某电站水泵水轮机设备结构课件

MSS结构有如下几个特点（与老密封相比）： （1）、该结构受尾水水位变化的影响很小 整个主轴密封只设计有一个操作密封腔，与尾水相 通，其压力始终与尾水压力相同。不管尾水水平如何波动、 变化，操作环上下水平环面均受到同一个尾水压力，水压
（2）、自动封水功能 操作环的“L”型设计，其上下水平环面面积之比： 2/1 上环面2倍于下环面的水压力，始终处不变的压差 比值之下，理论上能够自动保持平衡状态，足以能够密 封住尾水，不至于被抬起。为了安全起见，增加设计了 六个气活塞，通过调整气压的高低（0Bar-10Bar）达到 向操作环加压大小的目的。 （3）、转动环与End Seal End Seal 置于运动付的上部，用螺钉紧固在活动 环上，它随操作环只作很小的轴向移动，不再随大轴转 动；转动环用螺钉紧固在大轴法兰的水平面上，随大轴 转动，这样的设计布置有利于冷却润滑水的建立，并且 不容易丢失，再则冷却水通过END SEAL内部直接进行冷
在底环区域有以下管道： 4根水环排水管； 4根下迷宫环冷却水管； 2根底环与转轮测压管。 参考4：下迷宫图片、底环图片、底环抗磨板及导叶下 端轴套。
五、主轴 包括有水轮机轴、中间轴，轴径均为￠940，都由优 质锻钢锻制，用来传递机械转动力矩。水机轴下端法兰上 钻有调相压气运行时的通气孔，压缩空气将通过该孔和转 轮上冠的孔进入转轮室，压低尾水水位。为安装水导旋转 油盆在距离轴下端法兰920mm位置设置有环型凸台。在下 端法兰大轴检修密封围带位置，为防止大轴生锈影响密封 效果，加装了一个不锈钢支撑环，同时它也是主轴密封的 转动环的支撑环。 中间轴是为方便机组按照中拆检修方案而设，水轮机 大修时可以不吊出转子而进行拆卸/安装，但由于增加大 轴长度，加大机组高度，引起大轴振动、摆度的加大。中 间轴上端和发电机转子下端轴相联，下端和水轮机轴相联， 均为法兰螺栓紧固，靠法兰之间的摩擦力来传递转动力矩，
课程主要内容： 1.水泵水轮机设备结构 2.现场设备介绍及答疑
水泵水轮机设备结构
前言 某厂安装有6台300MW单级、立轴、混流可逆 式水泵水轮机组，为日调节纯抽水蓄能电站。 根据设计要求，本厂机组有发电、发电调相、 抽水、抽水调相、停机等五种运行工况，在系统 中承担削峰填谷、事故备用、调峰调频等作用。 水泵水轮机转动部分通过中间轴与发电电动 机转动部分相连,均为法兰式连接。 水轮机工况为顺时针方向转动，水泵工况为逆时 针方向转动（俯式）。
为减少机组的流量损失，提高机组效率，在上冠 （￠2158/￠2342）和下环(￠2200/￠2280)直径差不多相 等的位置设计加工有上下迷宫，分别与安装在顶盖和底环 上的迷宫环相配合；上下迷宫环的直径相差不多主要是为 了减少机组运行时的轴向水推力，顶盖和底环上的迷宫环 由青铜材料制造，并能拆下更换，正常发电和抽水时由流 道内的水冷却，在调相运行时，由于转轮室内充满空气， 需另外提供冷却水来冷却迷宫环。 在机组安装时，上迷宫环的中心做为机组的转动部分 的中心基础。 作为水泵水轮机的核心部件，转轮特性好坏直接关系 到电站的效益和安全运行。转轮特性主要包括能量特性、 汽蚀（空化）特性、压力脉动特性、四象限特性等，此外，
