水利工程概预算课件第七章.ppt

,水工模型,船闸,第七章水利水电设备及安装工程的编制,第七章 机电及金属结构设备安装工程,1.概述 2.水轮机 3.水轮发电机 4.进水阀 5.水利机械辅助设备 6.电气设备 7.起重设备 8.闸门安装 9.压力钢管制作及安装,一、机电和金属结构专业知识,二、概(估)算编制,1.项目划分 (1) 机电设备及安装工程 (2)金属结构设备及安装工程 2. 设备及安装工程概(估)算编制依据及其他 (1) 编制依据 (2) 编制的准备工作 3. 设备及安装工程概(估)算编制 (1)设备费概(估)算编制 (2)运杂费 (3)运输保险 (4)采购及保管费 (5)安装费编制 (6)举例,新定额介绍,一、概述,设备及安装工程可分为三部份：机、电、金属结构。 1机械部份 指水轮机、水轮发电机、调速器及其辅助设备及安装。 2电气部份 指一次设备、二次设备及其他电气设备及安装。 (1)一次设备 是指直接输送、分配电能的设备。它所承受的电压较高。 1)按电压等级分。 变电站电压：11kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV。 包括的设备：主变压器、断路器、隔离开关、避雷器、电压互感器、电流互感器、电抗器、组合电器、高压电缆及其终端、阻波器及一次拉线等。 发电机电压：6.3kV、10.5kV、13.8kV、 15.75kV、18kV、20kV。 包括的设备：断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、消弧线卷、母线、电缆等。,高压开关柜：6.3kV、10.5kV。 包括的设备：高压开关柜、母线桥等。 厂用电设备：380V/220V、10.5kV。 包括的设备：厂用变压器、低压开关柜、低压配电盘、动力柜、动力配电箱、低压电器（磁力启动器、自动空气开关、补偿器、闸刀、熔断器等）。 2)按设备所处的位置分。 屋内设备。指配电部分的设备。 屋外设备。指变电部分的设备。 (2)二次设备 是指对一次设备的工作进行测量、监测、控制、保护、操作的辅助设备。 包括的设备：各类继电器、保护元件、测量元件、各种保护屏、盘、柜、箱、台、控制电缆等。,(3) 公用电气设备 1)直流系统 提供直流电源的设备。主要用于控制保护系统、操作系统、特殊部位的照明电源。 2)通信系统 包括的范围：电力系统通信、梯级调度通信、电站内部通信、电站对外通信、水情自动测报系统通信、河道预警系统通信等。 包括的通信方式：高频电力线路载波通信、数字微波通信、地线复合光缆通信、卫星通信、程控电话通信、无线电移动通信、有线广播等。 3)计算机监控系统 一般的监控系统分为：全厂计算机控制管理系统、站级监控系统和现地控制单元。 4)电气试验设备 5)电缆 6)母线,3金属结构部分 指起重设备、闸门、压力钢管制作及安装。 (1)起重设备及安装 水电站的起重设备是安装、运行和检修电站各种设备的起吊工具。包括的设备如下： 1)桥式起重机 2)门式起重机 3)油压启闭机 4)卷扬式启闭机 5)螺捍式启闭机 6)电梯 7)轨道 8)滑触线,(2)闸门及安装 闭塞孔口，而又能开放孔口的堵水装置叫闸门。 包括平板门、弧形门、船闸闸门、闸门埋件、闸门压重物、拦污栅、小型金属结构等的安装。 (3)压力钢管制作及安装,二、水轮机,水轮机是将水能转换为机械能的一种动力机械。按其水流作用原理和结构特征，水轮机分为两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机。 1.水轮机的分类和型号 (1)反击式水轮机的水力特性 水轮机的转轮在工作时全部浸没在有压的水流中，水流流经轮叶流道时，受叶片的作用，流速的大小和方向都发生了变化；水流对转轮有个反作用力，使转轮旋转，因此称为反击式水轮机。此类水轮机同时利用了水流的动能和势能。由于结构型式和适用条件不同，该类型水轮又分为若干型式。,（一）概述,1)混流式（辐向轴流式、法兰西式、旧称.F） 水流沿辐向进入转轮，逐渐变为沿轴向而离开转轮。所以叫辐向轴流式水轮机，或称混流式水轮机。 主要特征：应用普遍、性能稳定、效率高，最高可达94%。三峡工程左厂水轮机效率为98.77%。 适用水头范围：从10米左右600700米（一般应用于中水头20m450m）。 单机容量：20千瓦60万千瓦。三峡左厂为71.4万千瓦。 适用范围：大、中、小型水电站。 单机重量：每台水轮机重几十公斤3000t多。,2)轴流式（包括轴流转浆式（又叫卡普兰式）、轴流定桨式、轴流调桨式） 水流特征：水流进出转轮都是轴向（或称垂直方向）。 轴流转浆式：性能稳定，高效率区宽广，适用水头3米80米，单机容量：20千瓦20万千瓦，或更大。适用于低水头大流量的大中型电站。单机重量：几十公斤3600t。 轴流定浆式：运行稳定性差，低负荷运行时效率低。适用水头3米50米。单机容量：几个千瓦数百千瓦。适用于低水头大流量的中、小型水电站。单机重量：几十公斤数百吨。 轴流调浆式：同轴流定浆式参数一致。不同的是：根据每年的季节不同，来水量不同，可以停机后，人为地调整轮毂上轮叶的角度，使运行性能有所改善。,3)斜流式 水流介于辐向轴向之间，斜向流进转轮。它适用水头较宽广，范围20米200米。