第一章-灯泡贯流式水轮机的结构

1 第一章 灯泡贯流式水轮机的结构 灯泡贯流式水轮机是贯流式水轮机的主要类型之一 1919 年初 美国工程师哈尔扎 Harza 首先提出其设计理念 经过瑞士爱舍维斯公司 Escher Wyss 公司近 20 年的研究 于 1936 年研制成功 并开始生产 该水轮机应用水头一般在 25m 以下 主要应用于潮汐电站 近年来逐渐 应用到江河上的低水头电站 贯流式水电站是开发低水头水力资源较好的方式 它与中 高水头水电站和低水头立轴的轴流式水电站相比 具有如 下显著的特点 1 效率高 结构简单 施工方便 贯流式水轮发电机组从进水到出水方向基本上轴向贯通 不拐弯 流道尺寸大而短 过流通道的水力损失少 效率高 结构简单 施工方便 2 尺寸小 贯流式水轮机有较大的比转速 所以在水头和功率相同的条件下 贯流式水轮机的直径要比转桨式水轮机的小 10 左右 3 土建投资少 贯流式水电站的机组结构紧凑 与同一容量的轴流转桨式机组相比 其尺寸较小 可布置在坝体内 取消了复杂的引水系统 可以减少厂房的 建筑面积 减少电站的开挖量和混凝土用量 根据有关资料分析 土建费用可以节省 20 30 4 运行方式多 贯流式水轮机适合作可逆式水轮机运行 由于进出水流道没有急转弯 使水轮机发电和抽水均能获得较好的水力性能 它可应用于潮汐电站 具有双向发电 双向抽水和双向泄排水等 6 种功能 因此 很适合综合开发利用低水头水力资源 5 见效快 贯流式水电站一般比轴流式水电站建设周期短 投资小 收效快 淹没移民少 电站靠近城镇 有利于发挥地方兴建电站的积极性 第一节 贯流式水轮机的分类及简介 贯流式水轮机组按总体布置方式的不同可分为以下几种 1 全贯流式 2 灯泡贯流式 3 竖井贯流式 4 轴伸贯流式 第 1 页 5 虹吸贯流式 按运行工况不同可分为以下 3 种 1 单向贯流式 2 双向贯流式 3 可逆贯流式 一般习惯按总体布置方式的不同来分类 而很少按运行工况分类 所以本节按总体布置方式的不同分类 介绍贯流式机组的类型 一 全贯流式水轮机 全贯流式水轮机的流道平直 水流可沿轴向一直流过导叶 转轮叶片和尾水管 故称为全贯流式水轮机 也称为直线流动的水轮机 管型水 轮机 由于全贯流式发电机转子布置在水轮机转轮的外缘 故称为轮缘贯流式水轮机 如图 1 1 所示 2 世界上第一台贯流式水轮发电机是全贯流式水轮机 由瑞士爱舍维斯 EscherWyss 公司于 1937 年制造 并安装在德国的莱茵河上 单机容 量 为 1753kW 转轮直径为 2 05m 经过若干次改进 目前单机容量最大的全贯流式机组也是由爱舍维斯公司制造 安装在加拿大的安纳波利 斯电站 于 1983 年投产发电 该机组最大出力达 20MW 转轮直径 7 6m 最大应用水头 7 1m 目前全世界已有 100 多台这类机组投入运行 由于全贯流式水轮机的发电机密封止水较困难 因此它在世界上应用不多 我国应用得更少 目前正在研制 500kW 的机组 已通过鉴定 正在运 行的机组有 1958 年哈尔滨工业大学试制的功率为 200kW 的全贯流式水轮机 该水轮发电机组安装在黑龙江青年水电站 湖北白莲河水库渠首的 机组容量为 120kW 转轮直径 1 2m 最大运行水头 5m 全贯流式水轮机的优点是 无传动轴 结构紧凑 便于整装 这可直接放在溢洪道内或大坝溢流段的下部闸墩内 因该机组的发电机布置在过 流道以外的宽敞处 所以通风好 检修方便 当发电机布置在轮缘外时 转子飞轮力矩大 运行易于稳定 实际上这类机组的发电机转子和水轮机 的转轮已经结合为一体 所以厂房跨度很小 可节省大量土建投资 第二章 灯泡贯流式水轮发电机的结构 灯泡贯流式水轮发电机由贯流式水轮机驱动 贯流式水轮机是一种带有固定或可调转轮叶片的轴流式水轮机的特殊型式 它的主要特征是转轮 轴线采取水平或倾斜布置 并与水轮机进水管和出水管水流方向一致 整个机组置于水中 贯流式水轮发电机具有结构紧凑 重量轻的优点 发电 机总体结构通常采用两支点悬吊型结构 发电机与水轮机共用一根主轴 发电机通风冷却系统通常采用径 轴向混合强迫通风冷却方式 灯泡贯流 式水轮发电机主要包括定子 转子 泡头 组合轴承 位于水轮机的上游侧 泡头与定子相连 定子与水轮机座环相连 水轮机座环作为发电机定 子及泡头的主要支撑 为增加机组刚度 防止振动 在泡头部分设有辅助支撑 转子为无轴结构 悬垂于水轮机主轴上 第一节 灯泡贯流式水轮发电机定子的结构 一 定子结构方式 目前 灯泡贯流式机组定子结构采用较普遍的结构方式 定于机座式结构方式和定子贴壁式结构方式 1 定子机座式结构方式 该结构方式与一般立式机组相同 发电机定子铁心叠压成形后 通过螺栓将其固定在定子机座上 定子机座再同灯泡体外壁结合在一起 如图 2 1 所示 这种结构方式的优点是定子机座机械强度高 运输中变形小 发电机定子安装容易 适用于直径大 发电机采用强迫通风密闭循环 冷却采用 空气冷却器的通风冷却方式的发电机 2 定子贴壁式结构方式 该结构方式与一般立式机组不同 省去了定子机座 利用灯泡体外壳作为发电机定子机座 要求机座壁与定子铁心接触良好 如图 2 2 所示 在机座内 外壁表面喷涂一层软质的传热材料 如铜 锡 铝等 使铁心热态膨胀时与机座壁充分贴紧 增加发电机贴壁结构的散热能力 由于定 