灯泡贯流式水轮机基本结构及基本工作原理.doc

灯泡贯流式水轮机基本结构及基本工作原理第一节概述一、水轮机定义 水轮机是一种将水能转换为旋转机械能的动力机械。是一种水力原动。水轮机与发电机组成水电站的水轮发电机组，又称水电站主机组。二、水流的能量： E=Z+ 式中：E单位机械能，简称总比能（m）；Z单位位能，简称比位能（m）； 单位压能，简称比压能（m）； 单位动能，简称比动能（m）； 流速分布不均匀系数。三、贯流式水轮发电机组的基本特征： 1、水辙基本上沿轴线作贯穿机身的流动 全贯流：发电机转子装在转轮外缘上，其突出优点：水流畅通，水力损失小；转动贯量大（因发电机转子直径大）。缺点是转子密封结构复杂。 半贯流：发电机布置在竖井里（不是泡在水里），水轮机轴穿到水里与发电机相连，运行时水流绕过竖井，从两侧流向转轮。 轴伸式：前伸、后伸 灯泡式：导水机构斜向布置，导叶呈圆锥形分布，发电机安装在灯泡形的引水壳体内，直接由水冷却，并以空心的固定支柱（即固定导叶）作为进出机组的内部通道。灯泡体外尺寸越小，由水流性能越好。贯流式与轴流式水轮机相比具有以下特点：1、过流部件简单。由于其过流部件简单，因而其水力损失较小，过流能力较大，它消除了立式机组蜗壳及肘管所形成的弯曲流道，从而减小了由此产生的附加水力损失。2、结构紧凑。由于无蜗壳、座环及顶盖等大件，使机组间距缩小，厂房建筑面积相应减少；且因其是卧轴布置，厂房起吊高度比立式机组低得多。3、能在极低水头下运行。4、机组尺寸相对庞大，特别是全贯流及灯泡贯流式水轮机，其结构较复杂，发电机在水下的密封和防潮问题，均有特殊的要求。四、水轮机牌号及其标称直径 第一部分 第二部分 第三部分 345转轮标称直径D1（cm） 水室特征：用汉语拼音字母表示 轴布置型式：用汉语拼音字母表示水轮机形式：用汉语拼音字母表示转轮型号（比转速代号）：用阿拉伯数字表示例如：红花水电站水轮机型号：GZ（840）WP590表示：水轮机转轮型号为840，水轮机形式为贯流式，大轴布置形式为卧轴布置。引水室为灯泡式的引水安，水轮机的标称直径为590cm。第二节灯泡贯流式水轮机结构及其工作原理同其他形式水轮机一样，主要有以下四部分组成：埋入部分、固定部分、转动部分和油水气辅助设备部分。附图：水轮发电机组总剖面图。一、埋入部分：主要有管形座、尾水管、管形座管形座是整台机组的安装基准，水轮机导水机构内导流环、发电机定子。组合轴承都固定在管形座的法兰上。它既是流道，又是整水轮发电机组的主要承重部件（主支撑）。运行中机组大部分重量及上部混凝土重量、水压力、浮力、正反向轴向水推力和发电机扭矩等载荷都由管形座承受，并将这些载荷传递到基础混凝土上。它还作为布置油、水、气管道和电气线路、工作人员进入水轮机仓的通道，同时还作为水轮机小部吊物孔。管形座由内壳体、外壳体、上部竖井和下部竖井组成。内、个壳体通过上、下竖井组成一个整体，由钢板焊接而面。外壳体具有加强筋板和许多锚钉以增加其机械刚度及与混凝土连接的强度，使其能够把水推力、旋转扭矩及发电机短路电流引起的转矩传递到基础上。外壳体上游侧与流道衬板焊接，下游侧与导水机构的外导环（法兰）连接。内壳体上游侧与发电机定子机座和组合轴承机架分别把合连接，下游侧与导水机构内环把合连接。上、下部竖井为主要受力部件，它必须有足够的强度和刚度。