水轮机培训课件

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水轮机结构设计
主轴： 主轴直径2.03m, 主轴水机端法兰外径2.35m，主轴发 电机端法兰外径 2.95m ，滑转子外径 2.49m ，主轴长 5.425m，重约56.65t。
水轮机主轴的材料采用20Mn5N。与发电机轴连接形式为外法 兰结构，水轮机主轴上端法兰与发电机下法兰接合面高程为 372.9m。主轴是带导轴承轴领的中空结构 , 主轴采用4段锻造 、焊接成整体加工而成。
出口
尾水管为弯肘形，真机尾水管和验收后的模 型水轮机尾水管相似。扩散段带 2.55m 中墩。 尾水管锥管里衬厚度为 20mm ，材料为： Q235B ，总重近 19吨，共分 3 瓣，工地车间 制作。 尾水管锥管段设置1个700mmX900mm 的检 修门，在进人门下面有一个排水阀用以检验 尾水锥管内是否存水。上锥管段顶端设计有 100mm长的工地配割余量。
支承控制环的结构部件将有足够的强度和刚 度，设置 2 个导叶接力器。当一个接力器闭 锁而控制环受到另一接力器的不平衡推力时， 控制环的峰值应力76MPa，其结构部件非常 安全。
顶盖和控制环之间设置压板，以防止导叶操 作机构因受力不均而引起的控制环上抬。
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水轮机结构设计
导叶： 导叶将采用ASTM A743 CA6 NM不锈钢整体 铸造。导叶总高为3.778m ，导叶数为24个， 每件导叶重约3t。 每个导叶将使用 3个自润滑导轴承支承，与活 动导叶相对应的上、中、下轴承，采用DEVA 公司生产的自润滑滑动轴承，一个在底环中， 另 2 个在顶盖中。导叶轴上部将设置 1 个可调 整的自润滑推力轴承以承受导叶的重量和阻 止任何作用在导叶上向上或向下的水推力引 起的上下移动。 导叶最大开度为 39 °。每个导叶有限位装置， 当导叶保护装置动作、导叶处于失控状态时， 导叶不会碰撞转轮、固定导叶和相邻的活动 导叶。
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主轴密封： 在导轴承下方，主轴通过顶盖的部位设 置有动平衡水压式主轴工作密封。水压 式密封旋转部分(即滑环)材料为不锈钢， 固定部分(密封条)材料为HGW2082Mo， 可自动补偿磨损量，允许磨损量12mm， 采用位移传感器动态监控磨损量。
工作时依靠密封环的自重力、密封环与 压紧环间的弹簧力、密封腔内的清洁水 压力及密封处的水压力四者的合力，将 密封块与滑环之间形成较为稳定的密封 间隙，达到密封的效果。
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导叶操作机构： 导叶操作机构由导叶臂、连接板、连杆 、连杆销等组成。 导叶与Fra Baidu bibliotek叶臂之间设置两个锥销和膨胀 销套，用于传递导叶操作力矩。在导叶 臂与顶盖之间设置由自润滑材料制成的 推力环和反向止推环。在导叶臂与连接 板之间设置摩擦环，以防止导叶在剪断 销断开后反复急速摆动。在顶盖上设有 双向导叶限位块。 每个导叶将设置摩擦限位装置以防止导 叶在保护装置动作后反复摆动。如果在 任何一对导 叶之间有障碍物，该装置 不会妨碍控制环向开或关方向运动。
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水轮机结构设计
底环： 底环作为单独件，为铸焊结构，即上、 下环板采用钢板与铸造的导叶下轴座装 焊，分为两瓣。底环置于座环上，用螺 栓与座环连接，并能从座环上拆下。 底环外径 8.465m, 高 385mm ，结构上分 为 2 瓣，螺栓把合，重约 21t 。在底环过 流面上焊有不锈钢抗磨板。予留有强迫 补气孔，用于需要时强制补气。 底环装有用于导叶轴的无油自润滑轴承， 将在底环上均匀地设置导叶轴孔 24 个。 底环上的导叶轴承孔将采用数控加工以 保证与顶盖上的轴承孔同心。 底环将设计成能安全可靠地支承最大水 压力和所有作用在其上的其它负荷而不 产生有害的变形。
亭子口水电站客户工厂培训
VHS，2013-1-15
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内容
1. 水轮机结构设计 2. 补气系统 3. 水力量测系统 4. 水轮机综合运转特性曲线介绍
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水轮机结构设计
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水轮机结构设计
