某电站水泵水轮机设备结构课件

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，
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。
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
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，
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。
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。
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工作原理： 在机组启动命令发出之后时，首先单元技术供水泵及 MSS冷却润滑水增压泵启动，待导叶打开机组转动时，由 于尾水开始流动，操作密封腔内的压力由1.1mpa降低到 0.5mpa左右，供给的冷却润滑水在END SEAL与转动环密封 环面之间建立起一层水膜，微抬起操作环，允许有少量的 润滑水流出到内顶盖，而另一些则流入操作密封腔，这样 来进行冷却、润滑直至机组停机； 在机组停机命令发出15分钟之后，此时机组已经停 稳，单元技术供水泵及MSS冷却润滑水增压泵停泵，冷却 润滑水失压，同时操作密封腔压力随尾水压力逐渐升高到 1.1mpa，使操作环向下运动，与转动环压紧，密封住尾水 不至于发生MSS抬起事故，以避免了损坏设备。
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
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
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，
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
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。
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
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）。
瓦座上开有可直接测量旋转油盆中油位的孔口，在大概对 称的位置分别装设一只泵方向毕托管、一只发电方向毕托 管，它们打开的方向相反。 每块瓦与大轴之间的间隙： 瓦两端间隙分别为0.6-0.65mm,0.7～0.756mm； 中部间隙为0.184～0.24mm。
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D C
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瓦支承架用来传递轴瓦的径向力至顶盖，并和瓦盖一道形 成轴承的上油腔。瓦盖上开有三个检查孔，以便检查轴承 油位和润滑油运行情况。瓦盖靠大轴侧下部开有油能进入 轴瓦冷却润滑的小孔。在1#机调试时，发现油冷却效果 不太理想，瓦温过高，因此在瓦座油沟处增开了 8个小孔， 以增加油流。上油腔内设有2个测量油温的RTD，设定跳 机值为70℃；3个测量油位的开关，其中一个油位开关 用于油位高报警，此信号将闭锁机组工况转换，一个油位 低报警，一个油位低低跳机。 旋转油盆为分瓣焊接结构，用螺栓把合紧固压板联接 至水机轴的环型凸台上随大轴旋转。机组启动后，水平的 油面旋转为抛物面，利用离心力把油沿毕托管压至冷却器 冷却后回到上油腔，进入瓦与大轴之间进行冷却润滑后到