竖井内部为水轮机进人孔及电缆、油水气管道的布置通道。、尾水管：是用钢板卷制成的锥形扩散管，主要作用有：使水轮机出流顺畅，使从转轮流出的水流顺畅地排到下游；利用静力真空（当转轮装于下游水位以下时发生）；利用动力真空：由于其断面是逐渐扩散的，因此可以回收转轮出口水流的部分动能所形成的动力真空，从而增加水轮机的工作水头。二、固定部件导水机构及导叶接力器。转轮室、伸缩节、轴承、主轴密封装置、受油器等。、导水机构作用：操作机组的启动与停止；并列运行时通过调节进入水轮机的流量，改变机组出力的大小。机组过速时，快速关闭导水叶，防止机组飞逸。其主要有内导流环、外导流环、导水叶、传动机构（拐臂、连杆、控制环、重锤等）、导叶接力器组成。控制环由两个直缸接力器带动，接力器动作时，控制环绕机组轴线作环向局部运动，其工作原理如附图图12所示。导水机构为锥形结构，其锥顶角一般为60。导水叶具有自关闭趋势（在导水叶设计时，有意使导叶轴颈存在较大的偏心距，这样在运行时水流作用有一个朝关闭方向的不平衡力矩，当单个导叶失去控制，如剪断销破坏，该导叶在不平衡力矩的作用下，借助于导水叶的水力矩及重锤的作用，可以保证导水叶自行关闭。外导环上游侧与管形座法兰把合，下游与转轮室法兰把合；内导环上游侧与管形座把合，下游侧与导流锥把合。活动导叶装配于内、外导流环之间，每个轴颈都铺焊不锈钢保护层，安装于内导流环之间，每个轴颈都铺焊不锈钢背聚甲醛制作。安装于外导环的轴承采用球铰结构。导叶内、外轴颈的密封为O形橡胶密封圈。导叶在最大开度位置有限位块。在导叶轴的外侧安装转臂、导叶键（传递扭矩）、端盖、调整螺钉（导叶端部间隙调整）。连杆的两端都采用球铰轴承，分别与转臂、控制环连接。连杆分为普通连杆和安全连杆两种：对普通连杆，一般安装剪断销信号装置，在关闭过程中，如果导叶被卡，剪断销被剪断，该导叶不能继续关闭，但是不影响其他导叶的关闭。剪断销剪断后，其内部的电气接点被短接，以出故障报警信号。对于弹簧式安全连杆，在关闭过程中如果导叶被卡，此时弹簧发生拉伸变形，连杆折弯，导叶位移变送器发生信号，此时可终止关机，并控制导叶再次开启以增加导叶之间的间隙，利用水流把杂物冲走，然后继续执行导叶的关闭操作。若水流不能将杂物冲走，然后卡在导叶之间，由该导叶所在的安全连杆机构的弹簧在弹性范围内被继续拉伸而不影响其他导叶的关闭操作。活动导叶的密封：立面密封：在导叶与导叶之前的搭叠面上（全关状态）铺焊不锈钢，并通过精加工以使其搭叠间隙最小，以此构成钢性密封。端部密封：导叶内、外两端面与内导环之间都为球面，其球面间隙小，其上内侧为2.2mm，外侧为1.5 mm，而且不管导叶在哪一个位置，都能保持良好的密合关系，使停机状态下的漏水量达到允许值以下。附图：导水叶结构图。、转轮室和伸缩节：转轮室由钢板焊接而成，外面附有足够的加强筋板。转轮室与浆叶的相关部分为球面，在高速水流通过时，由中间隙小，易产生间隙气蚀。因此在加工时选用不锈钢衬板作为喉管部分的衬料，提高抗气蚀能力。转轮室的上游侧与外导流环通过法兰把合，下游面与伸缩节把合。伸缩节由活法兰、密封材料和密封压盖组成，它安装于转轮室与尾水管之间，允许转轮室纵向伸缩20mm，这样便于转轮室的拆卸和安装。二、工作部件、转轮与HL式水轮机相比，由于浆叶为悬臂结构，承载能力远比HL式低，因此只适用于低水头大流量工况下远行。