水轮机是水轮发电机组的重要设备之一,它起着将水能转换为 机械能的重要作用。
我厂水轮机为混流式,机组属于反击式水轮机。其工作原理 是:由于水流和转轮叶片相互作用,叶片组成的流道迫使水流的流 速和压力都发生改变,产生了一定的压力,作用在叶片上使转轮旋 转,这样转轮就将水能转换为旋转的机械能。
水轮机主要由转轮、导水机构、轴承、蜗壳、座环、尾水管 等组成。
水轮机型号：1、2、6#机HLD187-LJ-550
3# 机 HLS204-LJ-560 4# 机 HL（丹江口）-LJ-595 5# 机 H220-LJ-550 最大水头 81.5米 最小水头 45.4米 设计水头 63.5米 出力 1、2、6#机165000千瓦 3#机175000千瓦 5#机154000千瓦 4#机不详 设计流量 277米/秒 额定转速 100转/分 2.1 转轮
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转轮是完成能量转换的部件,转轮包括上冠、叶片、下环、泄 水锥、减压装置、上下迷宫环。
主要技术数据
叶片数 14个（3#机13个） 最大外径 6.1米 最大高程 3.112米
迷宫环采用了直缝止漏装置,上冠、下环均装有迷宫环,迷宫 环间隙和约为4毫米,止漏装置减少了水轮机漏水量,提高了容积效 益。
上冠的上部连接水轮机主轴,下部支撑叶片并与下环一起构成 过流通道。下环将转轮的叶片连成整体,以增加转轮的强度和刚 度。
泄水锥引导经叶片流道流出的水流迅速而顺畅地向下宣泄,防 止水流相互撞击,减少了水力损失,提高水轮机效率。其外形呈倒 锥体,里面空心,下部开口,作为主轴中心补气通道。
减压装置减小作用在转轮上冠上的轴向水推力,以减轻推力轴 承的负荷。
2．2 导水机构
2.2.1.1 形成和改变进入转轮水流的环量。保证水轮机具有
良好的水力特性。
2.2.1.2 根据负荷的要求,调节进入转轮的流量。
2.2.1.3 关闭和开启导叶,实现开停机。
2.2.2 导水机构的组成,包括顶盖、导叶、底环、套筒、拐
臂、连杆、控制环、剪断销、推力杆等。
2.2.3 顶盖
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顶盖为分半焊接结构,材料为16Mn,3-6号机组在底面覆有 15MnMovCu。顶盖内设有自流排水孔(1-2号机12个,3-6号机6个), 当自流排水孔来不及排水时,设在顶盖下游测的水位浮子信号器发 出信号,自动开启射流泵,排除顶盖积水。顶盖联接螺栓为M64,每 台机有96个；组合螺栓为M64,每台机有56个。
顶盖中心圆直径6.4米上均布24个通孔,用来安放导叶的套 筒,X轴线上对称分布2个直径200紧急真空破坏阀,1-4号机在真空 破坏阀的相应位置上,开有两个调相补气孔,布置调相管路。 顶盖的作用除分布导叶外,还可防止压力水流顺轴向上串水, 顶盖上部设置有主轴密封、水导轴承、导水机构部件等。 2.2.4导叶
导叫正曲率标准型。共24个,材料为20MnSi铸钢。易磨损和易 汽蚀的部位相应堆焊有抗磨抗汽蚀材料,导叶高1375毫米,导叶中 线宽902毫米,重1632公斤。
导叶轴套分为上、中、下,以支持导叶正常转动。在中、下轴 套设置了橡胶密封,防止泥沙进入轴套。套筒是用来承放导叶轴套 的,材料为铸铁。为排除套筒里从中轴套漏进的水在套筒的侧面, 开有排水孔。
为了防止轴向水推力将导叶连同拐臂托起,限制导叶轴向位 置,在拐臂下部装有止推块。
2.2.5 底环 底环为分半铸造结构,材料为#30铸钢。在底环 顶面及圆弧面均设置或堆焊了耐磨抗汽蚀材料,并对称有8个下部 迷宫环测孔,运行时用M48螺栓封堵。
