水輪機部分培訓講義簡潔版

1、水輪機部分培訓講義,主講人：曾華清,第一章 概述,洪江水電廠位于沅水流域的中上游河段，是沅水干流開發(fā)規(guī)劃中的重要梯級工程。電廠一共裝有6臺燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，單機容量為45MW，總裝機容量為270MW，年發(fā)電量為9.7億kwh，是目前我國最大燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，水輪機轉輪直徑5460mm，發(fā)電機定子外徑φ6500mm。機組按國標招標制采購，由日本HITACHI公司、瑞士ALSTOM公司及中國哈爾濱電機有限責任公司聯合制造,調速器

2、由法國ALSTOM生產。,洪江水電廠機組為潛水型懸掛式、水平布置、帶尾水管的單轉輪燈泡型機組，發(fā)電機轉子與水輪機均布置在兩導軸承外側，機組轉向為順時針（自上游側視）。整個水輪機組由埋件（管型座、尾水管）、轉輪、主軸、水導軸承及主軸密封裝置、導水機構、受油器及主軸內供油管、轉輪室等幾大部件組成。,第二章 水輪機基本知識,第一節(jié)：水輪機的類型及代號 第二節(jié)：水輪機基本參數 第三節(jié)：水輪機的工作原理 第四節(jié)：水輪機結構性能,水輪機是將水

3、的動能及勢能轉換成機械能的一種原動機，它通過主軸驅動發(fā)電機，將旋轉的機械能轉變?yōu)殡娔?。水輪機和發(fā)電機的聯合體又稱水輪發(fā)電機組。水輪機的工作狀況取決于水電廠的工作水頭和流量。由于水頭和流量的變化范圍很大，因而水輪機的類型也很多。,第一節(jié)：水輪機的類型及代號,我廠水輪機是采用國外的類型代號HK—IRT，為燈泡貫流式，水輪機的主軸裝置成水平，水流直貫轉輪，實際上是臥軸安裝的軸流式水輪機，發(fā)電機安裝在燈泡體內(紅色的為轉子)如圖示。,第二節(jié)：水

4、輪機基本參數,1.工作水頭1.1水輪機的工作水頭 毛水頭 - 水頭損失=凈水頭(即水輪機的工作水頭)1.3特征水頭 用于表示水輪機的運行工況和運行范圍。特征水頭一般由水能規(guī)劃計算確定。 最大工作水頭，我廠1#—6#水輪機的最大水頭是27.3m。 最小工作水頭，我廠1#—6#水輪機的最小水頭為8.4m。,設計水頭(計算水頭)Hr 水輪機發(fā)額定出力時的最小

5、水頭，一般由設計者根據電站情況確定。我廠1#—6#水輪機的設計水頭為20.0m。2.流量Q 單位時間內通過水輪機的水量Q(m3/s)， 我廠1#—6#水輪機的額定流量為252.24m3/s。3.出力與效率3.1出力N：指水輪機軸傳給發(fā)電機軸的功率(輸出功率)，我廠1#—6#水輪機的額定出力為46.4MW。,3.2 效率：η=N0/NI×100% 一般η=80%~95%

6、。η<100%的原因：水流通過水輪機時，存在水頭損失、水量損失、機械損失等各種能量損失。我廠水輪機效率可達96%。4. 轉速額定轉速nr 一般我國所用的電流頻率為50赫茲，所以在正常情況下機組的轉速保持為固定轉速，該轉速稱為額定轉速，并與發(fā)電的同步轉速相等。我廠1#—6#水輪機的額定轉數為136.4r/min。,5.轉輪直徑D1(m) 5460mm6.吸出高度： -11.8m

7、7.飛逸轉數： 314r/min(協(xié)聯) 370 r/min(非協(xié)聯) 8.電站使用技術條件： 上游正常水位 ▽190.0m上游死水位 ▽186.0m下游正常水位 ▽164.8m最低尾水位 ▽162.3m壩頂高程 ▽ 196.5m機組中心高程：

8、 ▽153.0m,第三節(jié)：水輪機的工作原理,水輪機是將水流的能量轉換為旋轉的機械能的動力設備，它用來帶動發(fā)電機工作，產生電能。水輪機和發(fā)電機連在一起稱為水輪發(fā)電機組。 水輪機在水力發(fā)電中的作用只是在天然河流上，修建水工建筑物，集中水頭，通過一定的流量將“載能水”輸送到水輪機中后，使水能→旋轉機械能→帶動發(fā)電機組發(fā)電→通過輸電線路→用戶。,式中： N——水電站裝機容量或水輪機的功