子铁心同灯泡体外壁结合在一起 可充分利用灯泡体的外壁将定子产生的热量直接传散到流道中的河水中 并可减小发电机和灯泡体外壳直径 缩 小发电机组灯泡比 进一步优化过流条件 是一种经济 效率高的结构方式 但这种结构方式因定子机座利用了灯泡体外壳 必须加厚灯泡体外壳 3 才能保证其强度和刚度 同时 对定子安装技术也要求较高 对于定子发热后的变形 也要充分考虑 第 33 页 4 5 第三章 灯泡贯流式水轮发电机辅助设备的结构及特点 第一节 概 述 灯泡贯流式水电站的主体设备为灯泡贯流式水轮发电机组 它的辅助设备有与机组配套的附属设备 如通风冷却系统 调节设备 油系统 压 缩空气 技术供水 排水 水力监测设备等 这些辅助设备是为控制机组的启动 并网调整负荷 保持转速恒定 停机润滑 冷却 制动 水力参 数的监测和防止飞逸等服务的 因此 辅助设备对保证水电站和水力机组的安全经济运行 机组出力和电能质量等方面起着决定性作用 水电站的 容量越大 自动化水平越高 则辅助设备的内容越复杂 其作用也越重要 因此 研究辅助设备对水力机组 水电站及电力系统的影响 探讨各辅 助设备系统的结构原理 运行 维护及检修等问题 是水电站动力设备系统技术工作的重要组成部分 第二节 灯泡贯流式水轮发电机的通风与冷却 水轮发电机的通风冷却方式与其发电机的结构方式有很大关系 发电机的通风冷却方式必须结合发电机组的结构来讨论 由于灯泡式水轮发电 机组的直径小 转速低 值又很大 依靠发电机转子所产生的风压较常规水轮发电机低很多 本能满足通风冷却的要求 故不宜采用常规的自通 风冷却方式 而需要采用具有外鼓风的强迫循环通风冷却方式 采用空气作第一冷却介质是绝大多数灯泡式发电机首选的冷却方式 空气将发电机 产生的损耗带出成为热风 通过水空热交换器 水空冷却器 将空气冷却 冷风通过外鼓风吹入发电机 一 灯泡贯流式水轮发电机的通风方式 灯泡贯流式发电机的通风方式通常采用以下 3 种方式 1 轴向通风方式 该方式就是冷风只沿轴向流动 由轴流风机使冷风通过转子支架上的通风孔从上游侧流至转子的下游侧 然后进入发电机定子与转子之间 流 经磁极端部 定子支架 磁极间气隙 磁极与定子间气隙 定子冲片齿上通风气隙等 在上游侧端部汇合后 通过空气冷却器进入轴流风机 达到 对发电机转子 定子的冷却 完成密封空气的循环 如图 3 1 所示 这种通风方式的优点是定子铁心无径向通风沟 铁心长度可缩短 适用于定子 铁心长度小于 1 5m 的发电机 第 46 页 2 轴 径向通风方式 该通风方式中 冷风沿发电机轴向 径向都有流动 在发电机定子 转子都设有径向风孔和轴向风沟 如图 3 2 所示 该方式是利用转子上 能够产生径向风压的鼓风作用 加上轴向通风 使冷风比较均匀地在发电机内流动 通风效果较好 适用于定子铁心长度大于 1 5m 的发电机 6 3 径向通风方式 径向通风方式中 冷风只沿发电机径向流动对发电机进行冷却 如图 3 3 所示 这种冷却方式与常规机组一样 主要是利用转子本身的元件 如风扇 产生径向风压 通过定 转子上的径向风孔让冷风流动 它的优点是发电机定子铁心结构简单 适用于转速较高的发电机组 近年来 径 向通风方式有较大的发展 即利用转于支臂磁轭和磁极的风扇作用获得较高的负压 再通过磁轭上的径向风沟 将冷风吹入定子铁心 对发电机进 行冷却 此方式称为磁轭风沟通风系统 它可以减小或完全省去外加电动鼓风机 提高发电机的效率 第四章 灯泡贯流式水轮发电机组的安装 第一节 灯泡贯流式水轮发电机组安装概述 灯泡贯流式水轮发电机组是一种卧式水轮发电机组 由于该机型具有库区淹没小 建设时间短 效率高 投资小 收益快等优点而应用逐渐广 泛 灯泡贯流式水轮发电机组按桨叶是否能操作可分为转桨式和定桨式两种 转桨式水轮机比定桨式水轮机安装复杂 本章主要介绍转桨式水轮发 电机组的安装工艺 其基本的安装流程和方法亦可供定桨式水轮机安装时参考 1 灯泡贯流式机组的基本安装程序 灯泡贯流式水轮发电机组因型号 容量 应用水头及生产厂家的不同 结构上有所区别 如单支腿支承 多支腿支承 两轴承结构 三轴承结 构等 由于结构不同 安装方法也有所异 同时由于土建进度 设备到货情况 场地条件的不同也会有所变化 但是 灯泡贯流式水轮发电机的基 本结构大同小异 安装的程序也基本相同 施工队伍要充分利用施工条件和设备 先进行基础埋设 大部件组装 然后将已组装好的大件按顺序吊 人机坑进行安装 贯流式水轮机组的安装大致按以下 3 部分进行 1 埋设部分的安装 灯泡贯流式水轮发电机组的埋设部分包括尾水管里衬 外 内 管形壳 座 灯泡头下支撑基础板 侧向支撑基础板 墩子 盖板 发电机吊装孔框架 接力器支墩基础 管路埋设等 如图 1 21 所示 2 转动部分的安装 包括水轮机转轮 发电机转子 主轴及主抽内的操作油管等 为了便于安装 将部分非转动部分小部件 如组合轴承 水导轴承 支持环和导水锥等组装在主轴上吊装 3 非转动部分的安装 包括发电机顶罩 灯泡头 中间环 进入竖井及踏板等 受油器 定子 支持环 组合轴承 水轮机导轴承 导水机构 转轮室及机组附属设备等 2 灯泡贯流式机组安装的一般要求 1 设备在安装前应进行全面清扫 检查 对重要部件的尺寸及配合公差应进行校核 厂家预装设备 应进行分解检查 清扫并作相关试验 2 设备组装时 设备分瓣组合面和安装法兰面均应进行清洗 