它性能稳定，高效率区宽广。亦可适用于抽水蓄能电站。安装定额中缺此型式，目前应用较少。 4)贯流式 水流沿轴向（或沿水平方向）从进口到尾水管出口。它过水能力大，水头损失小，效率高，结构紧凑，适用水头2米30米之间，单机容量从几个千瓦到几万千瓦。适用于低水头大流量的电站或潮汐电站。,(2)冲击式水轮机的水力特性 水流在大气压力下以高速射流冲击转轮使它旋转，因此，称为冲击式水轮机。在同一时间内水流只冲击转轮部分斗叶，而不是全部斗叶。此类水轮机仅利用了水流的动能。它不用尾水管，蜗壳和导水机构。它构造简单，便于维护和管理。冲击式水轮机，可分为水斗式、斜击式和双击式。一般适用于100米以上的水头。 1)水斗式。由喷咀喷射的水柱沿转轮圆周相切方向冲击到装在转轮四周的水斗上，使转轮旋转。它适用于高水头电站，水头最高可达1760米。单机容量从十多个千瓦到二十万千瓦。运行性能稳定。效率较反击式水轮机低些，但其结构较简单。 2)斜击式。喷咀呈斜向布置。水头适应范围从二十多米到三百米，转轮结构较水斗式简单，制造容易，过水能力较水斗式大些。 3)双击式。水流两次沿转轮叶片流动，即两次冲动转轮，所以称为双击式。一般用于小型电站。,(3)可逆式水轮机 随着可逆式水轮机的发展，出现了蓄能电站。可逆式水轮机概算定额中称水泵/水轮机。在发电时作水轮机使用，抽水时作水泵运行。 它可利用系统电力过剩时来抽水蓄能；在系统缺电时它可发电，把电力送往系统中去。 水泵/水轮机的分类和反击式水轮机相同，它可分为轴流式、斜流式、混流式。轴流式水泵/水轮机分转浆式与定浆式两种。应用于低水头的是斜流式可逆水泵/水轮机，应用于高水头的是混流式可逆水泵/水轮机。,（4）水轮机的型号 各类各型水轮机及其代号详见表721。 水轮机的型号的排列顺序为： 第一部分 第二部分 第三部分 转轮标称直径D1（cm） Cm不表示出来 引水室特征 主轴布置型式 转轮型号（比转速代号） 水轮机型号（代号）,表344 水轮机类别与型号,注：1.可逆式水轮机，在机型代号后加“N”。 2.水斗式水轮机，用加在机型代号前的阿拉伯数字表示转轮数目。,转轮型号：采用统一规定的比转速代号，用阿拉伯数字表示。比转速（ns）的物理意义是：当有效水头H=1米，出力N=1马力时模型水轮机所具有的转速，称为水轮机的比转速ns。 水轮机比转速ns和比速系数K是衡量水轮机能量特性、经济性和先进性的综合指标。大容量机组为缩小机组及厂房的尺寸，节省投资，提高电站的经济效益，在可能的条件下，倾向于选择较高的比转速ns和比速系数K。因此，随着水轮机设计制造水平的提高，水轮机比转速和比速系数有所提高。但是ns的提高受到水轮机的强度、效率、气蚀、稳定性等因素的制约。 转轮标称直径D1，用阿拉伯数字表示，单位是厘米。 混流式：D1是指转轮叶片进水边的最大直径。 轴流式：D1是指与转轮叶片轴心线相交处的转轮室内径。 斜流式：D1同轴流式。,举例,HL110LJ-140：表示混流式水轮机，转轮型号为110；立轴，金属蜗壳；转轮标称直径D1为140厘米。 ZZ560LH800：表示轴流转浆式水轮机，转轮型号为560；立轴，砼蜗壳；转轮标称直径D1为800厘米。 XLN195-LJ-250：表示斜流可逆式水轮机，转轮型号为195；立轴，金属蜗壳；转轮标称直径为250厘米。 2CJ30W-120/2*10：表示一根轴上有2个转轮的水斗式水轮机，转轮型号为30；卧式；转轮标称直径（节园直径）为120厘米，每个转轮有2个喷咀，设计射流直径为10厘米。 GD600WP-250：表示贯流定浆式水轮机，转轮型号为600；卧式，灯泡式引水；转轮标称直径为250厘米。,2.水轮机的主要部件 (1)引水机构（引水室） 引水机构是水流进入水轮机所经过的第一个部件，通过它将水引向导水机构，然后进入转轮。反击式水轮机引水机构的主要功能为： 1)以较少的能量损失把水引向导水机构，从而提高水轮机的效率。 2)将足够的水量平稳，对称地引入转轮。 3)在进入导水机构以前，使水流具有一定的旋转。 4)保证转轮在工作时，始终浸没在水中，不会有大量的空气进入。 大中型水轮机，多数都采用蜗壳式引水室。它的进口端与压力管道相连。由进口端向末端断面面积逐渐减小，并将导水机构包在里面。由于水轮机的应用水头不同，水流作用在蜗壳上的水压力也不同。水头高时水压力大，一般用金属蜗壳；水头低时水压力小，一般用钢筋砼蜗壳。,(2)导水机构（导水叶） 导水机构的作用是引导来自引水机构的水流沿有利的方向进入转轮；当外界负荷变化时，调节进入转轮的流量，使它与外界负荷相适应；正常与事故停机时，关闭导水机构，截住水流，使机组停止转动。 大中型水轮机一般都采用多导叶式导水机构，每个导叶都可以绕其自身轴旋转。借以调节进入转轮的流量。,(3)转动机构（转轮） 转动机构指的就是转轮，它是水轮机的核心部件。一般所指水轮机的型式，实际就是指该水轮机转轮的型式。 1)轴流式转轮：由轮毂、轮叶和泄水锥等部件组成。轴流转桨式转轮的轮叶可以随着外界负荷的变化与导水机构导叶协同动作，始终保持有利的组合关系，因此对负荷变化的适应较好，运行区域广，平均效率高。轮叶数目38片，不少于3片。水头高时，轮叶多。 轴流定桨式转轮的叶片固定在轮毂周围，不随外界负荷的变化而改变轮叶的角度。运行稳定性较差，运行区域窄，低负荷运行时效率低。 