2.2.6 控制环控制环为分半焊接结构,材料为:116Mn。其作 用是在接力器控制下操作导水机构。在控制环的底面和内圆面各 有8块(1-2号机为12块)ZQSn6-6-3(铸锡青铜)抗磨板,起着限位和
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导向的作用,顶盖支持环里注有机油润滑。抗磨板用埋头螺钉固定 在控制环上。6号机是在支持环内焊挡块,嵌放抗板。
2.2.7 传动机构传动机构包括连杆、拐臂、剪断销、推拉 杆、分半键。1-2号机连杆采用叉头式,拐臂设主副拐臂。叉头式 加杆结构可靠,但制造困难。副拐臂的作用是防止剪断销破断后, 失去控制的导叶,带着拐臂撞击相邻拐臂。拐臂用分半键和导叶连 结并将导叶和连杆连接起来。3-6号机连杆为耳柄式,连杆与拐臂 用剪断销来连接。这种连杆的主要缺点是当控制环跳动时容易引 起连杆上爬,导致剪断销破断。为克服此缺点,在连杆两端的连接 销上均加了压板,对限制连杆上爬有一定作用。
剪断销是防止导叶卡住后损坏机件而设置的,起着安全作 用。
2.3 1-2号机水轮机导轴承
水润滑戾形分声橡校瓦导轴承包括瓦块、瓦体、垫块、支 柱、挡条、止漏装置、支座、轴承体、水箱等。
瓦块为特种橡胶模压粘结在钢结构瓦衬上,共24块,分成12对, 组成12块轴瓦,用螺栓固定到12块瓦体上,位于轴承体的止漏装置 上,借支柱确定其位置并随径向力。轴承体用双头螺栓固定在顶盖 内法兰上,并由顶盖内圆所设的24个抗重螺栓控制径向位置,承受 水导瓦传来的径向力。
轴承的润滑冷却:工作水源有主供水(正常情况下使用)、备用 水(滤过器清扫及正常供水不足时使用)、清洁水(水质不好时使 用)。系统设有压力、流量监视及自动控制回路,保证轴承工作的 可靠性。由直径75毫米水管将轴承用水引至轴承体下部,相邻轴瓦 间设有橡胶挡条,使轴瓦形成一封闭圆筒,这样进入轴承的润滑水 由轴瓦下部返至轴瓦上部,经水沟通过轴瓦,起到润滑冷却的作
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用。
瓦面的材料为氯丁胶,具有耐油、耐水、耐磨等特点,导轴瓦 双侧间隙和为0.30-0.35毫米,调整间隙使用一对锲形垫块。垫块 材料为3Cr13不锈钢,硬度较大,由它承受机组的画面径向力。支座 为承放垫块和设置顶瓦螺栓用,焊于轴承上,支嚣柱材料为45#,表 面进行镀铬防锈处理,球头部还应表面淬火热处理。紧瓦螺栓为不 锈钢材料。
止漏装置起节流作用,用来控制流经轴瓦的水量和形成轴承里 的压力,使其与转动环接触,以达到封水的目的。
2.4 3-6号机水导轴承
稀油润滑扇形分块乌金瓦轴承包括:瓦块、垫块、抗重螺栓、 瓦架、油箱、冷却器等。
导轴承瓦共10块,安放于瓦架的托板上,借抗重螺栓调整其径 向位置,承受径向力。瓦架在外油箱内法兰面上,而外油箱则固定 于顶盖上部的内法兰面上,外油箱内侧连接内油箱,内油箱分上下 两节,各为四瓣,用螺栓组合。瓦架下面,油箱底部装有油冷却器, 用来冷却油箱内的润滑油。
在主轴轴领上钻有径向油孔,当机组运行时,油箱内的油被轴 领带着旋转,在离心力作用下,润滑油自径向油孔流出,被带入导轴 瓦与轴领之间的间隙,热油向上流动,浸过轴瓦和瓦架顶面,由瓦架 外法兰上的窗口回到油箱,经过冷却器冷却之后回到轴领下面,这 时油的一次循环完成。连续进行这样的无数次循环,这就是导轴承 的油循环过程。
瓦面的材料为σ-83巴氏合金,瓦体为A3钢。导轴瓦双侧间隙和 为0.50~0.55毫米,调整间隙用抗重螺栓两侧的顶瓦螺栓将瓦顶靠 轴领后,调整抗重螺栓,测定抗重螺栓头部与垫块之间的蹁,就是轴
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瓦间隙。
垫块的材料为40Cr,硬度较大,由它承受压力。 冷却器为多管式结构,冷却水压为0.1~0.15MPao