除毛刺 去高点等工作 安装时组合面应按要求涂密封胶 组合面和法兰面间 隙用 0 05mm 塞尺检查 且不能通过 组合面允许有局部间隙 用 0 10mm 塞尺检查 深度不应超过法兰宽度的 1 3 总长不超过周长的 20 连接螺栓和销钉周围不应有间隙 组合缝处安装面错牙不超过 0 10mm 定子上 下游端面法兰组装后 应根据实际情况进行水压渗漏试 验 第 52 页 7 3 M42 及以上螺栓应进行仔细检查 清洗及试装 检查螺栓螺纹有无损坏及不良现象 如有损坏 应根据厂家意见进行处理 安装时 细牙 螺纹应涂润滑剂 连接螺栓应对称并分次均匀紧固 对有预紧力要求的螺栓 其实际预紧度与设计偏差不得超过 10 采用热把合工艺紧固的螺 栓 应在室温时抽查 20 左右 螺栓 螺母 销钉均应按设计要求锁定或点焊牢固 各部件安装定位后 应按设计要求钻销钉孔 4 同类部件或测点在安装记录里按顺序编号 对固定部件 应从 X 开始 顺时针进行编号 对于转动部件 应从对应于转子磁极引出线位置 开始 除盘车轴上测点为逆时针外 其余均应顺时针编号 以上与制造厂不同的 应遵照厂家规定执行 5 机组安装用坐标应按制造厂规定坐标进行 测量中心用的钢琴线直径一般为 0 3 0 4mm 其拉应力不小于 1200MPs 第五章 灯泡贯流式水轮机的检修内容及质量标准 8 第一节 灯泡贯流式水轮机的检修类别 为使机组具有很高的运行可靠性 确保其经常处于良好的工作状态 减少临时性的检修 必须对机组进行有计划的检查和修理 以便及时发现 问题 消除隐患 通常将检修工作分为 4 类 见表 5 1 1 维护检查 维护检查是在机组不停机的情况下进行的经常性的维修工作 目的是消除和防止机组运行过程中可能发生的故障 该项工作根据机组运行状况 可酌情增加次数 2 小修 小修在机组停机状态下进行 通常是为 目除平时维护检查中已发现的 但因各种原因尚未处理的设备缺陷 并对机组进行必要的例行检查和 清扫 使机组保持良好状态 通过小修 能了解机组各部件的实际状况 为大修项目的编制提供依据 3 大修 对于灯泡贯流式水轮机 大修是在水轮机不吊出的情况下进行 主要进行下述工作 1 全面地消除平常运行中已出现的 经小修仍无法予以消除或因各种条件限制尚未处理的设备缺陷 包括水轮机转轮就地解体检查处理 2 按规定进行各部件的检查调整工作 使各项技术参数处于最理想状态 3 对各部件进行全面的维护性保养 如清扫 清洗 除锈刷漆 加注润滑汕等 4 修补处理被气蚀破坏的水轮机及其他过流部件 4 扩大性大修 扩大性大修要求全面 彻底地检查机组每一部件 包括埋设部件 的结构状况及其技 数据 并按规定标准进行处理 这是一种为消除水轮机运 行过程中发生的重大设备缺陷或自于零部件的严重磨损 损坏 导致机组性能和技术指标下降的修复工作 扩大性大修 第 92 页 要吊出水轮机转轮 通常要将水轮机及导水机构进行解体 拆卸 检查修复所有被损坏的零部件 有时还要进行较大的技术改造工作 扩大性大修可分为 3 个阶段 大修准备阶段 修理阶段和大修后的检查试验阶段 为提高扩大性大修的目的性和针对性 确保其优质高效 首先要求在大修准备阶段 必须了解设备设计 制造 安装 运行中的问题 如结构 的合理性 安装质量 以往大修后的质量和存在的问题 运行过程中各部的振动 摆度 噪音 温升等情况 其次要明确本次大修工作需主要解决 的问题 制定大修计划表 然后做好检修工具 材料 备件 检修用设备 场地准备及人员安排等工作 检修阶段应严格按照大修计划和质量标准进行 检查 试验阶段是在大修完后对修过的部件进行综合性质量检查 并通过一系列试验及试运行检查水轮机运行状况 以确保检修质量 第二节 灯泡贯流式水轮机的检修项目及质量标准 灯泡贯流式水轮机的检修项目和质量标准 见表 5 2 表 5 4 9 第六章 灯泡贯流式水轮机转轮的大修 第一节 灯泡贯流式水轮机转轮大修的判定 贯流式水轮机转轮一般不需大修 仅在下列情况下考虑进行 1 导叶 轮叶协联关系被破坏 且经仔细检查分析 排除了调速器电气控制回路 包括导叶 轮叶反馈传感器 故障 导叶接力器及调速环故障 受油器及操作油管路故障 诸多现象均证实轮叶内已串压时 2 轮叶操作不平稳 有串动现象时 3 轮叶操作不到位 行程达不到设计要求时 4 制造厂家有特殊要求时 第二节 灯泡贯流式水轮机转轮大修前的准备 在转轮大修前 应做好下列准备工作 1 落下进 尾水闸门 流道排水 2 调速器液压系统泄压 排油 3 高位轮毂油箱及受油器排油后 将轮毂排气孔转至朝上位置 4 测量转轮室与轮叶之间的间隙并做好记录 5 准备好吊具 用具 包括工具 测量仪器具等 及备件材料 第三节 转轮大修的方式 步骤和方法 10 灯泡贯流式水轮机转轮 其类型按操作方式来划分 有缸动式 活塞套筒式 操作架式等 见图 6 1 和图 6 2 因其基本的检修工艺方法大 致相同 故以缸动式转轮的大修来加以说明 贯流式水轮机转轮的大修视情况可拆卸吊出至安装场进行 亦可在水轮机室内现场进行 考虑到各水电站在现场进行检修居多 故以现场检修 为例来说明 缸动式水轮机转轮现场大修大致按下述步骤进行 第 95 页 1 视情况考虑是否拆除水轮机室上部 为方便转轮的检修及安装 转轮室通常由上下两部分组成 如存在可能要将大型部件吊出加工处理 或 因现场施工场地狭窄不便展开工作等情况时 