水轮机及辅助设备

水轮机及辅助设备 白鸡河电站资料 业 务 知 识 - - 水轮机部分 第一章 水轮机的一般概念 第一节 水轮机工作参数 水轮机的工作参数是明水轮机对水流能量利用的特性值，主要有水头H、流量Q、功率N、效率η、额定转速n0和飞逸转速nR等。 1、工作水头 单位重量水体所具有的能量称为水头。用H表示，单位应为“米水柱”，常简称“米”。 本站102米 2、流量 单位时间内通过水轮机的水流体积为水轮机的流量。用Q表示，单位:m3,s。本站2.44 m3,s 3、功率 水轮机轴单位时间内向外输出的机械功，用N表示，单位KW。本站2124KW 公式N=9.81QHη 4、水轮机效率 水轮机的效率等于水轮机的输出功率与进入水轮机的水流理论功率之比。即:η=N/9.81QH 水轮机的效率由三部分组成,即容积效率、水力效率、和机械效率。 5、额定转速 设计时规定的稳态转速，用n0表示，单位r/min.。本站1000 r/min.，我国电网的频率为50Hz，水轮机的额定转速与发电机的磁极对数p有以下关系: n0=60f/p=3000/p 6、飞逸转速 当水轮机突然甩掉全部负荷，而调速系统又失灵，或水轮机导水机构不能关闭，水流的全部能量除小部分机械消耗损失外，大部分驱动机组转动系统加速旋转，直至达到某一值，这种状态称飞逸状态。 这个转速称飞逸转速，用nR表示，单位r/min.。本站2150 r/min..它与工作水头、转轮型号、转轮直径和导叶开度有关。混流式或水斗式nR=(1.7~2.0)n0，飞逸时间不得超过2分钟。 机组飞逸的危害: 1)、强大的离心力会使机组的机械结构遭到破坏。 2)、转速的增高使机组和厂房发生强烈的震动。 3)、转速的增高使推力瓦和径向瓦温度升高甚至烧毁。 预防: 1)、在水轮机的前方装设快速闸门或主阀。 2)、在调速器中增设升高配压阀。 3)、中小机组在调速器中增设手动操作机构。 - - 第二节 水轮机分类和代号 一、水轮机的分类 近代水轮机分两大类:反击式水轮机和冲击式水轮机 反击式水轮机利用水能的方法以压能为主，按在转轮区域内水流方向的特性分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种。轴流式分为定浆式和转浆式，贯流式分为全贯式和半贯式，半贯式分为灯泡式、轴伸式和竖井式。 冲击式水轮机利用水能全部以动能形式，冲击式分为水斗式、斜击式和双击式三种。 二、水轮机的型式代号 水轮机的型号由三部分组成，第一部分为水轮机的型号，前半部分为水轮机的型式混流式HL、斜流式XL、轴流转浆式ZZ、轴流定浆式ZD、冲击式(水斗式)CJ、双击式SJ、斜击式XJ、贯流转浆式GZ、贯流定浆式GD，后半部分为转轮型号(比速代号)用数字表示，第二部分为水轮机的主轴布置形式和引水室特征，卧轴W，立轴L，金属蜗壳J，混凝土蜗壳H，灯泡式P，明槽式M，罐式G，竖井式S，虹吸式X，轴伸式Z，第三部分为转轮 的标称直径或其它必要指标组成，用数字表示。 第三节 水轮机的工作原理 一、反击式水轮机的工作原理 简单的说，反击式水轮机主要是利用水流的压能做功(一小部分利用水流的动能)。压力水流通过转轮轮叶时，流速和方向都发生变化，由于转轮进、除口水流动量力矩的改变，从而将水流能量传递给转轮，使转轮产生旋转力矩而旋转做功。 二、冲击式水轮机的工作原理 冲击式水轮机主要是利用水流的动能做功，来自压力水管的水，通过喷嘴高速喷射在转轮斗叶上，推动转轮旋转做功。 第四节 水轮机汽蚀 一、汽蚀的破坏作用 1、机械作用。2、化学作用。3、电化作用。 二、汽蚀的种类 1、翼型汽蚀 主要发生在叶片的背面出口处 2、间隙汽蚀 常发生在导叶端部间隙处及种类止漏环间隙处。 