为了保证导轴承冷却效果,瓦架托板与轴领的间隙0.6~0.8毫 米。
为防止运行中润滑油沿轴领内表面上升甩油,采取了如下措 施,在主轴轴领上开有斜孔,小油箱盖加了油封,轴领内表面做成台 阶形,规定上内油箱与轴领的单侧间隙不大于2.5毫米。
油位的监视由浮子由位计来完成,瓦温用5只WZG-200铜热电阻 型温度计、5只WZT-288膨胀型信号温度计监视。油温由一只WZG200铜热电阻监视,油箱上盖X轴方位上对称开了两个观察窗,以备 运行中观察油色和油循环情况,加排油由油箱底部的阀门完成。
2.5 主轴密封装置
为保证稀油润滑能正常工作,必须在顶盖内圈装设密封,以防 止顶盖与主轴之间串水。
主轴密封主要零部件由底座、外环、转动环、密封橡胶环、 内环(与底座焊成一体)等组成。
底座固定在顶盖上,底座上的内环与外环组成压力水槽,密封 橡胶环装于压力水槽里,橡胶环下面是空腔,上面与转动抗磨面接 触形成止封面,转动环固定于大轴上,随大轴转动。
当压力水进入橡胶环下面的空腔里时,在水压作用下,橡胶环 上端面与转动环抗磨面贴紧,阻止顶盖下面的水外漏,摩擦面由橡 胶环下腔通过小孔串上来的少量水润滑。
密封运行时的水压在0.3~0.8MPa,压力太大有可能将密封橡胶 烧坏。
2.6 水轮机主轴
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主轴有两个法兰。下法兰与转轮联接,上法兰与发电机轴联 接,把转轮获得的机械能传递给发电机,并带动发电机轴一起旋 转。
由于机组水导轴承结构不同,所以主轴也分为两种,一种为带 轴领主轴,一种为不带轴领主轴。
主轴材料为2OMnSi锻钢,18个M140×4的联轴螺栓材料为 40Cr(1-2号机主轴联轴螺栓为20个M140×4)。
主轴中心是空的,空心轴除能保证主轴强度,还能减轻重量。 2.7水轮机的埋设部件
埋设部件包括蜗壳、座环、基础环、尾水管,因都是水流经过 的主要通道,所以叫过流部件。
2.7.1蜗壳蜗壳为焊接结构,因为其开头象蜗牛,所以叫蜗壳。 它的作用是将水流以最小的能量损失均匀对称地引人水轮机。
蜗壳的材料1-5号机从进水口算起的124节为低合金钢板,钢 板厚20-32毫米,从2530节是CZ钢板,厚30毫米,总重160吨。6号机 则采用低合金钢15锺铁,15锺饥,钢板厚20~30毫米,总重130吨。
在蜗壳+Y方向顶部开有一个6600进入孔,位于第25节。检修排 水阀布置在蜗壳进口第一节。
2.7.2座环
座环的作用是承受并传递整个水轮发电机组的重量及蜗壳上 部重量。座环由上部环、下部环及若干支柱组成的。1~5号机座环 均为铸造结构,有蝶形边与蜗壳连接。6号机无蝶形边为箱形焊接 结构,固定导叶形状不是正曲率标准型而是等厚型。固定导叶直接 采用钢板焊上。
2.7.3基础环、尾水管
基础环的作用主要承放转轮,一般不作为独立部件,而是与尾
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水管直锥段钢板里衬焊在一起。
尾水管的作用是将水轮机流出的水排至下游,回收转轮出口处 的部分剩余动能形成动力真空,从而提高水轮机效率。
发电机部分
水轮发电机构造和作用
1概述
我厂水轮发电机是东方电机厂产品。
水轮发电机的型号TS1280/180-60的含意:第一部分用
汉语拼音字母表示发电机的型式,第二部分用阿拉伯字母表示 发电机的主要外型参数,如:
TS一一表示交流三相立式同步水轮发电机；
1280-一表示发电机定子铁芯外径(cm)；
180一一表示发电机定子铁芯有效高度(cm)；
60一一表示发电机磁极个数。
1、2号水轮发电机是竖轴半伞式三相交流同步发电机,其导轴 承安放在上机架中心体中,推力轴承安放在下机架上,没有下部导 铀承。