2)混流式转轮：由上冠、叶片和下环组成，三者联成整体。上冠通常装有减少漏水的止漏环，它的上法兰面与主轴螺栓连接，它的下部中心装有泄水锥，用来引导水流以免水流从轮叶流道流出后相互撞击，以保证水轮机的效率。 叶片按圆周均匀分布固定于上冠和下环，叶片呈三向扭曲形上部扭曲较缓，下部扭曲较剧，叶片的断面为机翼型，叶片数目约1020片，通常为1415片。下环也设有止漏装置。,(4)泄水机构（尾水管） 尾水管的主要作用是：利用转轮出口处水流的大部分能量。从而提高水轮机的效率。若转轮装置在下游水位以上时，也可以通过尾水管利用这部分的水头。 尾不管的型式基本上可以分为两类：即直锥形和弯肘形。见图722。大中型竖轴装置的水轮机多采用弯肘形尾水管，它是由进口直锥段、弯头（肘管）以及出口扩散段三部分组成。 进口直锥段为垂直的圆锥形扩散管。此扩散管常用钢板焊接拼装而成。在上部设有进入孔，测压管路、十字架补气管（有y 型，十型、单管型）、排水管等。 肘管是90的弯管，其断面为由圆形过渡到矩形。在此段最低处设有放空阀，用水泵打入尾水，以利机组检修。 出口段是向上挠的矩形断面扩散管。 (5)其他构件 其他构件包括大轴、轴承、座环、底环、顶盖、基础环、机坑里衬，接力器里衬及转轮室等。,举例:,以某工程混流式水轮机的结构特点简述如下： 1）尾水管及其里衬： 尾水管为弯肘形。在弯肘的最低处左右各设一个盘形放空伐，它可排干尾水管的积水，以利尾水管的检修。 尾水管锥管及肘管工作环境非常恶劣，采用钢板焊接结构，应具有足够的厚度，如20mm，外壁配有加强筋以及安装有的锚筋、支撑等。此部位，在运行几年以后，破坏严重。 尾水管锥管上，设有600mm的外开式进入门，在门附近装有显示水位的信号装置。,2)底环 由钢板焊接而成。在导叶转动范围内设不锈钢抗磨板。底环上的导叶轴套采用聚四氟乙烯钢背复合材料。轴套孔与顶盖上的轴套孔同心。 3)座环 有足够的强度、刚度。可承受置于其上的水工结构和机组各部件的重量，并能安全承受由蜗壳内最大水压力（包括水锤压力）所产生的各种压力。 座环采用无蝶形边平行板式结构，用钢板焊接而成，座环过流部分表面应加工光滑。 通过固定导叶设排水孔，顶盖排水孔进口处设可拆卸的滤网。在底环底部及筋板上设灌浆孔。 4)蜗壳 用可焊性好的16MnR板制成；能承受最大水压力（包括水锤效应）。其应力值不超过有关标准的规定。 蜗壳的焊缝全部进行无损伤检查。 蜗壳焊接用焊条，由制造厂供应。 要进行水压试验。,5)转轮 采用铸焊整体结构，具有足够强度和刚度，转轮采用抗空蚀及抗磨性能良好和焊接性能也好的材料。转轮上冠，下环和叶片均采用Ocr16Ni5M0。(0含碳量低于8%) 在转轮上冠和下环外缘装有可拆卸和更换的不锈钢止漏环（Ocr13Ni5M0）钢板。在顶盖和底环外缘装设同样的可拆卸和更换的不锈钢止漏环（Ocr16Ni5M0），其表面硬度高于Ocr13Ni5M0的材质。 在邻近导叶端部的顶盖和底环上，设有可拆卸和更换的不锈钢Ocr13Ni5M0的抗磨钢板。,6)顶盖 顶盖采用钢板焊接结构，具有足够的强度和刚度。顶盖下侧面与转轮上冠之间的水力损失尽量少，此空间应充分排水泄压，以减少水推力。 顶盖与转轮上冠止漏环对应处设可以更换的固定止漏环。 顶盖上设有测量顶盖压力的测孔及测头。在顶盖下侧面的导叶活动范围内设有不锈钢抗磨板。 顶盖设有可靠的排水设施，自动控制装置、仪表、两只真空破坏阀。 7)导水机构 导叶全开度位置至空载开度位置范围内，导叶的水力矩特性具有自关闭的趋势。 导叶最大开度留有一定余量，并有限位装置。该限位装置不设在流道内。当剪断销被剪断，导叶限位装置失去作用时，导叶不会碰撞转轮。 导叶采用Ocr13Ni5M0不锈钢整体铸造。导叶有三个支承轴承，轴瓦采用钢背复合材料，自润滑，轴颈处有镀铬防锈层。 导叶过流表面型线符合“水轮机过流部件技术条件的规定。导叶具有互换性。 每个导叶均设有剪断销，当受其破断时，能自动报警。 控制环采用焊接结构，其支承结构强度高，支承磨擦块采用自润滑材料。 导水机构从设计上已考虑、避免了死行程。,8)主轴 用经过热处理的20SiMn钢材锻制而成。主轴和转轮采用外法兰螺栓连接。主轴可在飞逸转速范围内的任一转速下运转，而不产生有害的振动和变型。在额定转速、满负荷运转时，主轴最大应力符合有关标准的规定。水轮机和发电机连轴后，要进行轴线检查。 9)导轴承 采用稀油润滑分块瓦轴承，采用巴氏合金瓦， 在现场不需研刮，用自循环润滑。冷却器的散热管用紫铜管，冷却器的工作压力不低于0.4Mpa ，试验压力不低于0.6Mpa。油槽内设1个油位器，有高低油位报警点。瓦及油槽内均设有测温装置。槽底部设油混水报警装置。 10)主轴密封 采用端面水压密封方式，密封圈材料为耐磨橡胶，抗磨板用不锈钢。,(二)调速系统简介,1.调速器 水轮机调速器的主要功能：是检测机组转速偏差，并将它按一定的特性转换成接力器的行程差，借以调整机组功率，使机组在给定的负荷下以给定的转速稳定运行。 给定的转速范围：额定转速的0.2%0.3%。供电频率50赫兹,变化范围47.7550.25赫兹. (1)关于水轮发电机组的转速：n转/分。 水轮机可以在不同转速下工作，但在一定水头下，一定的转轮直径有一个效率最高的转速，通常以这个转速来选配发电机的转速，但又必须考虑发电机的额定电压，并联支路数、合理的槽电流等设计参数的合理性。