主要有转轮体（轮毂）、浆叶、密封装置、转臂、操作机构、反馈机构、泄水锥等部件组成。附图：转轮装配图装配关系（与操作油管及受油器的连接）浆叶枢轴密封为多道V形橡胶密封，另有弹簧补偿装置及旋转时的离心力等所引起的复合应力。因此浆叶的设计是按等强度原则，把浆叶从边缘到根部逐渐加厚。浆叶枢轴密封为多道V形橡胶密封，V形橡胶密封圈由弹簧和油压（轮毂油箱的静油压）双重作用使其张紧（磨损补偿）。这样即使在长期运行过程中产生磨损，也能保证浆叶法兰不漏油。从GZ（B14）WP640转轮装配图可见，即使V形密封损坏，也不需要拆卸浆叶就能进行更换，这无疑具有十分重要的意义。转轮体与主轴通过销钉传递扭矩。转轮体内的油轮毂油箱通过受油器后经轮毂供油管到达转轮体内，由与轮毂油箱与转轮体的垂直高度高于流道内压力水的水柱高度，因此，轮毂油箱作用于转轮体的静力油压始终高于流道中的水压力，防止转轮体内进水。思考：如果轮毂油箱位置过高会出现哪些影响？工作原理：当受油器开腔连通压力油，关腔连通回油时，压力油经操作油管与轮毂供油管之间的空腔、转轮活塞杆通流孔进入活塞的右侧。由于活塞与活塞杆、活塞杆与转轮体用螺栓连接成一体，而转轮体是不能位移的，所以活塞缸在油压作用下右移，通过连臂机构使转臂发生偏转。转臂的偏转又使得浆叶跟着偏转（打开方向）。当活塞缸右移时，浆叶位置反馈杆、反馈板以及轮毂供油管也跟着右移。这时一方面在受油器上的浆叶开度指针跟着右移，指示浆叶的当前开度，另一方面安装在受油器末端的浆叶位移传感器钢带被拉长，使传感器输出的模拟量发生变化调速器浆叶开度仪表显示当前浆叶的开度。汉受油器关腔连通压力油、开腔连通回油时，各部件的动作过程与之相反。由于转轮彩活塞固定、接力器缸移动的方式，使浆叶开度改变时操作油管不产生轴向运动！（可减小油器的磨损）转轮静平衡、主轴主轴由彩通过热处理的20siMn钢整体锻造而成，中空结构，两端法兰分别与水轮机转轮和发电机转子相连接。其作用：传递扭矩（把水轮机转轮所获得的转矩传递给发电机转子）；承受机组转动部分的重量以及水推力；作为压力油通道和轮毂油通道。主轴结构：两端法兰及其抗剪措施（摩擦力、螺栓预紧力）径向轴颈镜板水导轴颈密封抗磨面甩油环甩水环主轴护套、主轴密封装置盘根结构（取聚四氟乙烯浸渍碳纤维填充，水润滑，用水量20L/min，水压0.150.8Mpa）、受油器受油器是抒来自调速器浆叶主配开、关腔压力油接入浆叶接力器，实现浆叶的开启或关闭（由调速器控制），以及把来自高位油箱的重力油接入转轮无压腔，确保尾水流道的水不会进入转轮体内的部件。受油器的浮动瓦结构（浮动瓦可以径向摆动，吸收操作油管或连接体的运行摆度，减小瓦面磨损）。它主要由受油器体操作油管、连接体、浮动瓦、前端盖、后端盖、甩油环、轮毂、开度指示器、传感器、支撑等组成。受油器安装在发电机轴端。其中受油器操作油管安装在连接体上，连接体安装在主轴法兰上（见附图：发电机装配图）。受油器体独立支撑。受油器还设有漏油回收和排出管道，漏油管和排油管分别接到漏油箱和回油箱。为防止轴电流，受油器与主轴、支撑、各侧油管的连接面上都应绝缘，其对地绝缘电阻应0.3M受油器工作原理见附图：受油器装配图。受油器的常见故障有四、辅助设备系统水轮发电机组的辅助设备系统是为了满足机组能够持久、可靠、稳定和安全的运行的一个相对独立的系统。