3-6号水轮发电机是竖轴全伞式三相交流同步发电机,其导轴 承和推力轴承均安放在下机架中心体中,没有上部导轴承。 水轮发电机主要由定子、转子、上机架、下机架、推力轴
承、导轴承、通风冷却系统、制动系统、励磁机等部件组成。 定子和转子是产生电磁作用的主要部件,其它部分起支持或辅 助作用。
发电机的主轴和水轮机轴通过法兰直接联接,由水轮机带动发 电机转子旋转故称水轮发电机。当转子磁极圈通人励磁电流后,产 生磁场,由于转子的旋转,磁极线圈所产生的磁场与定子导线之间
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有相对运动,旋转磁场切割定子导线后,就在导线内感应产生交流 电势。如把这些导线按一定的规律连成三相绕组则可以在绕组出 线端引出交流电势。
发电机的主要技术数据
额定功率 176500千伏安 额定电压 15750伏 额定电流 6480安 功率因数 0.85 频率 50赫兹 额定转速 100转/分 2发电机主要部件的组成和作用。
2.1定子 水轮发电机定子由机座、铁芯、线圈三部分组成。 主要技术数据
| 1、2#机 | 3-6#机 | |
|---|---|---|
| 定子铁芯外径（MM） | 12600 | 12800 |
| 定子铁芯高度 | 2000 | 1800 |
| 定子机座外径 | 14540 | 14480 |
| 定子机座高度 | 3500 | 3361 |
| 转子外径 | 11852 | 12038 |
| 设计空气间隙 | 24 | 21 |
| 主轴长度 | 4100 | 4100 |
| 推力瓦数 | 12 | 12 |
2.1.1 机座 机座内圆固定叠装铁芯,外圆挂装空气冷却器, 并通过带有地脚螺栓的基础板,将上机架荷重传至混凝土基础。
机座具有一定的刚度,为了防止定子产生变形和振动,并能承 受发电机的短路扭矩,它由呈圆环形的钢板和许多立筋分层焊接而
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成。
2.1.2 铁芯铁芯内圆垂直开有594个矩形嵌线槽,用以嵌放线 棒,外圆有许多鸠尾槽,通过108根定位筋和许多块托块固定在机座 上。作为磁路的铁芯是导磁性能很好的厚0.5mm的扇形硅钢片叠压 而成。为了防止产涡流,各层硅钢片均涂硅钢片漆。为了发电机的 通风散热,铁芯沿高度分成若干段。(1、2号为36段,3一6号机为33 段),每段平均长45mm。在铁芯上、下端部的两段上,是用短齿的扇 形片叠片,形成3个高为6mm的阶梯,以便增大铁芯端部边处的气隙, 减少杂散损耗,铁芯上下有齿压板,通过定子拉紧螺杆和上部顶丝 将叠片压紧,为了减少由磁场引起的发热,齿压板是非磁性钢材。 2.1.3 线圈线圈是带有绝缘的扁铜线绕制而成,每根扁铜线 外包的绝缘叫股间绝缘,每根线棒外包的绝缘叫主绝缘,2号机增容 改造后由沥青胶云母黑绝缘改成环氧粉云母黄绝缘,其它机组均是 环氧粉云母黄绝缘。线圈采用波绕,并按定规律嵌放在线图矩形槽 中,每个槽中嵌放两根线棒,外面用槽契压紧,线圈端部采用端箍缠 以绝缘带,依靠非磁性支持环固定在机座上。为防止电晕,槽部线 圈绝缘表面涂有半导体漆。
线圈的绕组型式是三相双层分数槽波绕组,星形连接个6个出 头,其中3个是主引出线,3个是中性点出线。
为了测量发电机运行时铁芯、线圈、冷热风的温度,还设有电 阻温度计等测量元件。
在发电机定子线圈上下端部还有环形消防水管,管上钻有辐射 孔,当发电机线圈端部发生事故燃烧时,在发电机灭磁后,可手动打 开供水阀门喷水灭火。
为了运输方便,我厂水轮发电机定子分成六瓣,在现场用螺栓 组合,机座的结合面有径向、轴向销钉定位。定子铁芯合缝为了防
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