮机基本参数 1.工作水头 1.1水轮机的工作水头 毛水头 - 水头损失=净水头(即水轮机的工作 水头) 1.3特征水头 用于表示水轮机的运行工况和运行范围。特 征水头一般由水能规划计算确定。 最大工作水头，我厂1#6#水轮机的最大水 头是27.3m。 最小工作水头，我厂1#6#水轮机的最小水 头为8.4m。 设计水头(计算水头)Hr 水轮机发额定出力时的最小水头，一般由设计 者根据电站情况确定。我厂1#6#水轮机的设计水 头为20

4、.0m。 2.流量Q 单位时间内通过水轮机的水量Q(m3/s)， 我厂1#6#水轮机的额定流量为252.24m3/s。 3.出力与效率 3.1出力N：指水轮机轴传给发电机轴的功率(输出功 率)，我厂1#6#水轮机的额定出力为46.4MW。 3.2 效率：=N0/NI100% 一般=80%95%。100%的原因：水流通过 水轮机时，存在水头损失、水量损失、机械损失等 各种能量损失。我厂水轮机效率可达96%。 4. 转速 额定转速nr 一般我国所用的电流频率为50赫兹，所以在正 常情况下机组的转速保持为固定转速，该转速称为 额定转速，并与发电的同步转速相等。我厂1#6# 水轮机的额定转数为136.

5、4r/min。 5.转轮直径D1(m) 5460mm 6.吸出高度： -11.8m 7.飞逸转数： 314r/min(协联) 370 r/min(非 协联) 8.电站使用技术条件： 上游正常水位 190.0m 上游死水位 186.0m 下游正常水位 164.8m 最低尾水位 162.3m 坝顶高程 196.5m 机组中心高程： 153.0m 第三节：水轮机的工作原理 水轮机是将水流的能量转换为旋转的机械能的 动力设备，它用来带动发电机工作，产生电能。水 轮机和发电机连在一起称为水轮发电机组。 水轮机在水力发电中的作用只是在天然河流上 ，修建水工建筑物，集中水头，通过一定的流量将 “载能水”输送

6、到水轮机中后，使水能旋转机械能 带动发电机组发电通过输电线路用户。 式中： N水电站装机容量或水轮机的功 Q通过水轮机的流量 H水轮机的水头 水轮机的效率 我厂贯流式水轮机组桨叶开度是以导叶开度及 工作水头来确定最佳角度，这时的效率是最高的， 这一导叶、桨叶、水头的在达到效率最高的关系称 为最优协联关系。 第四节：水轮机结构性能 1.尾水管及基础环 尾水管为卧式圆锥体，由两大节组焊而成，小 头焊基础环，基础环法兰上装有伸缩节，与转轮室 相通。基础环及尾水管呈水平布置，既只有水平段 ，总长26500mm，其中基础环段长8500mm，进 口段直径5796.4mm，出口直径为10500x9100mm

7、 ，基础环的上游面为加工面，既是埋设件管型座的 基准面，也是导水机构、主轴的基准面，基础环与 尾水管同时安装。为了监测尾水部位的压力值，在 基础与尾水管部位布置了压力测管，沿圆周方向布 置四个测嘴，管材为不锈钢。 2.管型座 管型座作为水轮发电机组的主支撑，又是流道的 组成部分，管型座由中间管型座、上下游管型座组成 。中间管型座的上下竖井起主支撑作用，内腔形成进 人竖井，便于运行巡视、检修维护，左右支撑起加强 作用，增加机组的稳定性。外管型座的上游侧与流道 连接，下游侧与外配水环连接，内管型座上游侧与定 子连接，下游侧与内配水环连接，为确保密封性，在 法兰面均设有双“O”型密封，并设有水压试漏

8、检查孔 。 3.转轮与转轮室 转轮为机组的工作部件，将水流能量转化为 机械能并通过主轴传递给转子。转轮由五片浆叶、 一个轮毂、泄水锥、浆叶接力器及浆叶操作机构构 成。由于浆叶承受极高的水压及气蚀作用,故采用高 等抗气蚀，耐磨损的不锈钢铸造。为了减少转轮室 的间隙气蚀，在叶片背面外缘设置了抗气蚀裙边， 抗气蚀裙边长度接近整个叶片的外缘长度。轮毂为 球形，内部充满润滑油以润滑浆叶操作机构，轮毂 直径为2238.6mm，它的作用主要用来安装浆叶与 浆叶调整机构，轮毂材料为抗气蚀, 耐磨损的不锈钢 铸造。 浆叶接力器位于泄水锥中，包括活塞环、油缸 、油缸盖，活塞、活塞支撑、连杆等部件。压力 油经受油器

9、通过装在大轴内的操作供油管路向接力 器供油。 在活塞上设有两道活塞环，用来密封缸体。油 缸上的塞子（堵丝）用以转轮解体时排空油缸中的 油。浆叶接力器的工作油压为6.4MP，采用活塞不 动，活塞缸作往复运动的结构，通过拐臂带动浆叶 转动。 轮毂内充满了来自轮毂高位油箱的透平油，轮 毂高位油箱设置在175.0m高程处，使轮毂内的油压 保持恒定压力，防止水渗漏入轮毂。浆叶柄轴颈装 有两道密封，防止透平油外泄。 转轮室由上、下两半组合（排水环）而成。排水环 下半部有600的人孔门，便于进入流道。 4.主轴 主轴由铸钢整体铸造而成，材料为JIS G3201 SF540A（1号机） 、GB20MnSi（2

