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1、水轮发电机组及其辅助设备1主要内容n水电站设备及水轮发电机组简介n水轮机与发电机型号n水轮机类型n反击式水轮机构造n冲击式水轮机构造n水轮发电机组结构n水轮发电机组辅助设备2一、水电站设备及水轮发电机组简介3水电站设备4水轮发电机组水轮发电机组组成：水轮机动力设备。发电流量从引水钢管与主阀引入水轮机，能量转换后的尾水经尾水管或尾水槽泄往下游。 发电机发电设备。发电机的核心是定子与转子，定子支架上有主引出线，发出的电流通过主引出线进入母线。 连接传递扭矩连接水轮机与发电机轴 承配置推力轴承承受机组轴向力，配置导轴承受机组径向力，防止机组运行中的摆动。励磁系统给发电机转子提供励磁电流轴承系统的润滑
2、冷却系统调速器 水轮发电机组的机械控制设备。电力用户负荷变化时， 通过调速器自动改变水轮机引用流量，从而改变机组出力，使用户负荷与机组出力保持协调。5二、水轮机与发电机型号说明6水轮机型号水轮机型号： 1 2 3 4 5n1、 水轮机类型HL：混流式，XL：斜流式，ZD：轴流定桨式，ZZ：轴流转桨式，GD：贯流定桨式，GZ：贯流转桨式QJ：切击式，XJ：斜击式，SJ：双击式n2、 转轮型号（效率88%，水头以m计，出力以kW计的比转速）n3、 主轴布置方式L：立轴布置，W：卧轴布置n4、引水室特征M：明槽引水，J：金属蜗壳，H：混凝土蜗壳，P：灯泡式，G：罐式，S：竖井式，X：虹吸式，Z：轴伸
3、式n5、转轮标称直径（cm）7发电机型号额定容量（KW）发电机型号： 定子铁心外径（mm）发电机类型主轴极数n1、发电机类型 SF：水轮发电机n2、主轴布置类型 不表示：立轴，W：卧轴，G：贯流式8三、水轮机类型9水轮机类型水轮机反击式水轮机冲击式水轮机水流的压力能转变为机械能 水流的高速射流动能转变为机械能 混流式轴流式贯流式斜流式切击式斜击式双击式10反击式水轮机类型1、混流式水轮机：水流沿径向进入转轮而轴向流出转轮。适用水头30700m 。11反击式水轮机类型2、轴流式水轮机：水流沿轴向进入转轮而轴向流出转轮。多用于低水头大流量的水电站，适用水头388m。12反击式水轮机类型3、贯流式水
4、轮机：水流由管道进口到尾水管出口均为轴向流动，转轮与轴流式水轮机相同。适用水头为130m的低水头与微水头开发。13反击式水轮机类型4、斜流式水轮机：水流斜向流经转轮，叶片轴线与水轮机轴线有一夹角。转轮叶片装置角可调整，高效率区较宽，性能界于轴流式与混流式之间，适用水头20150m，可作为水泵-水轮机（可逆式机组）用于抽水蓄能电站。 14冲击式水轮机类型1、切击式（水斗式）水轮机：射流在转轮旋转平面之内。15冲击式水轮机类型2、斜击式水轮机：射流与转轮旋转平面成一斜射角，射流从勺斗一侧进入，从另一侧流出。16冲击式水轮机类型3、双击式水轮机：射流具有一个很宽的长方形截面，与主轴垂直。射流先从转轮
5、外周流向中心，穿过中心空腔后再从内向外流出，二次对叶片发生作用。 17四、反击式水轮机构造18反击式水轮机构造（一）引水室蜗壳引水室贯流引水室金属蜗壳钢筋混凝土蜗壳贯流引水室水流从进口引进后直贯流过水轮机，水流方向不转弯，引水室中的水流呈均匀轴对称状。水流在进入导水机构前不能形成一定环量，转轮要求的进口环量全由导水叶形成，只适用于低水头与微水头水轮机 蜗壳引水室水流在进入导水机构前能形成一定环量。将压力水管的水流平顺地、均匀地、轴对称地引入水轮机导水机构，并在进入转轮前形成一定的环量，减少水力损失，提高水轮机的能量转换效率。19金属蜗壳20混凝土蜗壳21反击式水轮机构造（二）导水机构径向式斜向