可拆除其上部 2 在转轮室搭设脚手架工作平台 11 3 用铝楔板在轮叶的两面把轮叶楔住 以防止转轮转动 4 拆卸尾水管上部的吊点堵头 将专用吊梁 滚轮及链条葫芦装好 在尾水管末端装设手扳葫芦 5 在泄水锥端盖中心位置焊接一个大小适当的螺帽 或用圆钢做成的圆环 在泄水锥适当位置焊接一个吊环 其大小根据泄水锥重量确定 6 用链条葫芦吊住泄水锥后 拆卸泄水锥与轮毂连接的内六角螺栓 7 将尾水管末端的手扳葫芦与泄水锥端盖上的螺帽 或圆环 连接 将泄水锥退出接力器导杆 并落至尾水管作防腐处理 8 检查接力器 导叶及导杆轴套的磨损情况 视情况加以处理 9 打开关闭腔和开启腔的排气孔 排除操作油管和活塞缸内的积油 10 拆卸接力器导杆与活塞缸连接的所有螺栓 取下导杆 11 取下轮毂油管固定压板 12 做好标记 拆卸活塞缸盖与活塞缸体的所有连接螺栓 用两个与螺栓孔适配的吊环旋 x 方向螺栓孔内 用链条葫芦旋出并放至尾水管 13 将轮毂油管旋出并放至尾水管 14 拆卸操作油管与活塞连接的所有螺栓 将操作油管旋出并落至尾水管 15 均匀分 8 点用塞尺测量活塞与缸体之间的间隙 并作好记录 16 拆除活塞与油缸筒的所有螺栓 17 制作专用拉马 将活塞拉出缸体 并落放至尾水管 拉出过程中在接近出缸体时要使用吊环和链条葫芦带住活塞 要特别小心地保护活塞 工作面 防止与缸体碰撞 18 做好清洗 测量检查前的各项准备工作 包括清理场地 设置通风设施 照明 准备好各种清洗及检查测量用的材料 工器具等 并做好 防火措施 19 用汽油清洗缸体及活塞 导杆 油管等 20 检查活塞及活塞缸体内壁的磨损和硬头情况 记录好分布位置 必要时作拓印或摄影 21 检查活塞环的磨损情况 测量活塞环的张量 检查两活塞环开口应在对应的 180 位置 必要时可取出活塞环检查 测量及修磨 第 96 页 第七章 灯泡贯流式水轮机导水机构的检修 第一节 导水机构的检修分类 时间间隔及主要内容 1 检修的分类 灯泡贯流式水轮机导水机构包括内外配水环 导叶及接力器 调速环 拐臂及连杆等 导水机构的检修按性质亦可分为 3 类 小修 大修 扩 大性大修 2 检修的时间间隔 1 小修间隔 每年为汛前或汛后 2 次 年 2 大修间隔 新投产机组通常为 3 4 年 次 以后可根据运行经验和机组实际运行状况确定 3 扩大性大修间隔 视导水机构运行状况决定 3 检修的主要内容 1 小修的主要内容 调速环与外配水环间隙的检查 检查密封盘根 加注润滑脂 检查导叶拐臂及连杆是否正常 检查所有的连接螺栓是否 有松动现象 检查接力器与调速环的动作是否灵活 有无卡涩现象 消除正常运运行时已发现但尚未能处理的缺陷 小修时流道一般不排水 故需做好防止机组转动的措施 2 大修的主要内容 导叶端面及立面间隙检查及处理 调速环与外配水环间隙的检查及调整 滚珠轴套磨损情况检查及处理 导叶球铰轴承 尼龙轴套 局部更换 导叶及流道汽蚀处理 接力器的检查及调整等 所有大修项目均在现场进行 无需将导水机构解体吊至安装场 3 扩大性大修系指检修项目要求将导水机构解体并吊至安装场才可进行的项目 主要内容有 导叶需大面积的进行气蚀处理或因泥沙严重磨 损需整体更换 导叶球铰整体磨损较严重 大部分需更换 机组需整体扩大性大修 第二节 导水机构扩大性大修的检修工艺及标准 1 导水机构大修前的准备 包括安全措施 1 机组停机 关闸 流道排水 12 2 调速器液压系统泄压 排油 3 轴承润滑油系统排油 4 轮毂油系统排油 5 测量转轮室与轮叶之间的间隙并做好记录 第 102 页 6 在转轮室下方搭设脚手架平台 高度以略低于转轮室分半线为宜 7 在安装场准备好放置转轮的钢支墩 8 准备好吊具 工器具 枕木及各种备件材料 2 导水机构大修的步骤和方法 灯泡贯流式机组导水机构结构和布置型式很多 如接力器有单接力器与关闭重锤组合在一起的型式 湖南省南津渡水电站 双接力器与水平成 45 夹角的布置型式 湖南省马迹塘电厂 双接力器垂直布置型式 湖南慈利城关电站 等 导叶与调速环的操作连杆 亦有两端均为球铰的普通连杆 连接方式 带剪断销及剪断破断信号装置 液压连杆与挠性连杆相间布置的方式 安全弹簧式连杆机构连接方式 灯泡贯流式机组导水机构与立式机组的导水机构相比较最大的不同是其导叶为锥形 由于灯泡贯流式机组导水机构结构及布置方式的不同 决定了其检修工艺步骤其方法亦有很大的不同 下面以其扩大性大修为例 说明其检修 的具体步骤及工艺方法 1 拔除所有销钉 拆除水轮机室上半部与外配及尾水管的所有连接螺栓 用行车将其吊至安装场 此前要先行拆除伸缩节 2 用高压油泵将转子顶起后 将水轮机转轮转至排油孔朝下位置 打开油封 排除轮毂油 3 拆除转轮泄水锥并放置尾水管内 4 安装防止轮叶转动的专用工具 制造厂家提供 专用吊具及调整用具 如图 7 1 所示 5 拆除轮毂油管和操作油管 拆除前要先拆除受油器 6 用行车主钩与专用吊具连接并调控好受力 用液压联轴器拆除转轮与大轴法兰的连接螺栓 7 将转轮吊至安装场预置的钢支墩上 8 拆除转轮室下部与外配水环及尾水管的连接螺栓 将下半部转轮室吊至安装场 9 用行车小钩吊住接力器后拆除其与调速环的连接螺栓及地脚螺栓 将其整体吊至安装场 10 拆除导叶开度反馈传感器 11 在内配水环内侧拆除所有的导叶下部轴承套 12 通过外轴套的 