概述：
亭子口水电工程座落于四川省广元市内的嘉陵江上。电站总装机容量1100 MW，单机容量275 MW，最大净水头85.4 m，额定水头73 m。亭子口电站在四川电网系统中担负调峰及事故备用 保障功能。电站是典型的坝后式厂房，正常蓄水位458.00米，水轮机安装高程366.6米，电站 安装四台立式混流式水轮机 水轮机参数： 型式：HLVS220-LJ-670 立轴金属蜗壳混流式水轮机，转轮名义直径670.3cm，转轮编号 F70.0/21。
净水头
额定出力 额定流量 额定转速
Hr= 73 m
Pr= 280.6 MW Qr=424.6 m3/s n=100 rpm
最大水头
飞逸转速 最大出力
Hmax= 85.4 m
nf= 175 rpm Pmax=280.6 MW
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水轮机结构设计
尾水管及里衬：
尾水管进口直径Ø 6.65m, 20.3mx8.393m。
转轮为组焊结构。13张叶片为福伊特巴西工厂采 用AOD精炼方法冶炼和铸造，用五轴数控机床加 工。转轮经过有限元分析，有足够的强度和刚度。 上冠、下环为铸造结构。 转轮全部采用ASTM A743 CA-6NM低碳优质不锈 钢材料制造，保证转轮不发生因空蚀和磨损而造 成的过量金属失重。 转轮与主轴采用螺栓联接，转轮与主轴靠销套传 递力矩，螺栓不受任何剪力。主轴与发电机轴脱 开后，转轮置于基础环法兰面上。 上冠和下环上直接加工转动止漏环，预留足够的 厚度尺寸，当止漏环过度磨损或严重损坏后，便 于采用可更换的热套止漏环进行修复。止漏环具 有良好的抗腐蚀、抗磨损和抗空蚀性能。
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水轮机结构设计
导水机构： 导水机构由顶盖、底环、上、下固定止 漏环、抗磨板、控制环，导叶及导叶操 作机构和导叶接力器等组成。
顶盖上的导叶轴承孔将采用数控加工以 保证与底环上的轴承孔同心。
导水机构在车间进行预装预检查各零件 的设计。 顶盖和底环在工地用螺栓与座环连接，
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水轮机结构设计
顶盖： 顶盖外径8.9m，高1.125m，为钢板焊接 结构，分为2瓣，螺栓把合，重约94t， 并将在工厂内进行预装。 顶盖具有足够的强度和刚度，能安全可 靠地承受最大水压力（包括水锤压力）、 侧向推力和所有其它作用在它上面的力， 还将能支承导水机构、导轴承、主轴密 封、和其它部件，并且在整个运行范围 内包括最大飞逸转速下连续运转而不产 生过大的振动和有害的变形。 顶盖上将装有用于导叶轴的自润滑轴承 和密封，均匀设置导叶轴承孔24个。顶 盖上的导叶轴承孔将采用数控加工以保 证与底环上的轴承孔同心。 顶盖上设有不锈钢固定止漏环，焊接在 顶盖上。料为0Cr18Ni9。并设有止漏环 抗磨板，材料为X3 CrNiMo13 4。顶盖 过流面上焊有不锈钢抗磨板，顶盖上予 留有强迫补气孔和管路。并设有6个 DN300mm顶盖泄压管。
方便更换主轴密封及停机检修时止水， 配备了充气式检修密封，气压为 0.7~0.8 MPa。
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水轮机结构设计
水导轴承： 水导轴承采用稀油润滑、具有巴氏合金 表面的分块瓦轴承结构。水导轴承由 10 块280x280的瓦块、轴瓦支承、楔子板、 带油槽的轴承箱、箱盖和附件组成。水 导轴承能支承包括飞逸转速工况的任何 工况的径向负荷。水导轴承主要特点是： 能根据负荷和圆周速度自动调节至最佳 位置；水导轴承轴瓦现场不需要研刮。
水 导轴承的冷却系统为强迫外循环冷却 方式，一个主用和一个备用的冷却器； 冷却器设置在水轮机机坑里衬内壁坑衬 里。
在油槽中装配有油混水装置、油位信号 计、空气过滤器，油槽中配有两个测油 温的测温装置，每块瓦上各有1个测轴瓦 温度的RTD。 水轮机在各种工况连续运行时，轴瓦温 度不超过65℃，轴承油温不超过60℃。
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水轮机结构设计
导叶操作机构：
连杆为双夹板带偏心销结构，用偏心销 的偏心量来弥补因加工造成的各连接件 间的累积误差，在连杆与连接板的连接 处设有自润滑轴承。在导叶臂与连接板 之间设置有剪断销。
每个导叶均将设置导叶限位块。导叶限 位块是在最不利的工作条件下根据可能 施加到导叶限位块上的最大水力矩和冲 击力而设计的。限位块设在顶盖和拐臂 之间用以限制导叶运动角度，在保护装 置动作的情况下防止松动的导叶对相邻 的导叶或部件运动的干扰。