从某种程度上说：水轮发电机组额定转速的选择，是水轮机参数和发电机参数的共同产物。 大中型水轮发电机中发电机的转速与水轮机的转速相同，因为是一根轴。而小型机组中一般采用齿轮或皮带的传动装置使发电机转速高于水轮机的转速。 在整个电网中发电机的转速必须是同步转速，可由下式决定： f=n电*p/60 n电=60*f/p=3000/p (60*50/24=125转/分) n电：发电机的额定转速（r/min） f:：电流的频率，我国的标准为50周波（赫兹），又称为工频。 P：发电机的磁报对数,(2)调速器的分类和型号。 水轮机调速器按测速元件的不同型式可分为：机械液压式调速器、电气液压式调速器和微机调速器。 调速器的型号，由三部分代号组成： 第一部分：表示调速器的基本特性和类型、型号中的字母为汉语拼音的第一个字母。电气液压（D）、微机（W）、机械液压（无代号）。大型（无代号）、中型带油压装置（y）。双调整（S）、单调整（无代号）。调速器（T）。晶体管（J）、半导体（B）。 第二部分：阿拉伯数字，对中型调速器，是指额定油压下的接力器容量（kg.m）；对于大型调速器，是指主配压阀的直径（mm）。 第三部分的阿拉伯数字表示调速器的额定油压。25kg/cm2及以下者不表示。如40 kg/cm2 、60 kg/cm2。,1)机械液压式调速器： T100 单调整调速器，主配压伐直径100毫米。 ST100 双调整调速器，主配压伐直径100毫米。 YT3000 中型带油压装置单调整调速器，接力器容量3000kg.m。 2)电气液压式调速器： DT80 单调整电气液压式调速器，主配压伐直径80毫米。 DST80 双调整电气液压式调速器,主配压伐直径80毫米。 晶体管调速器，半导体调速器，已不采用。,2.油压装置 (1)油压装置的工作原理：水轮机调节系统的油压装置是利用空气的可压缩性，在油的容积变化时以保持调节系统所需要的一定压力，使调节系统和控制机构可靠运行。 它为机组的调速系统、蝴蝶阀或球阀及其它油压设备，提供压力油源。 油压装置的功能为: 1)储蓄液压动力，减少油的平均峰值要求； 2)滤去油泵流量中的脉动效应； 3)吸收由于负载突然变化时的冲击； 4)获得动态稳定性。 因此，油压装置压力油罐内油和空气的数量和压力，应该保证机组和所有机构在任何可能的工况下使调节和控制机构可靠运行。 油压装置的额定压力，随着机组容量的增加和制造水平的提高而不断提高，老式为1015 kg/cm2 ，现在普通采用2025 kg/cm2 ，而且有趋势提高到40 kg/cm2 、60 kg/cm2 ，甚至到70 kg/cm2 。,(2)油压装置的组成 由压力油罐、集油槽、带电动机的螺杆油泵和其他附件组成油压装置。 机械液压式调速器的油压装置有压力油槽式和川流式两种，前者适用于大中型电站，后者适用于小型水电站。 大中型油压装置的压油槽和集油箱分别安装；小型油压装置的压油槽装在集油箱之上。 大型油压装置的代号： YS：油压装置；数字：压力油罐的总容积，单位m3 YS0.6、11.6、1.72.5、48、1012.5、20、40中 小型油压装置的代号： GY：工人油压装置 数字：压力油罐的总容积，单位m3,(三)机组自动化元件简介 机组自动化元件简介是实现机组自动操作、控制、测量、保护的元件. 除农村小型水电站外，目前所有水电站均要求其动力设备、电气设备和辅助设备是自动化的。机组的启动、正常仃机、事故仃机的操作，以及整个机组的运行、维护都要达到无人值班或少人值守。 自动化元件的任务就是按生产过程的要求，将由前一元件所接受的动作或信号，在性质上或数量上自动加以适当变换后传递给另一元件。例如电磁配压伐，它可以把电流信号，通过电磁作用力操作配压伐，而配压伐的动作，经过液压能源的放大，就可以自动开启或关闭管道伐门。而控制信号可以是非电量（如压力、流量、温度、水位等）的变化；也可以是电流、电压的变化。 常用的自动化元件有：转速信号器、温度信号、压力信号器、液位信号器、液流信号器、剪断信号器、电磁伐和配压伐等。,三、水轮发电机,（一）概述,由水轮机驱动，将水轮机的机械能转换成电能的机器叫水轮发电机。它发出的电能通过变压器升压输送到电力系统中去。 水轮机和水轮发电机合称为水轮发电机组（或机组）。 1.水轮发电机的类型和型号 (1)按照机组布置的方式可分为卧式与立式。 卧式：适用于中小型的高速冲击式水轮发电机组及贯流式机组。 立式：适用于低速及中速的大、中型机组。 (2)根据推力轴承位置划分：立式水轮发电机可分为悬吊型和伞型.(受力点和结构型式不同). 悬吊型水轮发电机结构的特点是推力轴承位于上部机架上，把整个转动部分悬吊起来。大容量悬吊型水轮发电机装有两部导轴承，上部导轴承位于上机架内；下部导轴承位于下机架内。 也有取消下部导轴承仅有一部导轴承的。它的转速一般在每分钟100转以上。它的优点是推力轴承损耗较小，装配方便，运转稳定。缺点是机组较 高大，消耗钢材多。 伞型水轮发电机结构的特点是推力轴承位于下机架或水轮机顶盖支架上。导轴承有一个或二个，有上导轴承时称为半伞式水轮发电机；没有上导轴承时称为全伞式水轮发电机。 伞型水轮发电机的转速一般在每分钟150转以下。