3、空腔汽蚀 运行工况改变后在转轮出口处和尾水管中产生低压涡带，形成真空，出现空腔汽蚀。 三、汽蚀的危害及防止措施 1、危害 a、破坏水轮机的过流部件;b、降低水轮机的出力和效率;c、机组- - 运行不稳定，产生震动和噪音;d、缩短检修周期，增加检修工作的复杂性和工作量。 2、防止措施 a、合理确定水轮机的吸出高度、安装高程(卧式水轮机的吸出高度为转轮叶片的最高点至最低尾水位的距离 );b、提高制造工艺，采用抗汽蚀材料;c、采用补气装置;d、避免机组在低负荷和低水头下运行。 第二章 反击式水轮机 反击式水轮机主要由五大部件组成:引水机构、导水机构、工作机构、泄水机构和非过流部件。 反击式水轮机的工作过程:来自上游的压力水通过引水管道，首先进入引水机构，引水机构把本来直线运动的压力水改变成环绕导水机构具有一定旋转量的运动水流。这些压力水一面旋转，一面流入导水机构，导水机构根据机组所带负荷控制进入水轮机的水量，以及开、停机。导水机构出来的水流入工作机构，推动水轮机转动，从而输出机械力矩，经能量转换后从工作机构流出的低能水流再由泄水机构引入下游排走。 第一节 引水机构 一、引水机构的作用 将水流以最小的水流损失均匀地、轴对称地引入导水机构，同时使水流产生一定的旋转量以满足转轮的需要。引水机构又称引水室。 二、引水室的型式和结构 1、引水室主要有四种型式:明槽引水室、罐式引水室、贯流式引水室和蜗壳引水室。蜗壳引水室分为金属蜗壳引水室和混凝土蜗壳引水室 金属蜗壳引水室由蜗壳和座环两部分组成。在小型混流式水轮机中，多使用整体铸造的铸铁蜗壳。对高水头大容量水轮机，通常采用铸钢蜗壳，将蜗壳和座环铸为一体。蜗壳内部最低处，均设有排水阀，以便检修时排出积水。 座环的基本机构由上环、下环和固定导叶组成。固定导叶是支撑座环，传递轴向载荷的支柱，又是过流面，同时在水轮机的主要部件的装配中，它又是一个主要的基准件，是最早安装的零部件之一。所以必须有足够的强度和刚度，同时应有良好的水力性能。 座环既是承重部件，又是过流部件，所以过流面具有流线型外形，以保证水力损失最小。 座环一般有三种结构形式:单个支柱形、半整体形、整体形。对于混流式水轮机通常采用整体结构的座环。 第二节 导水机构 一、导水机构的作用 根据机组所带的负荷，调节进入水轮机的流量，并且用它检修开、停机操作。- - 在非金属蜗壳引水室中，导水机构还需造成水流必要的旋转量，以保证水流对转轮叶片的冲角最小。(1、是使水流进入转轮之前形成旋转并改变水流的入射角度2、当机组出力发生变化时，用来调节流量。3、正常与事故停机时，用来截断水流。) 二、导水机构的布置形式 根据导水机构过水断面的形状分三种布置形式:径向式导水机构、轴向式导水机构。径向式导水机构应用最广泛，重点介绍。 1、径向式导水机构 根据控制环在导叶分布圆里面还是外面，径向式导水机构有外调节和内调节两种布置形式。外调节应用最广泛。 2、外调节导水机构的结构 整个导水机构由推拉杆、控制环、连板、拐臂、导叶、顶盖、底环、套筒、剪断销组成。 1)、导叶 a、导叶目前常有对称和非对称(正曲度叶形、负曲度叶形)两种标准叶形。导叶是导水机构中重要部件，在形成和改变进入转轮水流环量中起关键作用。 B、导叶分为导叶体和导叶轴径两部分。 C、导叶轴承的布置 导叶有定轴式和动轴式两种。动轴式导叶套在固定的导叶轴上转动的，上下各装一个轴套。定轴式导叶的轴和导叶为一体，受操作力的作用，导叶在装在顶盖和底环的轴套中转动。其应用最广，按轴承的布置分三支点结构、两支点结构和悬臂结构三种。 d、导叶密封 导叶密封作用有三个，一是减少能量损失，二是调相运行时减少漏气量，三是减少气蚀。导叶密封分为立面和端面密封。 