它由三个既独立又相互联系的分系统组成：油系统、水系统、压缩空气系统。1、油系统水轮发电机组的油系统由调速系统和润滑系统两部组成，其中前者由导叶操作系统和将叶操作系统组成；后者由轴承润滑系统和高压顶起装置两部分组成。调速系统的额定油压6.3Mpa，透平油牌号：LTS68.调速系统由调速器、油压装置、导叶和浆叶接力器、油压管路及附件组成。（见附图机组油气水系统图）油压装置的输出没一压是调速器和机组自动化液压控制元件的压力油源。从压力油罐出来的压力油有两个去向：一个去调速器，一个去自动化液压控制元件。进入调速器的压力油又分两路：一路通过导叶操作管路、阀门控制两台接力器的活塞位移，以此来控制导叶的开启或关闭；另一路通过受油器、主轴内腔的操作油管进入转轮接力器，以此来控制浆叶转角的开启或关闭。为确保机组运行的安全可靠，防止机组出现飞逸等异常情况，在导叶操作油管的开启侧设置了分段关闭阀和重锤关机卸压阀。当机组出现异常情况，导水机构不能正常关机，且调速器主配压阀拒动，转速上升超过允许值时，经1秒延时紧急事故停机继电器动作旁通阀、事故排油阀动作阀3开启（导通）接力器开腔管路经阀3、事故排油阀与回油箱连通重锤及导叶自关半水力矩共同作用导叶关闭。分段关闭装置设置目的：当机组甩负荷时，如果导叶关闭速度过快，转速下降也快，俣流道水压上升率就高（水击），这无疑对灯泡体及其他设备不利。如果导叶关闭速度过慢，水压上升率虽低，但机组转速必然过高。为机组转速上升率和流道水压上升率都能符合安全技术，在调速器和导叶接力器之间的管路上安装分段关闭装置。作用：在机组甩负荷时，由调速器关机，依靠凸轮机构使导叶接力器由一段直线关闭规律改变为二段折线关闭规律。即接力器活塞移动的速度为：第一段仍按调速器原先整定的关闭速度移动；第二段则节流口大小整定的速度移动，从而使机组转速上升率和流道水压上升率都得到控制的目的。此外还减轻了停机时的反水锤对机组的损害。图：凸轮机构未接触液压阀断开导叶慢关凸轮机构接触液压阀导通导叶快关工作原理：如图所示，开机时从调速器来的压力油进入接力器开启腔，接力器关闭腔则经单向阀至回油腔，因此开机时间的快慢完全由调速器整定。关机时，在第一段，由于凸轮机构把电磁液压阀顶至左端，此时从调速器来的压力油经电磁液压阀进入接力器，导叶按整定的关闭速度关闭。在导叶反馈钢丝绳的拽引下，凸轮机构上移，当凸轮上移到拐点时（拐点位置可根据需要调整），电磁液压释放，此时从调速器来的压力油不能通过电磁液压阀，只能从节流阀通过。由于节流阀阀口的大小可调，阀口越小，第二段关闭时间就越长，反之就越短。阀口的大小（第二段关闭时间）一般由厂家给定。两段关闭规律如下图所示：1001005050 拐点0t（秒） 0t(秒)导叶直线关闭规律导叶两段关闭规律回复机构：其作用是把接力器行程通过固定在接力器活塞杆上的钢丝绳带动主令控制器，把导叶开度变成电信号反馈至调速器。浆叶反馈原理与导叶相同。、轴承润滑油系统轴承润滑油是现调速系统完全分开的独立系统。该系统由轴承润滑油系统和高压顶起装置组成。轴承润滑油系统包括轴承高位油箱、轴承回油箱、轴承供油泵、油冷却器、轴承油量调节器、流量传感器等组成。轴承润滑油系统提供水导轴承、发电机径向轴承以及推力轴承所需的润滑油。轴承润滑油的循环路线：轴承高位油箱导轴承和正反推力轴承回油箱油泵油冷却器轴承高位油箱。