3 个调整螺钉提起导叶 取下导叶与外配水环间的非金属垫片 并使导叶端面紧靠在外配水环的内表面 13 安装吊具及调整工具 14 拆除所有的外配水环与座环 管壁座 的连接螺钉及定位销钉 15 将导水机构整体吊至安装场预置的支墩上 顺桥吊大车运行方向按与座环 管型座 法兰连接的法兰面朝下的位置落人支墩上 如图 7 2 所示 16 安装导叶下端临时支撑 调整外配水环的水平 使出水边法兰 上方 的水平度不大于 0 2mm m 13 6 在转轮室下方搭设脚手架平台 高度以略低于转轮室分半线为宜 7 在安装场准备好放置转轮的钢支墩 8 准备好吊具 工器具 枕木及各种备件材料 2 导水机构大修的步骤和方法 灯泡贯流式机组导水机构结构和布置型式很多 如接力器有单接力器与关闭重锤组合在一起的型式 湖南省南津渡水电站 双接力器与水平成 45 夹角的布置型式 湖南省马迹塘电厂 双接力器垂直布置型式 湖南慈利城关电站 等 导叶与调速环的操作连杆 亦有两端均为球铰的普通连杆 连接方式 带剪断销及剪断破断信号装置 液压连杆与挠性连杆相间布置的方式 安全弹簧式连杆机构连接方式 灯泡贯流式机组导水机构与立式机组的导水机构相比较最大的不同是其导叶为锥形 由于灯泡贯流式机组导水机构结构及布置方式的不同 决定了其检修工艺步骤其方法亦有很大的不同 下面以其扩大性大修为例 说明其检修 的具体步骤及工艺方法 1 拔除所有销钉 拆除水轮机室上半部与外配及尾水管的所有连接螺栓 用行车将其吊至安装场 此前要先行拆除伸缩节 2 用高压油泵将转子顶起后 将水轮机转轮转至排油孔朝下位置 打开油封 排除轮毂油 3 拆除转轮泄水锥并放置尾水管内 4 安装防止轮叶转动的专用工具 制造厂家提供 专用吊具及调整用具 如图 7 1 所示 5 拆除轮毂油管和操作油管 拆除前要先拆除受油器 6 用行车主钩与专用吊具连接并调控好受力 用液压联轴器拆除转轮与大轴法兰的连接螺栓 7 将转轮吊至安装场预置的钢支墩上 8 拆除转轮室下部与外配水环及尾水管的连接螺栓 将下半部转轮室吊至安装场 9 用行车小钩吊住接力器后拆除其与调速环的连接螺栓及地脚螺栓 将其整体吊至安装场 10 拆除导叶开度反馈传感器 11 在内配水环内侧拆除所有的导叶下部轴承套 12 通过外轴套的 3 个调整螺钉提起导叶 取下导叶与外配水环间的非金属垫片 并使导叶端面紧靠在外配水环的内表面 13 安装吊具及调整工具 14 拆除所有的外配水环与座环 管壁座 的连接螺钉及定位销钉 15 将导水机构整体吊至安装场预置的支墩上 顺桥吊大车运行方向按与座环 管型座 法兰连接的法兰面朝下的位置落人支墩上 如图 7 2 所示 14 16 安装导叶下端临时支撑 调整外配水环的水平 使出水边法兰 上方 的水平度不大于 0 2mm m 第 109 页 水轮机接力器的开启腔和关闭腔两腔压力油通过受油器从静止油管输送到旋转的压力油管 活塞缸动式水轮机接力器除了开启腔和关闭腔两腔压力 油外 还有轮毂油通过受油器从静止的油管输送到旋转的操作油管 活塞缸动式水轮机接力 2S 位于水轮机的轮毂内 接力器缸外充满以防尾水渗进 水轮机轮毂的压力油 因此 活塞缸动式水轮机有水轮机桨叶接力器开启腔 关闭腔和轮毂油三种压力油要从静止的管路输送到旋转的接力器中 由于厂家不同 受油器的结构多种多样 但工作原理基本相同 这里介绍一种典型受油器的工作原理 如图 8 1 所示 受油器一般由固定支 架 外壳 浮动瓦座 发电机延伸轴或发电机小轴 包括轮叶开启腔供油管 轮叶关闭腔供油管 轮毂供油管 圆形顶筒 漏 排 油管等组成 15 受油器支架固定在灯泡头的平台上 本体用螺栓与支架连接 浮动瓦及瓦座装在受油器本体内 是静止的 但允许径向产生微小的位移 如图 8 2 所示是浮动瓦及瓦座结构图 瓦座上镶有 4 道巴氏合金瓦 形成开启和关闭两个腔 操作压力油通过操作油管分别进入到浮动瓦的两个腔 再 通过发电机小轴上的孔进入小轴中的套管 发电机延伸轴又称发电机小轴 为单法兰轴 固定在大轴的法兰上 其内部结构是由 3 根不同管径的油 管同心相互套合 相对静止 形成相互密封 互不相通的 3 层油管 中间的一根油管是轮毂的供油管 可将高位轮毂油箱的油通过受油器输送到轮 毂 以防尾水渗入轮毂 此油管兼做桨叶开度的回复杆 传递轮叶开度 另外的两根油管是桨叶接力器操作油管 分别与桨叶接力器关闭腔和开启 腔相连 操作桨叶的压力油通过受油器输送到桨叶接力器 控制桨叶的开度 第九章 灯泡贯流式水导轴承的检修 导轴承包括水轮机导轴承 简称水导轴承 和发电机导轴承 简称发导轴承 灯泡贯流式机组的导轴承一般采用两半组合的稀油润滑筒式导轴承 稀油润滑筒式导轴承的检修项目有轴承拆装 间隙测定 轴瓦刮研及轴瓦故障处理等 第一节 灯泡贯流式水导轴承的拆装 1 水导轴承拆卸前的准备 1 方案和计划 轴承检修前 先应有一个完整的拆卸计划和步骤 以便拆卸工作顺利进行 2 工具准备 准备吊装工具 刮刀及常用工具 3 安全措施布置 拆卸前应做好所有的安全措施 投入机械锁定 防止在拆卸过程中发电机转子转动 切断至水导轴承的油源 测温装置 16 测速装置及飞摆中继阀等二次电源 将高位轴承油箱和水导轴承中的油排净 切断飞摆中继阀的调速器液压系统油源 2 水导轴承外围设备的拆卸 拆卸测温装置 测速装置 电流互感器的碳刷和刷架 飞摆中继阀等装置及其二次线 