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水轮机结构设计
基础环：
基础环由钢板焊接而成。上段为碳钢段， 中间连接法兰及下部锥管为不锈钢段。
基础环整体重量11.5t。 考虑到运输，分为2瓣，分瓣面设分瓣法兰 ，销子定位，工地用螺栓把合，基础环组 成整体后工地焊。
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转轮：
转轮D1a为6.703m ，13个叶片，最大外径 为 6.8482m ，高 4.346m ，转轮重 165.5t ， 为整体转轮。
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导叶接力器： 水轮机有2个油压操作双向直缸接力器， 通过导叶操作机构来操作导叶。额定工 作油压为6.3MPa，接力器缸径580mm， 活塞杆直径250mm，行程640mm。接力 器设计成在关闭方向有 5mm 的压紧行程 用以对关闭的导叶施加一个压紧力。活 塞杆与杆头采用螺纹连接，采用超级螺 母锁紧结构。在活塞外圆上装有活塞密 封环，以防止两腔串油；在接力器前、 后缸盖上装有导向用的自润滑轴承和成 型橡胶密封圈。 接力器设置可调的慢关闭装置用以减慢 从空载位置至全关闭速度，以减小导叶 体互相接触时导叶操作机构中的冲击负 荷。 在接力器上在导叶全关位置将设置自动 锁定装置，以便于水轮机导叶可靠地锁 定在关闭压紧位置上。在导叶全开位置 将设置机械手动锁定装置，在检修过程 中，防止导叶异常关闭。
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水轮机结构设计
控制环： 控制环设计成能把接力器的操作力和力矩同 时均匀地分配给所有导叶，并与接力器推拉 杆以及所有的导叶连杆和销相连接。 控制环采用钢板焊接结构，分 2 瓣结构，控 制环最大外径 6.17m ，高 1.375m ，重约 20t 。 分瓣面将设计在应力最低的部位。有限元分 析在正常工况下的控制环的峰值应力只有 39 MPa。 控制环底面内圆处装有径向抗磨板和轴向抗 磨板，抗磨板具有自润滑性能。上环板设 2 个大耳孔和接力器的推拉杆、下环板设24个 小耳孔与导叶操作机构中连杆相连接，连接 处有自润滑的轴衬。
主轴有足够刚度的结构尺寸和强度，以保证在任何转速包括最 大飞逸转速下均能安全运转，而无有害的振动或变形。计算的 机组轴系在最大出力最大水头下临界转速 393rpm ，最大飞逸 转速175rpm ，安全系数为2.2。 水轮机主轴与发电机主轴连接的法兰孔在各自机加工车间用同 一副模板同镗。
水轮机主轴与转轮连接采用中法兰销套传递扭矩结构。
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水轮机结构设计
机坑排水： 在顶盖内设置两台潜水泵、其中一台工 作、一台备用、以排除顶盖内的积水。 环形吊车： 在机坑里设有双轨电动环形吊车，起吊 重量为5吨
脚踏板：
所有部件设计成易拆件，地板的设计载 荷每平方米不小于3kN/m2
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水轮机结构设计
检修平台： 电站配备一套检修平台用来机坑内检修 转轮，机组运行时拆走。检修平台的设 计载荷每平方米不小于3kN/m2
尾水管肘管里衬厚度为 20mm ，材料为： Q235B，总重近 102吨，共分11 节；在尾水 管最低点，设置 2 个对称布置的排水口。肘 管上设置Ø800mm进人孔。
尾水管里衬上部，设有共长1500mm的不锈 钢段（0Cr18Ni9），与基础环焊接。尾水管 里衬与基础环的连接、座环与基础环的连接 采用现场焊接。
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水轮机结构设计
座环和蜗壳： 座环和蜗壳进行有限元分析，强度和刚度 满足合同要求。根据应力的高低，上下环 板及顶盖连接法兰采用优质抗撕裂钢板 Q345C-Z35，固定导叶材料为 Q345C，过 渡板的材料为S500M。座环整体重135t。 座环由上、下环板与固定导叶焊接组成。 为满足运输要求，座环分为4瓣，在厂内进 行整体预装。 座环用地脚螺栓和预应力拉锚固定在混凝 土支墩上。 蜗壳设计压力为 1.2MPa ，蜗壳上敷设弹性 层。蜗壳在工地与座环过渡板直接挂装， 蜗壳材料为S500M钢板。 在蜗壳上设一个直径 800mm 的进人门。蜗 壳延伸段至 Y轴线15.8m ，延伸段进口内径 8.7m ，蜗壳各节和蜗壳进口段的净重约 312t。 蜗壳进口段设有1个直径600mm的排水阀。 埋入方式采用内支撑式浇筑。