它的优点是上机架轻便，可降低机组及厂房高度，节省钢材。缺点是推力轴承直径较大，设计制造困难，安装维护较不便。,(3)按冷却方式可分为空气冷却式和水冷却式。 空气冷却式是将发电机内部产生的热量，利用循环空气冷却。一般采用封闭自循环式，经冷却后加热了的空气，再强迫通过由水冷却的空气冷却器冷却，参加重复循环。 水冷却的特点是将经过水质处理的冷却水，直接通入转子励磁线卷和定子绕组线卷进行水内冷，而转子励磁线卷与铁芯仍用空气冷却时，则称为半水内冷水轮发电机。若定子、转子均直接通入冷却水冷却时，则称为全水内冷式水轮发电机。 水轮发电机的型号。由代号、功率、磁极个数、定子铁芯、外径等数据组成。 SF：水轮发电机 SFS：水冷水轮发电机 L：立式（竖轴） W：卧式（横轴）,例：SFS150-48/1260 水冷式水轮发电机，功率150MW，48个磁 极，定子铁芯外径1260厘米。 励磁机（包括付励磁机）：供给转子励磁电流的立式直流发电机。(目前均采用可控硅励磁装置,取代了励磁机。) 永磁发电机：供水轮机调速器的转速频率讯号；供机械型调速器飞摆电动机的电源永磁机本身有两套绕组。,2.水轮发电机的基本部件 立式水轮发电机一般是由转子、定子、上机架、下机架、推力轴承、导轴承、空气冷却器、励磁机及永磁发电机等部件组成。 转子和定子是产生电磁作用的主要部件，其它部件仅起支持或辅助作用。发电机转动部分的主轴，一般用法兰盘与水轮机轴直接连接，由水轮机带动发电机的转子旋转。当转子的磁极线卷通入励磁电流时，由于转子的旋转，使定子线卷的导体产生感应而发出电流来。,(1)转子 发电机转子由主轴、转子支架、磁轭（轮环）和磁极等部件组成。 1)主轴 它是用来传递力矩，并承受转子部分的轴向力。通常用高强度钢材整体锻造。或由铸造的法兰与锻造的轴筒拼焊而成。 2)转子支架 一般可分成轮辐、轮臂两部分。它主要用于固定磁轭并传递扭矩，均为铸焊结构。 目前，半伞式大容量机组宜采用无轴结构的圆盘式转子支架，它分成转子中心体和外环组件，在现场组焊成整体。这种结构重量轻、轴向刚度大、稳定性好、传递扭矩大，并有利于通风，降低风损之优点。,3)磁轭（轮环） 它主要是产生转动惯量，固定磁极，同时也是磁路的一部分。转子直径小于四米的可用铸钢或整园的厚钢板组成。转子直径大于四米的则由35毫米的钢板冲成扇形片，交错叠压成整园，并用双头螺杆紧固成整体，然后用键固定在转子支架上。 磁轭外园“T”形槽，用以固定磁极。磁极在运转时，既要具有一定的转动惯量，又要承受巨大的离心力。在高转速大直径的机组中，扇形片采用500Mpa700 Mpa的高强度钢板冲成。,4)磁极 它是产生磁场的主要部件。它由磁极铁芯、励磁线卷和阻尼条等部分组成，并用尾部“T”形结构固定在磁轭上。 铁芯由1毫米1.5毫米厚的钢板冲片叠压而成，铁芯两端加极靴压板，并用双头螺杆紧固为一个整体。 励磁线卷由扁裸铜排或铝排绕成，匝间粘贴石棉纸或环氧玻璃丝布绝缘。 大型机组的转子绕组采用F级绝缘。转子绕组采用多边形铜排绕制成不同宽度矩形铜排焊接而成，以保证有足够的冷却表面。 磁极外缘扇形表面的表层内（又称极靴上）装有阻尼绕组（铜棒），它由阻尼铜条和两端阻尼环组成，阻尼环用铜软接头联成整体。阻尼绕组的作用是防止交流电中的三次谐波电流。 转子安装时，将各磁极间接头联成一个回路。,(2)定子 定子由机座、铁芯和线卷等部分组成。 1)机座 机座是固定铁芯的，但在悬式发电机中，它又是支持整个机组转动部分重量的主要部件。 它由钢板卷焊而成，机座应具有一定的刚度，以免定子变形和振动，并可承受发电机的短路扭矩。 大型机组的机座由于受到运输条件的限制，需采用分辨运输，现场组焊、定子铁芯现场迭压、定子绕组全部现场下线。,2)铁芯 一般由0.35毫米0.5毫米厚的两面涂有绝缘漆的扇形硅钢片叠压而成。空冷式发电机铁芯沿高度分成若干段，每段长约40毫米50毫米，分段处设“工”字形衬条隔成通风沟，以便通风散热。 铁芯上下端有齿压板，通过定子拉紧螺杆将硅钢片压紧。大型机组的定子铁芯直径大（三峡左厂定子外径21420毫米）、长度长，需要采取防止铁芯因热应力产生挠曲的措施，并使铁芯沿轴向温升分布均匀。定子铁芯除采用高导磁、低损耗的冷轧无取向硅钢片选片外，还需适当增加径向通风沟数，减少通风沟宽度，以保证有足够的冷却表面。 铁芯外园有鸽尾槽，通过定位筋和托板将整个铁芯固定在机座上。 铁芯内园有矩形嵌线槽，用以嵌放绕组线卷，用半导体热条和槽楔将线卷固定于嵌线槽内。,3)线卷 空气冷却的定子线卷用带有绝缘的扁铜线绕制而成，在其外面包扎绝缘。 定子线卷分迭绕和波绕两种。大型发电机常用波绕组。 大型机组定子绕组采用F级绝缘，绕组选择空换位或不完全换位，以减少环流损耗。这种换位方式对降低损耗及股线温差是行之有效的。,(3)上机架与下机架 由于机组的型式不同，上机架与下机架可分为荷重机架及非荷重机架两种。 悬式发电机的荷重机架即为安装在定子上的上机架； 伞式发电机的荷 重机架即为安装在定子下面的基础上的下机架。,(4)推力轴承 推力轴承需承受水轮发电机组转动部分重量及水推力。并把这些力传递给荷重机架。三峡左厂机组推力负荷达5500t。 常采用的有三种型式：刚性支柱式、液压支柱式、平衡梁支柱式。 推力轴承一般由推力头、镜板、推力瓦、轴承座及油槽等部件组成。 