拆卸轴承油管 轴保护套 上游侧端盖和下游侧端盖等 3 水导轴承的拆卸检查 拆卸水导轴承上 下游侧端盖 检查水导轴承与轴颈 4 8 点的间隙 并做好记录 在主轴密封处的 X y 轴方向各装一块百分表 并读数记录 用专用设备顶起大轴 0 1mm 左右 并做好防上大轴下落的安全措施 拔出水导轴承体连接法兰面的定位销 按位置编号并记录 拆除水导轴承体连接法兰面的连接螺栓后 吊出上半部分 拔出水导轴承体下半部分与扇形支撑法兰面的定位销 按位置编号并记录 在水导轴承的两侧各挂一个与其重量相应的手拉葫芦 用尼龙绳或 套胶管的钢丝绳交叉与水导轴承体下半部连接 拆卸扇形支撑法兰面的连接螺栓 小心顺着轴颈转至轴颈的上部 然后吊出检查 注意在拆卸过程 中不要损伤轴瓦和轴颈 清扫轴瓦后 检查是否有脱壳现象 磨损和损坏情况 检查轴颈是否有毛刺 用专用外径千分尺测量轴颈的椭圆度 根据拆卸前后的检查结果对水导轴承进行检修处理 4 水导轴承的安装 水导轴承的安装过程是拆卸的逆过程 由于筒式轴瓦是一个整体 不能通过调整轴瓦 第 113 页 来调整轴瓦与轴承的间隙 所以当轴承中心位置由机械轴线调整计算决定下来后 在转轮侧设表监视 安装时不得碰及主轴 导轴承的安装技术数 据应符合厂家或规范要求 第二节 筒式导轴瓦的间隙测量与调整 1 轴颈和轴瓦的间隙测量 筒式导轴瓦在刮削以后应检查及调整轴瓦与轴颈的间隙 当主轴在水平位置时 将导轴瓦组装在轴上并用塞尺检查径向间隙 轴瓦底部应无径 向间隙 顶部的径向间隙应符合设计要求 两侧的径向间隙应相同并等于顶部径向间隙的一半 若从轴瓦两端检测 所测得的径向间隙应基本一致 最大偏差不得大于总间隙的 10 如果用塞尺测量不方便 可在组合时可用压铅法进行测量 轴颈和轴瓦的间隙测量通常也采用压铅法 用直径 1 1 5mm 长约 30 40mm 的铅丝放置在轴颈和轴瓦的顶部之间 以及上 下半轴瓦 接合平面处 如图 9 1 所示 然后装上轴承盖 并拧紧螺栓 压扁铅丝 拆除轴承盖 取出已压扁的铅丝 用内径千分尺测 17 第十章 灯泡贯流式水轮机主轴密封的检修 以管形壳为主要支撑结构的灯泡机组 常采用水轮机和发电机共轴的结构形式 其上游侧与发电机转子相连 下游侧与转轮连接 两端均为悬 臂形式 为防止流道中的水通过静止与转动部分结合面的间隙大量流入管形壳 在转轮与内管型壳之间均需设置密封装置 通常称为主轴密封 主轴密封一般分工作密封与检修密封 工作密封在机组正常运行时使用 检修密封在设备检修特别是需要维修工作密封时才投入使用 灯泡贯流式机组的主轴密封有多种结构形式 如图 10 1 图 10 3 所示 受篇幅限制 在此以引进奥地利 VIET 公司灯泡贯流式机组主轴 密封为例 说明该型机组主轴密封检修的工艺方法 由图 10 3 可见 该型机组主轴密封由梳齿密封 检修密封和单层橡胶平板密封三部分组成 梳齿密封在减少漏水量上起着主要作用 同时 也可减轻泥沙及污物对密封面的破坏 在梳子密封后装有检修密封 它是一种丁晴橡胶制成的空气围带 当单层橡胶平板密封需要检修时 可通过一个转换三通阀接通 0 2MPa 的 压缩空 18 第 120 页 气气源投入该密封 橡胶围带在压缩空气的作用下发生膨胀而紧密地挤压在大轴法兰面上 这样可省去流道排水工作 单层橡胶平板密封由橡胶平板 橡胶平板压环 抗磨环等组成 橡胶平板采用耐磨的丁晴橡胶制成 用压环固定在护轴环上 由调整垫圈调整 19 固定 橡胶平板与密封环的摩擦面由渗漏水冷却和润滑 在安装调整垫圈时 需将水轮机大轴往上游方向推 使反推力环与反推力瓦接触 然后安装橡胶平板 再测量主轴法兰端盖与橡胶平板之间的 间隙 根据测量结果和设计间隙确定垫圈的加工厚度 第一节 灯泡贯流式水轮机主轴密封的解体检修 1 停机 流道排水 2 拆卸凸缘密封 端面密封 盖板并吊出 3 拆卸密封环 取出调整垫环及橡胶密封圈 4 拆卸密封罩 并取出橡胶密封圈 5 检查密封环与橡胶密封环的磨损情况 视情况加以处理 6 拆除检修密封的环形盖板 取出橡胶密封圈 7 取出检修密封的橡胶围带进行检查处理 如只需检查处理凸缘密封 则只要进行上述程序的 2 3 5 项即可 且不要流道排水 此时须注意的是要将检修密封投入 第十一章 灯泡贯流式水轮发电机的 检修内容及质量标准 水轮发电机组是长期连续运行的设备 随着运行时间的增长 其零部件必然磨损 再加上气蚀 泥沙磨蚀 振动等破坏因素的作用 机组的运 行性能势必不断下降 各种事故和故障也会相继发生 要保证水轮发电机组在运行中安全可靠地发电 使机组长期高质量地运转 就必须使机组处 于良好的工作状态 严格按照规章制度办事 做到有目的 有计划地进行检修工作 以便及时发现问题 消除隐患 防止事故停机 只有高水平 高质量的检修工作才能确保水轮发电机组的安全运行 发电设备检修工作必须坚持以下原则 1 主要发电设备的检修工作计划应报请主管单位统一筹划 统一安排 以免影响电网供电 2 坚持质量第一 切实做到应修必修 修必修好 3 努力缩短检修工期 减少耗用工时 合理延长检修间隔 4 结合设备检修要贯彻挖潜 革新 改造的方针 不断提高检修质量 5 勤俭节约 努力修旧利废 减少材料消耗 6 安全生产 设备检修中要防止和杜绝发生重大人身 设备事故 减少一般性事故 第一节 灯泡贯流式水轮发电机的检修类别 水轮发电机组从安装到投入运行初期 