6、式水流沿着垂直于转轮轴线的平面流动，在水流流过导叶时，水流的流线是径向的。 导水机构：形成与改变进入转轮的水流环量，根据机组所带负荷的变化情况随时调节水轮机的引用流量，以改变机组出力。轴向式水流沿着与水轮机同轴的圆柱面流动，在水流流过导叶时，水流的流线与水轮机轴平行 。 水流沿着与水轮机同轴的圆锥面流动，在水流流过导水叶时，水流的流线与水轮机轴线成一角度 22反击式水轮机构造23反击式水轮机构造（三）转轮混流式轴流式水流径向进入转轮，从转轮的扭曲形叶片之间的流道进口向出口流动，在到达流道出口时方向已改变成轴向流出，进入尾水管。 转轮：水轮机将水能转换成转动刚体机械能的核心部件，对水轮机性能的好
7、坏起着决定性影响。布置在水轮机的转轮室内。水流在进入转轮叶片之间流道进口时已变为轴向，从出口轴向流出转轮进入尾水管。根据轮叶能否转动分为转桨式转轮和定桨式转轮。24反击式水轮机构造25反击式水轮机构造26反击式水轮机构造（四）泄水机构直锥形尾水管曲膝形尾水管适用于贯流式水轮机和转轮直径小于1.2米的立轴水轮机 弯肘形尾水管容量较大的立轴机组 中小型电站的卧轴机组 泄水机构：将转轮出口的水流引向下游，且为便于检修水轮机创造条件；利用了由转轮到下游水位之间的水头；利用了转轮出口处水流的动能，形成动力真空，增大流道进出口的压力差，增加机组出力。27反击式水轮机构造28反击式水轮机构造（五）非过流部件
8、水轮机导轴承飞轮承受水轮机径向力，防止和减小转轮在运转中的摆度，使转轮不致与固定部件相碰。安装在水轮机主轴下段外面、顶盖上面。承受机组径向力的轴承称径向轴承，常称导轴承。机组轴向力由设置在发电机部分的推力轴承承受 。径向力：主要由水力不平衡、发电机转子磁拉力不平衡及转动系统的质量不均衡造成的静不平衡力与动不平衡力引起的；轴向力：主要由水流的附加轴向推力引起。增加卧轴机组重量，从而降低机组转速相对升高率 。水轮机主轴将水轮机所获得的全部机械能传递给发电机，带动发电机转子转动。 主轴密封采用在转动部件与固定部件之间设置耐磨材料堵水达到封水目的的装置。29五、冲击式水轮机构造30冲击式水轮机构造（一
9、）转轮水斗式双击式从喷嘴射出的射流，在转轮节圆平面内以与转轮节圆相切，并与斗叶分水边相垂直的方向射向转轮的斗叶 。 斜击式从喷嘴射出的射流以斜射角斜向射入转轮斗叶的一侧，射流沿着斗叶的沟形内表面流动并改变方向，然后从斗叶的另一侧流出转轮。 一股与转轮主轴相垂直的长方形截面的水射流由喷嘴引向圆筒状转轮进口，先沿着轮叶的曲面从转轮外缘流向转轮内缘，将水流中的大部分能量传给转轮。从内缘流出的水流，第二次穿过转轮内缘的空腔重新进入转轮下部的叶片，由中心沿叶片流向外缘，再一次将能量传给转轮，最后以很小的流速离开转轮，跌落入尾水槽。 31冲击式水轮机构造水斗式转轮32冲击式水轮机构造斜击式转轮33冲击式水
10、轮机构造双击式转轮34冲击式水轮机构造（二）喷嘴运行中根据负荷的变化，调速器自动改变接力器活塞两侧的油压或以一定方式操作手轮，喷针杆产生轴向移动，从而使喷针头改变喷嘴孔口过流面积，调节射流流量以改变机能出力。机组配置反向喷嘴用于机组制动。35冲击式水轮机构造（三）折向器作用：在机组甩负荷时不产生飞逸和压力水管中水击升压不致过大 。 n冲击式水轮机的水头一般较高，压力钢管较长。当机组出现丢弃全负荷工况时，由于压力钢管水击压强升高的限制，不允许喷嘴在很短时间内关闭。喷嘴有效全关闭时间一般为1530s。n在机组正常运行时，协联操作机构带动折向器随射流直径变化而调整位置，始终与射流表面保持24mm距离
11、，不妨碍射流正常工作。n当机组突然丢负荷时，折向器在12s内投入工作，切入射流，将射流直接引偏离转轮至下游。同时，喷针也在慢速前移关闭喷嘴，压力钢管水击升高也不会过大。36冲击式水轮机构造（四）机壳n机壳内的压力为正常的大气压力，以使水流由斗叶正常流出。机壳能将斗叶中甩出来的水流引向下游，避免溅落在转轮和射流上，影响射流和转轮的正常工作 。n机壳内安装引水板。引水板将卧轴水轮机中由斗叶流出来的具有向上飞溅的水流引向下游；在立轴水轮机中，引水板将由斗叶向上流出的水流引其下落，使其不影响转轮工作 。37六、水轮发电机组结构38立轴机组结构立轴机组悬式伞式三导悬式：设发电机推力轴承、发电机上导轴承（