1)推力头 用键固定在转轴上，随轴旋转，一般为铸钢件。 2)镜板 为固定在推力头下面的转动部件，用钢锻成。镜板的材质和加工精度要求很高。与轴瓦相接触的表面，光洁度要求很高。 3)轴瓦 是推力轴承的静止部件，做成扇形分块式，轴瓦钢坯上浇铸一层锡基轴承合金，一般厚约5毫米。轴瓦的底部有托盘，可使瓦受力均匀。托盘安放在轴承座的支柱螺丝球面上，使其在运行中自由倾斜以形成楔形油膜。 4)轴承座 它是支持轴瓦的机构，能分别调节每块轴瓦高低，使所有轴瓦受力基本均匀。 5)油槽 整个推力轴承装置在一个盛有透平油的密闭油槽内。透平油即起润滑作用，又起热交换介质的作用。大型机组在油槽内设置水冷却器，来降低油的温度。,(5)空气冷却器 机组运行时，发电机线卷及铁芯将产生大量的热，为使其温度不致太高，密闭循环空冷式发电机就必需安装空气冷却器，用以冷却机组。 (6)励磁机 供水轮发电机转子励磁电流的励磁机，是专门设计的立式直流发电机。根据水轮发电机容量的大小及励磁特性的要求，有采用一台励磁机的；也有采用主、付共二台励磁机的。目前，大型发电机也有不用主、付励磁机的。它采用并励、静止可控硅励磁系统。励磁系统设备主要有：励磁变压器，可控硅整流装置、灭磁装置、励磁调节器、起励保护与信号设备组成（可控硅整流装置采用三相全控桥式结线）。,(7)永磁发电机 在励磁机或付励磁机上部装设永磁发电机。它的定子有两套绕组，一套供给水轮机调速器的转速频率信号；一套供给机械型调速器的飞摆电动机电源。根据机组自动化的要求，永磁发电机电源还用于转速继电器，实行自动并网，停机及机组制动等。 永磁发电机用永久磁钢（或铁淦氧）作磁极，因而它的磁场是固定不变是，它的频率、电压直接与同轴水轮发电机转速成正比。,(二)水轮发电机的安装,水轮发电机的安装程序随机组型式、土建工程进度、设备到货情况及场地布置的不同、起吊设备的能力不同有所变化，但基本原则是一致的。在一般施工组织设计中，应尽量考虑到同土建工程及水轮机安装进度的平行交叉作业，尽量做到少占直线工期，充分利用现有场地及施工设备进行大件预组装，然后把已组装好的大件，按顺序分别吊入机坑进行总装，从而保证了质量，加快了施工进度。,1.悬式水轮发电机的安装程序：见图7-3-2 预埋下部风洞盖板、下部机架及定子的基础垫板； 在定子机坑内组装定子并下线、安装空气冷却器。为了减少同土建工程及水轮机安装的相互干扰，也可以在安装间进行定子组装，下线；待下机架吊装后，将定子整体吊入找正。 待水轮机大件吊入机坑后，吊装下部风洞盖板，根据水轮机主轴中心进行找正固定。 把已组装好的下部机架吊入就位，根据水轮机的主轴中心找正固定，浇捣基础砼。并按总装要求调整制动器（风闸）顶部高程。 将上机架按图纸要求吊入预装，以主轴中心为准，找正机架中心和标高、水平，同定子机座一起钻铰销钉孔，再将上机架吊出。 在安装间装配转子，将装配好的转子吊入定子内，按水轮机主轴中心、标高、水平、进行调整。 检查发电机定、转子之间的间隙。必要时以转子为基准，校核定子中心，然后浇捣基础砼。 将已预装好的上部机架吊放于定子上基座上面，按定位销孔位置将机架固定。 装配推力轴承，将转子落到推力轴承上，进行发电机轴线调整。 联接发电机与水轮机主轴，进行机组总轴线的测量和调整。 调整推力瓦受力，并按水轮机迷宫环间隙定转动部分中心。 安装导轴承，油槽等，配装油、水、气、管路。 安装励磁机和永磁机。 安装其他零部件。 进行全面清理检查、喷漆、干燥、耐压。 起动试运转。,图732：悬式水轮发电机安装程序图,2.伞式水轮发电机的安装程序,四、进水阀,（一） 概述,根据运转的需要,可在水轮机输水管道的进水口和水轮机 前装设不同类型的截流装置。目前进水口经常采用的是快 速闸门；在水轮机前常采用蝴蝶阀、球阀、针形阀、楔形 阀等，统称为进水阀。它一般不作调节流量用（针形阀除外）。 1.进水阀的作用 (1)机组发生事故而导水机构又失灵不能关闭时，它紧急动 水中关门，以防止事故的扩大。 (2)进水管道或机组检修时，静水中关闭，切断水流。 (3)当机组长期停机时，静水中关闭，以减少水的漏损。,2.设置进水阀的条件 鉴于上述目的，设计规程规定是： (1)几台水轮机由一根输水总管供水时，单机要设之； (2)当水头高，输水管道长，主机容量大时，可以考虑； 一般是水头150m以上的单元输水管上要设之； 当水头小于150m时，安装进水阀应有特殊论证。 为了保证正常工作，对进水阀提出的要求是结构简单，工作可靠，有足够的强度和刚度，具有严密的止水装置，水力损失小，水流稳定，操作控制简便，经久耐用。动水关门不大于2分钟，阀门所处的位置通常是全开或全关，不宜部分开启，调节水量。一般情况下不允许动水开启。,(二)进水阀的类型,1.蝴蝶阀 蝴蝶阀阀板可绕水平轴或垂直轴旋转，水平轴的接力器位于蝶阀一侧；竖轴式接加器位于阀上部，它布置紧凑、占地少、操作方便。但结构复杂，需要轴向推力轴承，下部泥沙沉集很难防止。 操作方式： 手动：小型蝶阀用。 手动、电动：小型蝶阀用。 液压操作：常用于大中型蝶阀。 水压操作：属淘汰型，因为锈蚀不好解决。,蝴蝶阀的优点： 启闭力小、体积小、重量轻、操作方便迅速、维护简单。 蝴蝶阀的缺点： 阀全开时水头损失大；全关时易漏水。为了减少漏水，在阀体或阀板四周采用压缩空气的软管（围带）止水，不能部分开启。 