零部件之间尤其是轴与轴承之间 有一个互相磨合 逐步适应的过程 这一期间发生的事故较多 但事 故发生的趋势呈递减态势 转入机组正常运行期后 零部件磨损比较平稳 缓慢 发生事故的几率也明显减少 进人机组设备老化期 零部件的磨 损累积到相当程度及易遭到破坏 从而导致事故不断增加呈现上升趋势 造成机组无法正常运行 根据上述规律结合灯泡贯流式水轮发电机组的特点 检修性质分为预防性的定期检修 预测性的适时检修 事故检修 由于对灯泡贯流式机组 的检修项目 内容 检修时间间隔 停用日等 目前我国尚无这方面的规程规范 暂参照原水利电力部颁发的 SD230 1987 发电厂检修规程 执行 一 预防性定期检修 这种检修制度是目前中小型电站普遍采用的办法 是一种预防性的检修 如果周期安排得当 在机组正常运行的末期安排大修 就可避免重大 事故和严重损坏 该检修制度简 第 123 页 单 方便 但带有一定的盲目性 机组可能到了大修期时损坏尚轻 也可能未到大修期损坏已经很严重 对具体机组检修的针对性不强 定期检修 按工作内容和要求不同分为 维护检查 小修 大修 扩大性大修 大修 扩大性大修应安排在枯水期 小修则在汛前和汛后进行 1 维护检查 维护检查是在机组运行不停机的情况下进行的 经常性的维修工作 主要内容是检查运行情况 测量 记录某些参数以及必要的清洗 切换 20 润滑等工作 其目的是掌握机组的日常运行情况 及时消除和防止机组运行过程中可能发生的故障 2 小修 小修一般在停机状态下进行 是针对机组某个局部而进行的拆卸 检修工作 大部分是发生了设备故障或事故需立即处理的项目 或有目的地 检修或修理机组某一重要部件 通过小修 能了解和掌握被修部件的使用情况 为编排大修项目提供了依据 小修每年 1 2 次 标准项目小修时间 为 5 7 天 3 大修 大修是全面地检查机组各组成部分的结构及其技术数据 主要是为了解决运行中出现并经小修无法予以消除的严重设备缺陷 更换已到期或需 要更换的零部件 并按照规定的数值进行调整 试验工作 这步工作往往在不吊出水轮机转轮的情况下进行 不进行机组解体 只是局部拆修 拆 卸部件多少视机组设备损坏的程度而定 灯泡贯流式水轮发电机组大修间隔 多泥沙水电站为 3 4 年 非多泥沙水电站为 4 6 年 灯泡贯流式机组安装于流道内 由于结构方面的原因 机组内部空间位置较小 技术要求较高 必须有专用的检修工具 因此 检修停用日数 较常规机组要长一些 标准项目大修停用日可参照 40 45 天考虑 具体时间各电厂根据各自具体情况 检修项目 工作量大小 技术复杂程度等 自行决定 4 扩大性大修 扩大性大修是全面 彻底地检查机组每一部件 包括埋设部件 的结构及其技术数据 并按规定数值进行处理 这是一种为消除运行过程中由于 零部件的严重磨损 损坏 导致整个机组性能和技术经济指标严重下降的机组修复工作 扩大性大修要吊出发电机转子和水轮机转轮 通常要将机 组进行解体 拆卸 检修所有被损坏的零部件 有时还要进行较大的技术改进工作 协调机组各部件和各机构间的相互联系 修复和改造机组的某 些部件 提高机组运行性能 机组的扩大性大修可分为 3 个阶段 大修准备阶段 修理阶段和大修后的检查 试验阶段 在大修准备骱段 首先必须了解设备设计 制造 安装 运行中的问题 如设备结构的合理性 原机组的安装质量 以往大修后的质量和问题 机架振动 摆度 温升等情况 其次要明确本次大修工作主要处理问题 制定大修计划表 然后做好检修工具 材料 备件 检修用设备和场地布 置等准备工作 检修阶段按照大修计划和质量标准进行 检查 试验阶段是在大修完后 对机组检修过的部件进行质量检查 通过试运转检查 第十二章 灯泡贯流式水轮发 电机检修前的准备 第一节 灯泡贯流式水轮发电机检修前材料的准备 发电机检修材料繁多 就其性能和用途大体可分为导电材料 磁性材料 绝缘材料 结构材料 了解和掌握常用材料的性能和用途 并作一定 数量的储备 对保证检修的进度 及时处理设备的缺陷等十分重要 一 导电材料及其焊料 水轮发电机定子和转子绕组的导电材料 基本上均为纯铜加工的型材 它的特点是 具有较高的导电性和导热性 具有适当的机械强度 不易 氧化和腐蚀 具有良好的延展性 便于弯制加工和焊接 电阻随温度的升高而增大 导电材料按其性能 结构 制造工艺及其使用特点 又分为 3 大类 裸电线和裸导体制品 电磁线 橡胶及塑料电线电缆 1 裸电线和裸导体制品 因为这类产品只有导体部分 没有绝缘和护层结构 所以称为裸电线和裸导体制品 按产品的形状和结构 分为圆单线 软接线 型线和裸绞 线等 4 种 水轮发电机常用的是前 3 种 1 圆单线 主要是给各种电线电缆作导电线芯用 也町直接作为产品 常用材料规格见表 12 1 2 软接线 凡是柔软的铜绞线和各种编织线都称为软接线 3 型线 是非圆形截面的裸电线 常用的型线见表 12 2 表 12 6 2 电磁线 作为绕组或元件的绝缘导线 由于导线外面有绝缘材料 因此电磁线根据绝缘材料的耐热等级及导线截面形状进行分类 1 漆包线 常用的漆包线见表 12 7 2 玻璃丝包线 常用的玻璃丝包线见表 12 8 和表 12 9 水轮发电机绕组接头焊接均采用钎焊法 钎焊法的优点是 焊料熔化温度远比母材低 焊接过程中并不熔化损坏 仅使焊料密实填充于母材接 21 头各空隙间 