某电站水泵水轮机设备结构ppt课件.ppt

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 1 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 2 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308816I 水机部分立体图片及水车设备图片 3 4 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 5 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 还有飞逸特性 水推力特性 导叶水力矩特性 参考1 转轮图片 仰视 转轮下迷宫 转轮与水机轴图片及典型气蚀图片 6 7 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 8 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ENDSEAL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 参考3 导叶套桶图片及顶盖抗磨板图片 9 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孔 10 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 11 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 并非螺栓的剪切力 参考5 转轮与水机轴图片 12 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STERLINGWTMECHANICALSEAL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 ENDSEAL 不锈钢转动环 操作环限位块 导向杆 气合塞系统 测温RTD ENDSEAL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ENDSEAL等设备组合在一起形成操作腔 13 ENDSEAL的材料为纤维树脂合成物 COMPOSITEFIBRERESIN 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 ENDSEAL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ENDSEAL形成一对面密封的运动付 14 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ENDSEAL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 15 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 水压比值不变 以就是说操作环由于尾水水位的变化而受到影响很小 16 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EndSealEndSeal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ENDSEAL内部直接进行冷却及转动环面积增大 传热 冷却效果会更好 17 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ENDSEAL与转动环之间的配合 参考6 1 主轴密封图纸25041GAS 新 主轴密封图纸2481GA 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淹事故和机组不排空尾水而能对主轴密封进行检修所设置 18 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密封 这样会磨损坏橡胶材料制造的空气围带 参考6 2 检修密封图纸321000及控制表盘图片 19 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 设定值为75 一只温度传感器及一只现地显示温度表 20 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 21 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旋转油盆 只有当机组旋转速度大于15 Nr 额定转速 时 离心力才能把油压至上油腔 并且随转速升高上至上油腔的油流量增大 22 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 上油腔中的油通过瓦盖下部的孔到达水导瓦的油沟 在轴的旋转作用和油的粘滞作用下 润滑油沿着楔形油口进入瓦面进行冷却润滑 然后润滑油回到旋转油盆 如此循环 23 运行参数 大轴摆动 报警值250 m 跳机值为450 m 延时3s动作 水导瓦温度 