为了供油的可靠性，设置两台油泵，一台连续工作，另一台热备用。高位油箱的润滑油通过供油管道的液压阀分别经流量调节器向各个轴承供油。当油泵因故障停止供油后，其容量能保证机组继续安全运行5min。轴承高位油箱和回油箱都装有液位信号器，以监视油箱油位正常与否。回油箱中装有电加热器（有些不装），当油温低于15时起动加热器，高于20时停止加热器。机组停机后，通过轴承进油管路上的液压阀切断供油。高压顶起装置包括两台（古顶）或四台（红花）高压齿轮油泵，滤油器、压力开关、针形调节阀。在机组启动过程和停机过程投入使用，保证轴承在你转速运转过程中不被烧坏。机组运行中由于某种原因使振动过大，油温过高，或者由于环境温度过高，润滑冷却效果不良，或者对烧瓦修复后存在投运初期，也可考虑人为的投入高压顶起油泵，待瓦温稳定后再将其退出。、水系统循环冷却供水系统如下图所示：循环冷却供水系统图冷却设备主要有：水泵（两台），空气冷却器（六个）、油冷却器（两台）、冷却套、均衡水管、管路及其附件、自动化元件等。两套循环水泵互为备用，个空气冷却器和个油冷却器并联运行，在水泵的出口处设有电接点压力表、流量变送器。循环路线：水泵空冷器冷却套水泵油冷却器均衡水箱作为冷却水系统初次充水的水源和水系统水量变化（随水温变化）的平衡体，从水泵的进水处将均衡水箱的水引入。主轴密封供水系统主轴密封润滑水引自电站的生活用水（保证是清洁水），经电磁阀、滤水器、示流信号器，向主轴密封装置供水。供水压力为0.150.25Mpa，供水量约20L/min，砂粒直径30m。机组排水系统（略）、压缩空气系统压缩空气系统分为低压系统和高压系统。低压系统用于机组的制动用气、围带用气和检修、吹扫用气。高压系统用于油压装置压力油罐用气。第三章 灯泡贯流式水轮发电机组基本结构及其工作原理灯泡贯流式水轮发电机组主要由定子、转子、组合轴承、通风冷却系统、灯泡头、制动装置、辅助支撑、自动化系统发及部件组成。一、定子定子由机座、铁芯、线圈等部件组成。定子机座下游侧现管形座把合，上游侧与冷却锥把合。定子铁芯彩50WW290低损、优质硅钢片叠合而成。硅钢片的两面涂刷固化时间短、收缩率小（防止铁芯热胀冷缩后松动）的F级绝缘漆。定子线圈彩第式波绕组，星形连接，单（双）去路，线圈的包扎材料为F能绝缘。绝缘等级极限工作温度绝缘材料备注Y90沥清A105E120B130环气氧F155桐马胶H180C高于180二、转子转子由转心体、支架、磁轭、磁极、制动环板等部件组成。中心体与支架（轮辐）、磁轭焊接成一体，T形结构，（东方厂的为风车形结构，更有利于通风散热，但制造复杂麻繁）。制动环板安装于下游侧。磁极：由磁极铁芯、磁极线圈组成。磁极铁芯用薄扎冲片叠压而成，并用端板压紧。磁极线圈用紫铜排焊接而成，匝间垫以F级绝缘纸，与铜排热压成一体。磁极彩螺栓直接挂装于磁轭上。磁极线圈按串联方式连接，其首尾用电缆接至集电环上。转子通过其中心体法兰与主思连接，用铰制螺栓（或平键）定位并传递扭矩。三、组合轴承发电机轴承是集正、反向推力轴承及导轴承为一体的组合轴承。组合轴承通过轴承支架安装于管形座上。组合轴承主要承受机组转动部分的径向载荷及水轮机的正反向水推力。发导轴承与水导轴承位于发电机转子和水轮机转轮之间，形成双悬臂结构。组合轴承由轴承的支撑骨架、球座