由不锈钢支承法兰、橡胶空气围带、不锈钢压环及控制 操作表盘等构成。支承法兰与内顶盖相连，上面布置有两 个机组调相压气供/排气孔口，其与压环组成一个环型腔， 该腔中安装空气围带，同时限制空气围带活动范围。表盘 上布置有一个小型储气罐、安全阀、投退密封的手动/自 动回路等。 检修密封由59bar的压缩空气减压至20bar后供操作，投 入密封供气后，空气围带在气压力的作用下被均匀挤向大 轴，抱紧、紧贴大轴上的不锈钢支撑环，密封住尾水；在 退出密封供气后，橡胶的空气围带能够自动恢复回原位。 压缩空气不能漏进入主轴密封操作腔，同时操作腔的水以 不能进入围带的气腔，否则会使围带退不出来，开机后损 坏围带。 投退方式：手动/自动。严禁在机组未停稳时投入检修
二、蜗壳与座环 蜗壳由优质钢板焊接而成，作用是在水轮机工况下， 形成环量、水流均匀的流向转轮、改善水力性能；在水泵 工况下，用来收集水流并建立水压。 蜗壳进口直径2000mm，进口段上游法兰与球阀伸缩节 相连。 座环由上、下圆环和26个固定导叶组成，为优质煅钢 焊接结构，分两半运输到现场焊接组装。作用是形成水道、 支承顶盖和底环。座环内装有26 个固定导叶，用于传递 力增加刚度。 座环作为整个机组的基础，浇注在混泥土里。 参考2：蜗壳与座环及图片。
水泵水轮机主体由以下几大部件构成： 转轮、座环、蜗壳、顶盖、底环、主轴、主 轴密封、水导轴承、导水叶、导水叶操作机构、 尾水管等。 参考0：安装图 308816 I ，水机部分立体 图片及水车设备图片
一、转轮
水泵水轮机的转轮为单级、混流可逆式、不锈钢焊 接结构。水轮机进口直径为4100mm，水泵进口直径为 2047mm，转轮总重量为23吨，转轮材料为不锈钢16Cr5Ni。 转轮叶片数为9片，由上冠、叶片、下环和泄水锥四部 分组成，为引导由叶片出来的水流顺利地变成轴向，避免 水流旋转和互相撞击所造成的水力损失，设置了泄水锥， 其通过螺栓和上冠联接。上冠钻有为机组调相时给转轮室 压气的通气孔，在每两个叶片之间布置一个孔，共九个， 作为机组调相运行时压气、排气的通道。
END SEAL的材料为纤维树脂合成物（COMPOSITE FIBRE RESIN），其不但具备有碳精密封耐高温、抗磨损的特点， 并且比碳精密封轻巧方便、易于安装、不容易破碎、烧坏； END SEAL用螺栓固定在操作环下部，最大允许磨损厚度为 15mm，设计要求机组正常运行1000h/1mm，控制表盘上有 电子指示磨损量显示，同传送至监控系统。不锈钢转动环 螺栓固定在水机轴下端法兰上，随轴一起旋转，与END SEAL形成一对面密封的运动付。
运行参数： 温度值 报警值 37℃ 跳机值 60℃ 延时2s动作。 漏水量 设计要求 0.4L/S 现在以只要不影响机组运 行、不满出顶盖为准。 漏气量 调相工况运行补气时间3Min以上为正常；当 补气时间低于2Min以下，则认为漏气量增大了，需要减少 调相工况的运行次数，多运行发电工况以磨合END SEAL 与转动环之间的配合。 参考6-1：主轴密封图纸 25041 GAS（新）、主轴密封 图纸 2481 GA（旧）、 MSS供水原理简图、外环图片、操 作环图片、密封环图片、转动环图片及气合塞图片。 2、检修密封 作用是在主轴密封损坏时，防止尾水进入顶盖造成水