它适用于直径较大、水头不高的管道上。目前世界上已制成的蝴阀最大直径为8.23米。主要组成部件：阀体、阀轴、活门、轴承及密封装置、操作机构（指接加器、转臂等）。,2.球阀 主要组成部件：阀体、阀轴、活门、轴承、密封装置、操作机构。球阀的名义直径等于压力钢管的直径。球阀适用于高水头电站。一般是横轴式。单球面多、双球面少。 球阀的优点是：水头损失少、止水严密，适用于高水头电站（100米以上），止水面磨损小。 缺点是：体积太大而重，价格较高。 操作方式：手动、手动电动两用，液压。 国内生产的直径为1.6米球阀，最高工作水头为400米；国外生产的1.1米球阀，最高工作水头为627米。,3.平板阀（楔形阀） 一般用电动或液压操作，它止水严密、运行可靠、启闭设备简单、维护方便。但外型高大，需较大的启闭力、动作慢，当部分开启时易产生汽蚀和振动，常用于小直径管道上。 4.针形阀（锥形阀） 冲击式水轮机大多用它，它可以部分开启，调节流量。,5.进水阀的附件 进水阀除本体主要部件外，还包括下列附件： (1)伸缩节 其作用是使钢管沿轴线自由伸缩，以补偿温度应力。用于分段式管道中。阀门处的伸缩节能使阀门拆卸，它装在阀门上、下游侧均可。小型伸缩节多用铸铁；大型伸缩节多用钢板焊接。 (2）旁通阀 装于阀门两侧压力钢管上，进水阀正常开启前，先打开旁通阀，将进水阀活门上游侧的压力水引入活门下游侧。接近平压后，再开启进水阀。和旁通阀相连接的旁通管的直径一般取用该压力钢管直径的1/10。 （3）空气阀 位于进水阀下游侧压力钢管的顶部。当开启旁通阀向下游侧充水时或打开排水阀放空压力钢管和蜗壳内的积水时，空气阀自动开启以排气或充气，使压力钢管内真空消失，以保护压力钢管不被外压破坏。 (4）排水阀 它在压力钢管最低点设置。排除管内积水，便于检修。,(三)蝴蝶阀实例,某工程蝴蝶阀直径4600mm，型式是：双平板、卧轴、双硬质密封、双偏心、蓄能罐、液压。阀体、阀板材质均为16MnR，阀轴材料为40Cr，阀体用锥面密封其材质为1Cr18Ni9Ti，阀板是球面密封，材质为316L。 设有液压自动旁通蝶阀，其直径为500mm，材质是Q235。操作油压16Mpa。 装有升降式的排气阀，直径为400mm，材质是Q245。 直缸摇摆式接力器，开启和关闭时间均为60S120S，水头损失0.23米，伸缩节为套管伸缩式。 漏水量：初期0.36I/min；保证期：2I/min 油压装置：型号4600YYZ（JLT），工作油压：16MP a，压油罐总容积0.9m3,压油箱容积2.5m3,用油量2.5m3。油泵的油压31.5Mpa。 蝶阀本体总重128t，年开闭1200次，无故障10000h，检修2h，故障率：1次/年.台。大修间隔6年，使用年限40年，可动水关闭。蝶板+阀轴需整体运输。,五、水力机械辅助设备,(一)油系统,油系统是为水电站用油设备服务的。它由一整套设备、管路、控制元件等组成。用来完成用油设备的给油、排油、添油及净化处理等工作。在水电站机组调节系统工作时，能量的传递及机组转动部分的润滑与散热等，一般都是用油作为介质来完成的。 具体讲，水电站油系统的任务是，用油箱（桶）来接受新油、贮备净油；用油泵给设备充油、添油、排出污油；用滤油机烘箱来净化油、处理污油。,水电站用油主要分为润滑油和绝缘油,润滑油的种类多，有汽轮机油（透平油）、空气压缩机油和机械油等。透平油的作用是润滑、散热以及对设备进行操作，以传递能量。 绝缘油主要包括变压器油、开关油、电缆油等。绝缘油的主要作用是绝缘、散热和消除电弧。,1.透平油系统,(1)供油对象 1)机组； 发电机的推力轴承油槽； 发电机下导轴承油槽； 油压操作的自动化元件； 油润滑的水轮机导轴承。 2)主机的调速器、油压装置； 3)油压操作的蝴堞阀及其它进水阀的油压装置； 4)透平油库油桶的事故排油等。,(2)供油方式： 1)单独系统； 2)与绝缘油共同使用一套滤油设备； 3)与邻近电站共用一部分设备。 (3)主要安装内容： 1)油泵、压力滤油机、离心滤油机、真空滤油机、移动式滤油设备等； 2)透平油桶、油罐、油箱及油池； 3)烘箱、油再生设备； 4)管路（明设、暗设）及其附件（弯头、三通、渐变管、管路的支吊架等）； 5)阀门； 6)设备、油桶、油罐、油箱的基础；设备安装吊环和设备支架； 7)管网的测量控制元件（温度计、液位信号、示流信号器、油混水信号器等）。,2.绝缘油系统,(1)供油对象 1)变压器； 2)油开关； 3)电压互感器等用绝缘油的设备； 4)绝缘油桶的事故排油。 (2)供油方式 1)单独系统； 2)与透平油系统共同使用一套滤油设备； 3)与周围电站、梯级电站共用一部分设备； (3)主要安装内容： 1)油泵、滤油机等设备； 2)绝缘油桶、油罐； 3)阀门； 4)管咱（明设、暗设），管路附件，管路支吊架； 5)设备、绝缘油桶基础、设备安装吊环等；,3.油化验室,油化验室设备及仪器、器具，应根据电站的规模、邻近电站及工矿企业的情况和业主单位的意见综合考虑而定是否设置，设置的规模、等级。,(二)压气系统,水电站所用的压缩空气，由专设的空气压缩机装置产生的。主要设备包括空气压缩机，电动机，启动装置、储气罐、测量控制表盘和自动化元件等。其附属设备有冷却装置、过滤装置和油水分离器等。测量和控制元件是保证用气设备所需空气的质量，数量、压力及空气压缩机的正常运行。