12、上机架内）、发电机下导轴承（下机架上）和水轮机导轴承 二导悬式：发电机不设下导轴承。发电机可采用径向推力轴承 二导半伞式：发电机有上导轴承无下导轴承。设发电机推力轴承、发电机上导轴承（上机架内）、和水轮机导轴承 二导全伞式：发电机有下导轴承无上导轴承。设发电机推力轴承、发电机下导轴承（下机架上）、和水轮机导轴承 推力轴承位于发电机转子上面的上机架内。适用于高水头电站。推力轴承位于转子下面的下机架上或位于水轮机顶盖上的专用推力支架上。适用于低水头电站 。39立轴机组结构40立轴机组结构41立轴机组通风与制动装置立轴机组的通风方式决定了机组的布置方式。1、农村小型立轴机组的发电机一般均为开敞式通风
13、。发电机布置在发电机层楼板上。自厂房及机坑内吸入冷空气，热空气排入主机房中。2、埋没式布置的中小型立轴机组的发电机多采用风道通风。冷空气自水轮机机坑内从下部进入发电机，从定子出来的热风经周围的风道排出厂外。3、容量较大的中小型立轴机组及大中型机组的发电机一般均采用密闭式通风，利用空气冷却器吸收发电机热量，循环冷却空气量是固定的。制动器是制动装置主体，作用：1、机组停机时制动。为避免机组较长时间的低速运转，减轻推力瓦磨损，防止研烧，当机组转速降到额定转速的30%-40%时，自动投入制动器加闸停机。2、启动前顶机。机组经较长时间停机后（正常运行中停机72小时以上）再次启动前，操作制动器，顶起机组转
14、动部分，重新建立油膜。3、安装检修时顶转子。42卧轴机组结构卧轴机组四支点机组 两支点机组水轮机与发电机各设两个径向轴承，其中三个径向轴承，水轮机旁为径向推力轴承。水轮机与发电机的主轴采用标准弹性圈柱销联轴器连接，飞轮布置在水轮机的两个轴承之间。适用于800kW以下机组 。 三支点机组水轮机与发电机的主轴采用刚性联轴器连接，去掉一个水轮机径向轴承，设两个径向轴承和一个径向推力轴承。飞轮装在水轮机与发电机之间的主轴上。适用于800kW以上的卧轴机组。 取消三支点结构机组的水轮机轴承，水轮机转轮及飞轮分别装在延长的发电机主轴两端。适用于800kW以上的卧轴机组。 43卧轴机组结构44卧轴机组结构4
15、5卧轴机组结构46卧轴机组通风与制动装置u小型卧轴机组的通风均为开敞式通风，容量在数千kW的卧轴机组均采用风道通风。 u卧轴机组的制动装置一般设在飞轮轮缘，刹车是为防止低速引起轴承损坏。 47贯流式机组结构与通风装置设发电机导轴承、正推力轴承、反推力轴承和水轮机导轴承 。采用发电机空气冷却器、冷却风机吸收发电机热量。 机组结构 通风装置 48贯流式机组结构49七、水轮发电机组辅助设备50水轮发电机组辅助设备机组辅助设备是附属于水轮机和发电机等主机设备正常运行的附属设备。主要包括：1、油、气、水系统；2、水轮机主阀；3、水轮机调压阀；4、水轮机补气装置。51辅助设备油气水系统机组用油润滑油油系统
16、主要用于负荷调节中的液压操作、机组运转的润滑和散热、电气设备的绝缘和消弧等。绝缘油变压器油：机组电力设备绝缘和散热用，主要为变压器及电流、电压互感器。断路器油：油断路器绝缘消弧用。汽轮机油：润滑、散热及液压操作用。调速器和主阀压油装置液压操作用油、推力轴承油槽和发电机导轴承油槽以及油润滑的水导轴承油槽用油。润滑脂（黄油）：机组辅助机械的滚动轴承、两支点端盖式卧轴机组滚动轴承润滑用。 空压机油：空气压缩机润滑用。机械油：用于机组辅助设备机械润滑，如电动机、起重机和水泵等。52辅助设备油气水系统机组用气高/中压气系统：中小型机组的液压操作用油压装置内用 。低压气系统：调相压水充气、风闸、止水围带充
17、气及检修吹扫等用 对于冲击式机组，因为调速器不需提供压力油，一般球阀的油压装置中配置补气装置，不再另设独立的高压气系统。53辅助设备油气水系统机组用水供水系统排水系统检修排水渗漏排水技术供水：水轮发电机组各轴承的油冷却器、水轮机导轴承的水润滑、发电机空气冷却器、水冷式空压机、水冷式变压器、油压装置的水冷却等 。贯流式水轮机设主轴密封水。供水方式分单元供水和集中供水。消防供水：取决于电站水头和水源。有自流供水（水头高于30m）、水泵供水（水头低于30m）和混合供水（水头为30m左右且水头变化较大的电站，水头高时自流，水头低时由水泵供水） 规程规定，单机容量3000kW及以上的电站，渗漏排水与检修