三、顶盖 采用优质钢板焊接，通过顶盖法兰螺栓与座环上部法 兰紧固连接。作用是与底环等设备形成转轮室，支承水导 轴承、主轴密封、上迷宫环、检修密封、导叶、顶盖抗磨 板等。在顶盖上开设有26个导叶及其上端轴套的安装孔。 内顶盖用来收集主轴密封END SEAL的漏水，安装有顶 盖排水射流泵，排水至排水廊道中。内顶盖上有四个上迷 宫环间隙测量孔，以便检修时测量上迷宫间隙。 为防止顶盖底部生锈，在其底部安装有整体结构的不 锈钢抗磨环。为减少水力损失在顶盖下部与转轮上迷宫环 相应的位置装设有青铜材料梳齿形状的上迷宫环，其中心 就是机组安装检修时的中心。在调相运行时，上迷宫环需 提供冷却水，并装有3个RTD以测量运行时的温度，其报警 跳机值为50℃。
六、大轴密封 包括主轴密封与检修密封。 1、主轴密封（MSS） 由英国STERLING WT MECHANICAL SEAL制造，为轴向水 压平衡式机械密封。作用为在水轮机、水泵和停机工况下， 阻止流道内的水进入顶盖；在调相工况时阻止压缩空气从 转轮室逸出。 由外环、操作环、密封环（END SEAL）、不锈钢转动 环、操作环限位块、导向杆、气合塞系统、测温RTD、END SEAL磨损位置机械/电子指示、表盘及其冷却润滑水等辅 助系统组成。外环、操作环在保证有足够的强度下均用青 铜材料，这样浸泡在水中不容易生锈，并且相对不锈钢材 料轻巧，与END SEAL等设备组合在一起形成操作腔。
七、水导轴承 为筒式、稀油润滑、自泵式循环水冷却轴承，带有两 个体外式水冷却器，它的作用是承受主轴传来的径向力， 保证机组的轴线位置，限制机组大轴的径向摆动。 由以下几部分组成： 巴氏合金瓦、瓦座、瓦支承架、瓦 盖、旋转油盆、毕托管（油刮）、油冷却器、油混水报警 器、温度及油位测量元件、冷却系统附属管道及阀门等设 备。 巴氏合金瓦共四块，每两块巴氏合金瓦镶嵌在一半瓦 座上，每两块合金瓦之间有利于油流入的沟槽，瓦面与大 轴形成能满足发电和抽水两个旋向的楔形口，在机组运行 时，能够形成“油楔”，保证瓦与大轴不直接接触，避免 发生干摩擦。瓦背后共有六个用来测量瓦温的RTD（其 中一只RTD接入LT10盘柜中作现地显示，并带跳机接点，
四、底环 采用优质钢板焊接，通过底环法兰螺栓与座环下部法 兰紧固连接。作用是与顶盖等设备形成转轮室，支承下迷 宫环、泄流环、导叶、底环抗磨板等。 设有26个导叶及下端轴套孔、四个水环排水管孔口。 为减少水力损失在底环上与转轮下迷宫环相应的位置 装设有青铜材料阶梯形状的下迷宫环。下迷宫环位置中心 根据机组盘车后转轮的中心位置进行调整；下迷宫环在调 相时亦需提供冷却水，也装有4个RTD来测量运行温度，其 报警跳机值为50℃，为防止底环上部生锈，安装有整体结 构的不锈钢抗磨环。在底环下部，因为压力比较低，为增 加其抗汽蚀性能安装一个不锈钢环泄流环，其圆周侧面布 置有八根下迷宫环间隙调整螺栓和四个下迷宫环间隙测量
在停机时，油全部存于旋转油盆内，油位介于140～ 160mm之间，上油腔没油，故机组转速在低于 90%Nr时，水导低油位报警闭锁，不会影响机组的启停。 在冷却器后面的回油管上，装有1个油水混合报警器，对 冷却后的润滑油中的水分进行检测，如油中所含水分超过 整定值，则发出报警。为防止油未经过冷却就流回旋转油 盆，在水轮机方向毕托管和水泵方向毕托管出油管上分别 装有逆止阀。在冷却水回水管上装设有流量开关、温度传 感器、压力表等。 工作原理：当机组起动后，旋转油盆里的油在大轴的 带动下开始旋转，并形成一个抛物面，当旋转速度大于 15%Nr时，润滑油开始在离心力的作用下沿着装在瓦座 内的毕托管进入水导冷却器冷却后回到上油腔。上油腔中