2)、底环 底环是一个扁平的环形部件，固定于座环上，是由铸铁制成，卧式机组中称前环。对于有泥沙磨损的电站，过流表面都采取一定的抗磨措施，目前主要是在端面装有抗磨板，底环与导叶上下端面如采用橡胶密封，则在底环上车有尾槽或压板式橡胶密封槽，橡皮密封条分布圆设在导叶全关位置上，可由导叶布置图决定，底环上的导叶轴孔应与顶盖同心，中、小型机组常采用顶盖与底环同镗。 3)、顶盖 顶盖一方面用来固定导叶上部分位置和水外溢，还用来引导水流平稳转弯;另一方面在顶盖上布置主轴密封、导叶操作机构等等。卧式机组中顶盖称后环。 混流式机组的顶盖较薄。为了水流漏入顶盖与转轮之间的空间加重推力轴承的负担，常采用三种减压措施:a、在转轮上冠圆平面上开均布的泄水孔(均压孔);b、设置减压环装置;c、从蜗壳引水向转轮下部圆平面充压力水，造成反向附加轴向推力。 4)、套筒 在顶盖中设置套筒。本站采用铜套筒装配，在导叶轴的下部设有封水装置。本站为油浸O型密封圈。 - - 5)、导叶转动机构 导叶转动机构用来转动导叶，调节导叶的开度。它由拐臂、连杆、剪断销、控制环、和推拉杆组成。 剪断销的作用:当导叶在关闭的过程中被异物卡住时，该导叶的操作力就会急剧增大，操作力增大到正常操作力的1.5倍左右时，剪断销剪断，事故导叶退出导叶转动机构，保护转动机构其它零件的安全。 控制环是传递接力器作用力，并通过传动机构转动导叶的环形部件。 第三节 工作机构 1、水轮机的工作机构亦称转轮，是水轮机中最重要的部件。混流式转轮由上冠、叶片和下环组成。上冠通常装有减少漏水损失的止漏环，减少轴向水推力的减压装置，它的上发兰面与主轴连接，下部接`泄水锥。下环也装有止漏装置。 2、转轮的作用:直接将水流能量转化为机械能，以转轮旋转力矩的形式输出。 3、泄水锥的作用:减少流出叶片的水流在上冠下腔的涡流，减少能量损失。 第四节 泄水机构 反击式水轮机的泄水机构就是尾水管。 一、尾水管的作用 1、将转轮出口处的水流平稳的引向下游; 2、利用转轮出口的位置水头，回收位能; 3、利用转轮出口处的流速水头，回收动能。 二、尾水管的形式 尾水管按使用场合不同分为直锥形、弯肘形和曲膝形三种。本站为曲膝形。它由弯管段和圆锥段组成。 三、尾水管的涡带补气 混流式水轮机中，因低压涡带引起空腔汽蚀和震动使机组出力和效率下降，负荷波动，运行不稳定，严重时机组无法运行，常采用三种补气方法:主轴补气、十字架补气和短管补气。中小型采用后两种方法。 第五节 非过流部件 水轮机的轴承、主轴、密封和飞轮属非过流部件。 一、轴承 1、作用 一是承受机组在各种工况下运行时通过主轴传过来的轴向力 ，二是承受机组转动系统的重量，三是维持已调好的轴线位置。 - - 2、 承受机组转动系统径向力的轴承叫径向轴承。它主要是由水力作用不平衡、发电机转子磁拉力不平衡和转动系统质量分布不均造成的动不平衡与静不平衡所引起。承受转动系统轴向力的轴承叫推力轴承。它主要时由于水流的轴向力和附加轴向水推力组成。 3、卧式机组常见的有油环带油式径向轴承和径向推力轴承两种。 二、主轴 主轴作用 将转轮输出的机械力矩传递给发电机，带动发电机旋转。 主轴承受水轮机转动部分的重量及轴向水推力所产生的拉力，同时传递转轮产生的扭矩。 三、密封 1、主轴密封是水轮机关键部件之一，水轮机在运行过程中，其主轴密封的安全可靠运行，直接关系到水轮机是否安全运行 2、作用:有效地阻挡尾水管中的水从主轴与顶盖之间的间隙上溢，防止水轮机导轴承及顶盖被淹，维持轴承和机组的正常运行。 四、飞轮 它的作用是增加转动系统的旋转惯量，控制机组甩负荷时转速上升率不超过允许值，防止因关机过快使压力钢管水锤压力激增。中小型机组的飞轮兼有联轴器的作用。 - -