并保证接头焊接处具有足够的机械强度 导电性和耐热性 常用焊料见表 12 10 用于整流子和滑环处的电刷 也是一种导电材料 它是转动部件与固定部件导体连接必不可少的元件 各种电刷技术特性及工作条件见表 12 11 第 128 页 22 第 129 页 第十三章 灯泡贯流式水轮发电机定子检修 第一节 灯泡贯流式水轮发电机定子铁心的重新叠装 一 定子铁心的拆除 定子铁心由 0 35 0 5mm 厚 并涂有 1611 绝缘漆的硅钢片叠成 每层硅钢片都是由若干扇形片拼成一个整圆 硅钢片外圆都冲有燕尾 缺口 套装在机座的定位筋 燕尾筋 上 内圆冲有线槽 用来嵌放定子绕组 当发电机定子出现硅钢片绝缘严重老化脱落 定位筋变形引起定子内圆严重不圆等故障 危及机组安全时 则应拆除定子绕组 硅钢片 重新 叠装定子铁心 1 定子绕组拆除后 用千分尺仔细测量定子的内径并做好记录 在测量铁心长度时 一般在槽底处测量 并多测量几点 取平均值 测量槽 形尺寸时 要用质地较好的画图纸贴在较完整平坦的槽形面上 用手按出或画出槽形轮廓 2 用宽铲铲开铁心的压紧螺杆与螺帽的焊点及螺母与齿压板之间的焊点 将螺母旋出 拿走齿压板 小心地从定位筋上拆下铁心冲片 清理 干净 如果脱漆严重 则用原型号的硅钢片漆涂刷冲片两面到规定的漆膜厚度 一般为 0 02mm 3 用定子中心测圆架测量定位筋与定子中心之间的距离 用千分尺检查定位筋之间的弦距 用吊钢丝的办法检查定位筋的垂直度 用平尺检 查定位筋 的直度 对于不符合要求的定位筋应用碳弧气将托板与机座环板上的焊点吹掉 取下定位筋 4 用锉刀修复取下的定位筋鸽尾部分的毛刺 并用校直机校直 对于变形严重 无法校直或有其他严重缺陷者 应更换新定位筋 定位筋放 在原来的部位焊牢 测量数据应和原来一致 误差不得超过 0 1mm 二 定子铁心的重新叠装 铁心叠装的任务是将一定数量的冲片理齐 压紧成为一个整体 使之能满足电磁 机械和工艺方面的要求 其电磁要求要有较高的导磁性能和 较低的铁耗 其机械要求是整体性好 尺寸准确 内外圆表面及槽形整齐 在工艺上应保证定子铁心压装具有一定的紧密度 准确度 即尺寸精度 和牢固度 1 对定子铁心的技术要求 1 铁心重量 长度要符合规定要求 2 齿部弹开值小于 5mm 3 槽形应清洁整齐 槽形尺寸允许比冲片尺寸小 0 4mm 4 铁心内外圆要求清洁整齐 铁心装配不好 将引起散热困难 铁耗增加 励磁电流增加 功率因数降低 温升增 第 142 页 高等故障 2 铁心压装的三个工艺参数 三个工艺参数为 压力 铁心长度 铁心重量 为了使铁心压装后的长度 重量和片间压力都达到要求 要正确处理三者之间的关系 通常有 两种压装方法 定量压装是先按设计要求称好铁心冲片的总重量 然后加压 将铁心压到规定尺寸 定压压装是在压装时保持压力不变 调整冲片 重量 片数 来使铁心压到规定尺寸 一般工厂是结合这两种方法进行压装 水轮发电机定子铁心采用在 980kPa 的压力下 按照一定的铁心长度尺 寸标准压装 把铁心重量限制在计算值的范围内 3 定子冲片的叠压方法 1 由于材料规格及冲压设备的限制 当铁心外径超过 1000mm 时 都采用扇形冲片拼成 所有扇形片之间的拼缝是交叉错开的 根据拼缝 规律的不同 有重叠数为 2 的 指相邻冲片搭接 1 2 有重叠数为 3 的 指相邻冲片搭接 1 3 的等 应按拆前记录或原始图纸 否则可能会在转 轴两端产生轴电压 从而引起轴电流 破坏油膜的稳定和润滑油的物理化学性能 并会引起轴承处产生电弧放电 而损坏轴承 2 为了保证定子槽形的整齐 叠片时在铁心的槽中插人数根矩形槽样棒 作为定位 3 槽样棒根据槽形按一定的公差制造 比冲片槽形尺寸小 0 2mm 为了耐磨和保证精度 用 T10A 钢材制造 并经淬火处理 使硬度达到 HRC58 62 4 水轮发电机大都采用有径向通风道的铁心结构 每段铁心叠片高度约为 30 45mm 设一层通风道 风道采用 10mm 的标准宽度 径向 风道是由通风槽片构成 将通风槽片用铆装或点焊的方法固定在工字形通风槽钢上 5 连续装片数层后 应用整形棒将此段加以整形 另在每张扇形片范围内打人两根槽形棒和两根槽楔样棒定位 在装片过程中 应不断地测 量铁心内径 如有偏差 即应作适当调整 6 定子铁心必须保持一定的装压紧度 为了保证铁心在运行过程中不发生松动现象 冲片要采用多次分段加压的装压方法 一般铁心长度在 1000 1600mm 时预压两次 在 1600 2200mm 时需预压三次 7 预压时 在已叠装的最上层扇形冲片上放置 40mm 厚的数块预压钢板 把油压千斤顶沿圆周均匀放置在预压钢板上 每块冲片上放置两根 千斤顶 千斤顶上方为固定的工字梁 8 逐根千斤顶均匀下压 每次下压量不要太大 应避免一次下压过多而造成局部铁心损坏 沿圆周的压紧方向 每次应相反 如第一次为顺 时针方向压紧 则第二次为反时针方向压紧 以此类推 9 每段预压后 应检查铁心的圆度 合格后拆下千斤顶和预压钢板等预压设备 继续叠下一段定子冲片 10 定子扇形冲片全部压紧后 应检查铁心长度 使用的铁心重量 槽形等数据 应和原始数据或厂家设计一致 这时还不能把上 下齿压板 焊牢 应先穿好铁心拉紧螺扦 做定子铁损试验 第 143 页 第十四章 灯泡贯流式水轮发电机转子的检修 灯泡贯流式水轮发电机转子的扩大性大修是一项很复杂的检修活动