将压气系统简介如下：,1.高压压气系统25kg/cm2 40kg/cm2，现为60 kg/cm2以上,(1)供气对象 1)油压装置用气（机组和油压操作的蝶阀、闸阀）； 2)高压空气开关、隔离开关及其它用气的电气设备； 3)气动操作阀用气等。 (2)供气方式 1)单独系统； 2)与低压压气系统互为备用。 (3)主要安装内容 1)高压压气机（空冷、如为水冷另有冷却水系统）、制动柜等设备； 2)高压贮气罐； 3)各种阀门； 4)管路（明设、暗设）、管路附件、管路的支吊架； 5)设备、高压贮气罐的基础、设备安装用吊环； 6)设备安装完毕的单机调整试验、高压压气系统的调试。,2.低压压气系统（7 kg/cm2及以下）,(1)供气对象： 1)机组制动（风闸）； 2)调相压水：把水压至转轮以下0.5米1.0米； 3)蝴蝶阀空气围带； 4)水轮机的水封装置； 5)机组、设备检修、管路检修、吹扫； 6)拦污栅防结冰吹气； 7)安装检修用风动工具； 8)压油槽的第一次充气。 (2)供气方式： 1)单独供气； 2)与高压压气系统互为备用。 (3)主要安装内容； 1)低压压气机（空冷、水冷）等设备； 2)低压储气罐； 3)各种阀门； 4)管路（明设、暗设）、管路附件、管路的支吊架； 5)设备、低压储气罐基础、设备安装用吊环等； 6)单机调试，整个系统的调试等。,(三)水系统,水电站的水系统，包括供水、排水、消防水及水力测量系统等。它是供机组的冷却水、润滑水、厂房及主要设备的消防用水，机组检修和厂坝渗漏排水以及水力测量系统等。 供水系统由水源、管道和控制元件等组成。根据用水设备的要求，保证一定的水量、水压、水温和水质。 水源由取水设备、水处理设备等部分组成。 管道是将水源引来的水流分配到机组各个用水设备处。再用各种控制元件，如阀门和各种仪表等操作供水设备和控制、监视管道中水流的运行情况。现将水系统详述如下：,1.供水系统,(1)供水对象： 1)机组一冷却、润滑用水： 推力、上导轴瓦冷却器； 下导轴瓦冷却器； 水轮机的水导瓦润滑； 发电机、励磁机的冷却器。 2)发电机的消防用水（一般要设置三个水源）。 3)厂房消防用水。 4)厂房生活用水。 5)水冷变压器用水。 6)水冷的空压机用水。 (2)主要供水方式： 1)自流供水：水电站水头在16米130米范围内采用此方式。 2)水泵供水：当水电站的水头低于15米，或高于130米时采用此方式。 3)射流泵； 4)混合供水：水头为10米20米的低水头水电站，采用此方式。,(3)主要安装内容： 1)水泵、射流泵、滤水器等设备； 2)阀门； 3)管路及吸、排水口（明设、暗设）、管路附件、管路支吊架； 4)自动化元件； 5)设备基础、设备安装用吊环等； 6)单机调试、供水系统调试。,2.排水系统,(1)厂房渗漏排水系统 1)排水对象 机组的冷却水、润滑水，不能排至下游或引入尾水管的那部分； 蝴蝶阀、伸缩节、蜗壳进入孔、尾水管进入孔、水泵、射流泵以及水管路、阀门等的渗漏水； 厂房水工建筑物的渗漏水。 2)排水方式 离心水泵、深井水泵、泥浆泵排水； 射流泵排水； 虹吸排水； 与机组检修排水合并为一个系统或互为备用。 3)安装内容： 离心水泵、深井泵、泥浆泵、射流泵； 阀门； 管路及吸、排水口（明设、暗设）、管路附件、管路支吊架； 自动化元件； 设备基础、设备安装用吊环等； 单机调试、排水系统调试。,(2)大坝廊道渗漏排水系统 1)主要排水对象：坝基、坝体渗漏排水。 2)主对排水方式： 离心水泵、深井水泵、泥浆泵排水； 射流泵排水； 与厂房渗漏排水系统合并或互为备用。 3)主要安装内容： 离心水泵、深井水泵、泥浆泵、射流泵； 阀门； 管路及吸、排水口（明设、暗设）、管路附件、管路支吊架； 自动化元件； 设备基础、设备安装用吊环； 单机调试、排水系统调试。,(3)机组检修排水系统 1)主要排水对象： 压力钢管内； 蜗壳内； 尾水管内 2)主要排水方式： 直接排水系统：离心水泵、深井水泵、射流泵、泥浆泵、排水系统； 间接排水系统：设有排水廊道； 潜水泵等临时设施排水； 混合式。 3)主要安装内容： 离心水泵、深井水泵、射流泵、泥浆泵、潜水泵等设备； 阀门； 管路及吸、排水口（明设、暗设）、管路附件、管路支吊架； 自动化元件； 设备基础、设备安装用吊环等； 单机调试、排水系统调试。 (4)机组冷却水、润滑水的排水系统 一般是排至下游或尾水管（略述）。,3.水力测量系统,(1)主要测量对象： 1)上游、下游水位； 2)机组流量或效率； 3)蜗壳压力、尾水管压力真空、顶盖压力真空； 4)进水口拦污栅堵塞监视； 5)钢管爆破信号等。 (2)主要测量方式： 1)接收器集中在中控室或发电机层； 2)分散设置。 (3)主要安装内容： 1)水位计、流量计、效率测定仪等测量设备、仪表、仪表盘； 2)阀门； 3)管路（明设、暗设）、管路附件、管路支吊架； 4)自动化元件； 5)设备基础； 6)试验调整。,（四）管路,在水电站中，要用管路来输送压缩空气、供水、排水、供油、排油等。常用的管材有：无缝钢管、有缝钢管（水煤气钢管、电焊钢管）、铸铁管、硬聚氯乙烯塑料管等。 有缝钢管，又称焊接钢管，分为水煤气钢管和电焊钢管。 (1)水煤气钢管：分黑铁管和白铁管（又称镀锌管），应用于小直径