18、排水应分开设置；单机容量小于3000kW的电站，允许两个系统合并设置，即共用一个集水井，但应有可靠的避免水淹厂房的措施。 54辅助设备水轮机主阀主阀的作用主阀装在水轮机蜗壳进口前的进水钢管上，当机组检修或机组出现飞车事故、事故停机过程中剪断销剪断时，用以切断进入水轮机的水流。1、为机组检修提供工作条件。2、减少停机机组的漏水量和缩短机组重新起动需要的时间。3、防止机组飞逸时间过长。55辅助设备水轮机主阀主阀的设置条件1、压力水管为联合供水或分组供水时，水轮机前应装设主阀；2、水头高于120m单元供水的水轮机前应考虑装设主阀。由于水头高，压力管道一般较长，导叶漏水量较大。3、水头小于120m单元
19、供水的水轮机前不设主阀，在进水口装设快速闸门。主阀的开启1、主阀通常只有全开和全关两种工况，不允许部分开启，以免造成过大的水力损失和影响水流稳定而引起过大的振动，所以主阀不能用于调节进入水轮机的流量 ；2、主阀在开启时要求阀前和阀后压力平衡，即静水开启，可以在动水中关闭 。主阀不允许在动水情况下开启。56辅助设备水轮机主阀主阀型式蝶阀（中低水头）：外形尺寸小，重量较轻，价格较便宜，构造比较简单。操作力矩小，启闭灵活。止水密封不够严密，漏水量较大。 闸阀（水头较高） ：结构简单，维修方便。全开时水力损失小，漏水量少。不会由于水流冲击而自行关闭或开启。外形尺寸大，重量大。动水关闭时的闭门力大，当止
20、水表面磨损后，闭门力将随之增大，促使密封面磨损加剧。球阀（水头超过150m的高水头） ：关闭严密，漏水极少，密封装置不易磨损。全开时几乎无水力损失。阀门启闭操作力矩小，可进行动水紧急关闭。体积大，结构复杂，造价昂贵。57辅助设备补气装置与调压阀调压阀长有压引水式水电站的一个安全设备，作用是当机组突然丢弃负荷时，在快速关闭导水叶的同时快速开启调压阀，使压力水管水击不致升高过大，并使机组速率上升不致过高。 补气装置混流式水轮机在额定出力的30%60%负荷运行时，容易在尾水管直锥段发生空腔气蚀，出现水流涡带，造成机组强烈振动。当机组出现这种不稳定工况时，在尾水管进口处补入空气减小真空度，可避免空腔气
21、蚀的发生，改善机组运行条件。 58辅助设备空气阀.排水阀真空破坏阀当机组发生甩负荷工况，紧急关闭导水机构时，由于水流的惯性和转轮的水泵作用，在导叶后面的转轮室内会产生较大的真空，从而引起下游尾水反冲，产生很大的冲击力，严重时会出现抬机现象。为避免由于负压过大而引起的尾水反冲造成的抬机现象，在水轮机的适当部位装设真空破坏阀，在导水机构紧急关闭时补入空气，破坏真空，能起到保护作用。 空气阀装设在主阀后的进水钢管或蜗壳进口附近的钢管上。当蜗壳充水时从空气阀排气，当蜗壳排水时则从空气阀补气，以免出现真空。 排水阀通常装在蜗壳或压力钢管最低点，作排除积水用。59辅助设备自动化元件转速信号器：检测水轮机的
22、转速。有电气转速信号器和机械转速信号器 。剪断销信号器：由剪断销信号元件和剪断销信号装置组成，用于反应水轮机导叶剪断销剪断信号。 油混水信号器：回油箱、漏油箱以及有油、水热交换装置的油槽等装设。当油中含水过多时，发信号 。示流信号器：用于电站技术供水管路中，反映管路中技术供水情况 。液位信号器：油位信号器，用于监视轴承、回油箱、漏油箱、压油罐等的油位。水位信号器，用于监视集水井、水轮机顶盖等的水位。压力信号器：用于油、气、水系统中，根据压力值实现自动控制或自动报警。电磁阀：是自动化系统中的重要元件之一，通过电磁阀将电气信号转换为机械动作，用于控制油、气、水管路的通断。温度信号器：用于轴承、变压器油温度测量，温度越限时发接点信号 。60