10、5号机），按 照水轮机的最大出力48.19MW设计。主轴长 6970mm，外径850mm，内径215mm，两端分 别与水轮机轮毂及发电机转子连接，主轴内腔有桨 叶接力器操作油管及轮毂供油管，主轴保护罩分两 半由钢板卷制而成。 5.受油器 受油器的主要作用是向转轮浆叶接力器提供压 力油和轮毂供油，由四个小间组成（油柱箱、上游 压力室、下游压力室、排油管），上游压力腔与下 游压力腔轴瓦均衬以巴氏合金。受油器内的三根不 同管径供油管相互套合，形成互不连通的三层密封 腔，置于主轴中心孔内与主轴同步旋转。从外至内 三根管子的外径分别为205mm、130mm、 50mm，其中48.6mm油管是轮毂油与高位

11、油箱的 连通管。由于主轴内的操作油管比较长，对于操作 油管的摆度进行了规定，其允许范围为：外供油管 0.07mm，中间供油管为0.15mm，内层供油管为 0.25mm。受油器安装在发电机的灯泡头内。 浆叶的调整是通过调速器主配压阀控制的压力油送 经受油器再到浆叶接力器。因此受油器是从固定 油管向旋转的操作油管供油的重要转换装置。使浆 叶开启的压力油从受油器下游侧压力腔通过外部供 油管到接力器活塞缸上游侧；使浆叶关闭的压力油 从受油器上游侧压力腔通过中间供油管到活塞缸下 游侧。内腔油管向轮毂供油，并连接高位轮毂油箱 ，使轮毂内的油具有一定的压力，防止流道中的水 渗入轮毂。此轮毂油管又作为转轮接力

12、器的回复杆 ，将浆叶位置反映到受油器的刻度盘上并经轮叶位 置传感器送到调速器。浆叶全开27.5度,浆叶全关- 2.5度。 为了防止轴电流对水轮机组轴承的损害，在受油器 供油管、泄漏油管、回复绳的安装法兰、受油器与 支架连接部位螺栓的部位均设有绝缘垫。 6.导水机构： 主要参数： 导叶数目： 16个 导叶高度： 1800.0mm 接力器行程： 656.5mm(正常) 760.0mm（最大） 关闭重锤重量： 12t 导水叶最大开度： 91.2度 接力器数目： 2个 接力器压紧行程： 3.5mm 外配水环： (1) 直径 7650mm(进水侧) 5760mm(出水侧) (2) 长度 1701.9mm

13、 (3) 分半数 2 内配水环： (1) 直径 4039.5mm(进水侧 )3179.8mm(出水侧) (2) 长度 795.6mm (3) 分半数 2 导水机构的结构： 导水机构由内配水环、外配水环、导叶和导叶操作 机构等组成。导水叶外配水环与导叶内配水环形 成为过流通道，当机组的负荷发生变化时，导水机 构就用来调节进入水轮机转轮的流量，改变水轮机 的出力，使其与水轮机发电机的电磁功率相适应。 1 16片导叶布置在内、外配水环之间，互成120右 接力度锥角布置，导叶通过内压板、导叶轴承与内 配水环相连，其端部与内配水环的设计间隙为 1.0mm，其外端通过外导叶轴承、套筒与外配水环 相连，其端

14、部与外配水环设计间隙为0.9mm，两端 密封为双层Y型密封，最大开度角为91. 2度。在接 力器与重锤的作用下，开启和关闭导叶，调速环的 滚道内（两部分组成）由371个55mm钢球组成一 个轴承。调速环通过连杆与左、器推拉杆相连。 右侧接力器推拉杆上挂有12吨重的重锤，可实现事 故快速关机。 导叶与内配水环配合装有导叶内转动轴，导叶内 轴承，导叶下部密封等。导叶与外配水环配合装有 套筒、密封、挡块、导叶外轴承、压板、拐臂等。 每片导叶位置可由位于导叶连杆上的偏心销的偏转 来调节。安全连杆和普通连杆交错布置，其中安全 连杆由两根连杆用弹簧连接而成；安全连杆当在机 组关闭操作时，若相邻的两导叶间卡

15、住了一外来异 物，则使连杆弯曲。当连杆弯曲，则限位开关动作 ，进而由电调控制导叶开启以便释放外来异物，当 外来异物被冲走后，安全连杆由于弹簧力作用 自动回复其原来位置。 7.水导轴承 水轮机导轴承为筒式球轴承，轴承球体与球面轴 承座装有定位销钉，这种结构可以适应轴线的倾斜 ，以保证轴与轴承的接触面积。为了防止水导轴承 、球面轴承座随机组一起旋转，在球面轴承座与支 持环部位装有定位销钉。轴承外径为S1430mm， 导轴瓦镶有巴氏合金，为了减小摩擦，在轴承的上 半部仅在上下游两侧衬有巴氏合金，下轴瓦中心有 压力油腔，与高压顶起装置相连，轴瓦与主轴的设 计间隙为0.500.68mm。轴承装有两套温度检测装 置、两套振动、摆度检测装置 及一套过速装置，额定工况下，轴瓦的温度小 于65。水导轴承承受的径向力和转动部分的 重量通过球面轴承座传递到管形壳上。 8.主轴密封 主轴密封装置是水轮机结构中的重要组 成部份，它的密封性能的好坏直接危及到机组 的安全经济运行，其密封作用尤为重要。主轴 密封与检修密封均装在水导轴承下游侧的不锈 钢耐磨轴衬上。主轴密封为二道楔型圆周密封 ，材料为耐磨橡皮。主轴密封盖上的环型槽与 主轴的间隙保持在0.50.68mm