报警值70 跳机值为75 延时2s动作 油温 报警值65 跳机值为70 油位 上油腔 150mm高报警85mm低报警 参考7 图纸315332 水导瓦座图片 水导瓦图片及水导瓦盖等图片 24 八 导水叶及操作机构用来操作控制导叶活动的机构 包括 两个摇摆式接力器 控制环 连块 拐臂与摩擦装置 导叶全关位置锁锭等 1 导叶作用是切断控制水流 调节机组流量从而调整机组出力每台机装有26个导叶 高度262mm 由CrNi134不锈钢材料制造 有三个径向导轴承和一个推力轴承 用来限制导叶的径向和轴向位移 安装在导叶上下端轴轴套内及底环上 导轴承采用具有自润滑功能的DU合金材料 由流道中的压力水来润滑冷却 推力轴承用来支承导叶重量和调整导叶的上下端面间隙 为防止输水道内的砂石等进入轴承内部损坏轴承 在导叶根部上下位置装有青铜的挡砂环 25 导叶进 出水边上下端上装设青铜材料的密封条 以减少导叶的漏水量 导叶立面靠导叶本身的金属面密封 由接力器预紧行程来调整立面间隙 设计间隙值应为零 参考图纸导叶316182 导叶下端推力312431及图片 2 接力器与控制环导叶接力器由油压操作 受调速器系统控制 液压缸体和基础座 控制环之间采用球面轴承联接 因此液压缸可以摆动和自动调心 为了调整导叶立面间隙 在安装时 先使接力器预开7 5 8 0mm的行程 导叶调整在全关位置 然后安装拐臂 连杆等 这样当接力器行程为零时 接力器就给导叶一个全关预紧力 达到良好的密封效果 控制环亦称调速环 它把接力器的操作力传递给各导叶 并使各导叶同时作开关动作 连板和控制环 连块和拐臂之间均采用球面轴承连接 参考图纸接力器314322 控制环312042 连块312044及图片 26 3 摩擦装置由摩擦垫片 拐臂压块 紧固螺钉 位置开关等组成 动作时滑开相当于剪断销被剪断的作用 设计原理 利用最大静摩擦力F静 S N的临界特性来实现 即当传递的力矩不超过最大静摩擦力产生的力矩时 导叶能够随接力器开关来控制 当传递的力矩超过最大静摩擦力产生的力矩之后 水平拐臂通过摩擦垫片与导叶滑开 仍然随接力器运动 而该导叶则被卡住停下 不再受接力器的控制 以此来保护导叶不受到损坏 同时在摩擦力作用下也不会发生摆动而损坏到其它设备 如固定导叶等 机组在运行状态下 通过接力器的开关来推拉控制环运动 控制环带动连块一起运动 连块又通过由水平拐臂等组成的摩擦装置带动导叶一起开关 从而控制蜗壳中水的流量 27 当导叶之间有异物如 木块 大树枝等被卡住不能通过 在接力器关闭时 异物被关闭的导叶越夹超紧 其产生的反方向力矩超过导叶摩擦装置所产生的最大静摩擦力力矩后 水平拐臂与导叶之间通过摩擦垫片滑开 水平拐臂仍然在连块的带动下运动 而相应的导叶和摩擦装置拐臂压块不再运动 而在该位置停下 同时位置开关动作 发出报警信号 对于5 18 导叶的MGV 虽然有两个摩擦垫片 但在发生异常情况时滑开的是上部的一个 下部的是只起到传递力矩的作用 4 非线性不同步导叶 MGV 为了解决本厂机组在低水头空载下不稳定运行和带负荷过程中的逆功率的问题 在5 导叶和18 对称导叶位置增加了两套导叶预开装置 本装置包括2个小接力器 2个剪刀形拐臂 1个防止导叶过开的液压阀和预开导叶控制阀门 28 当导叶之间有异物如 木块 大树枝等被卡住不能通过 在接力器关闭时 异物被关闭的导叶越夹超紧 其产生的反方向力矩超过导叶摩擦装置所产生的最大静摩擦力力矩后 水平拐臂与导叶之间通过摩擦垫片滑开 水平拐臂仍然在连块的带动下运动 而相应的导叶和摩擦装置拐臂压块不再运动 而在该位置停下 同时位置开关动作 发出报警信号 对于5 18 导叶的MGV 虽然有两个摩擦垫片 但在发生异常情况时滑开的是上部的一个 下部的是只起到传递力矩的作用 4 非线性不同步导叶 MGV 为了解决本厂机组在低水头空载下不稳定运行和带负荷过程中的逆功率的问题 在5 导叶和18 对称导叶位置增加了两套导叶预开装置 本装置包括2个小接力器 2个剪刀形拐臂 1个防止导叶过开的液压阀和预开导叶控制阀门 29 5 导叶全关位置锁锭装置为防止机组在停机状态与机组检修时导叶误打开而造成事故 本厂设置了导叶全关位置锁锭装置 分液压锁锭与机械锁锭 液压锁锭在机组开机时退出 停机后投入 靠调速器油系统控制 参与机组开停机程序 机械锁锭是在液压锁锭投入后 一般在机组检修或者设备缺陷处理时才现地手动投入 参考 导叶全关位置锁锭装置316524及图片 30 6 导叶在机组跳机 甩全负荷 时的关闭规律 1 PO工况跳机时 断电导叶直线快关 防止压力钢管水流倒流 2 GO工况跳机时 先快后慢 防止机组转速上升过高 减少水击压力 减少尾水管负压 由调速器系统来实现完成 31 九 尾水管分直锥段 肘管段 水平段及扩散段 均为钢板卷制焊接结构 作用是形成水道 水轮机工况时还用来形成动态真空 回收水的动能 并把水引向下游 直锥管段是可拆卸的 上设有尾水管进人孔 通过该孔向下进入尾水管检查或者尾水事故闸门的检修 其上有四个小孔方便搭建检修平台 向上可以检查处理转轮气蚀或者通过转轮叶片测量导叶间隙 还有尾水压力测量孔和尾水调相压水工况时的压气管 肘管段与水平段上设有水环排水管 顶盖均压管 机组技术排水管 通过长柄电动阀来操作控制的尾水排水管各1根及2根用来测量机组效率的测压管 扩散段有机组单元技术供水取水管1根 尾水管压力测量管4根 用来测量水泵工况流量 参考9 图片