9、 Q——通過水輪機的流量 H——水輪機的水頭 η——水輪機的效率 我廠貫流式水輪機組槳葉開度是以導葉開度及工作水頭來確定最佳角度，這時的效率是最高的，這一導葉、槳葉、水頭的在達到效率最高的關系稱為最優(yōu)協(xié)聯關系。,第四節(jié)：水輪機結構性能,1.尾水管及基礎環(huán) 尾水管為臥式圓錐體，由兩大節(jié)組焊而成，小頭焊基礎環(huán)，基礎環(huán)法蘭上裝有伸縮節(jié)，與轉輪室相通。基礎環(huán)

10、及尾水管呈水平布置，既只有水平段，總長26500mm，其中基礎環(huán)段長8500mm，進口段直徑5796.4mm，出口直徑為10500x9100mm，基礎環(huán)的上游面為加工面，既是埋設件管型座的基準面，也是導水機構、主軸的基準面，基礎環(huán)與尾水管同時安裝。為了監(jiān)測尾水部位的壓力值，在基礎與尾水管部位布置了壓力測管，沿圓周方向布置四個測嘴，管材為不銹鋼。,2.管型座 管型座作為水輪發(fā)電機組的主支撐，又是流道的組成部分，管型座由中間管型

11、座、上下游管型座組成。中間管型座的上下豎井起主支撐作用，內腔形成進人豎井，便于運行巡視、檢修維護，左右支撐起加強作用，增加機組的穩(wěn)定性。外管型座的上游側與流道連接，下游側與外配水環(huán)連接，內管型座上游側與定子連接，下游側與內配水環(huán)連接，為確保密封性，在法蘭面均設有雙“O”型密封，并設有水壓試漏檢查孔。3.轉輪與轉輪室 轉輪為機組的工作部件，將水流能量轉化為,機械能并通過主軸傳遞給轉子。轉輪由五片漿葉、一個輪轂、泄水錐、漿葉接

12、力器及漿葉操作機構構成。由于漿葉承受極高的水壓及氣蝕作用,故采用高等抗氣蝕，耐磨損的不銹鋼鑄造。為了減少轉輪室的間隙氣蝕，在葉片背面外緣設置了抗氣蝕裙邊，抗氣蝕裙邊長度接近整個葉片的外緣長度。輪轂為球形，內部充滿潤滑油以潤滑漿葉操作機構，輪轂直徑為Ф2238.6mm，它的作用主要用來安裝漿葉與漿葉調整機構，輪轂材料為抗氣蝕, 耐磨損的不銹鋼鑄造。 漿葉接力器位于泄水錐中，包括活塞環(huán)、油缸、油缸蓋，活塞、活塞支撐、連桿等部件

13、。壓力,油經受油器通過裝在大軸內的操作供油管路向接力器供油。 在活塞上設有兩道活塞環(huán)，用來密封缸體。油缸上的塞子（堵絲）用以轉輪解體時排空油缸中的油。漿葉接力器的工作油壓為6.4MP，采用活塞不動，活塞缸作往復運動的結構，通過拐臂帶動漿葉轉動。 輪轂內充滿了來自輪轂高位油箱的透平油，輪轂高位油箱設置在175.0m高程處，使輪轂內的油壓保持恒定壓力，防止水滲漏入輪轂。漿葉柄軸頸裝有兩道密封，防止透平油外泄。轉

14、輪室由上、下兩半組合（排水環(huán)）而成。排水環(huán),下半部有Ф600的人孔門，便于進入流道。4.主軸 主軸由鑄鋼整體鑄造而成，材料為JIS G3201 SF540A（1號機） 、GB20MnSi（2~5號機），按照水輪機的最大出力48.19MW設計。主軸長6970mm，外徑Φ850mm，內徑Φ215mm，兩端分別與水輪機輪轂及發(fā)電機轉子連接，主軸內腔有槳葉接力器操作油管及輪轂供油管，主軸保護罩分兩半由鋼板卷制而成。 5.受油

15、器 受油器的主要作用是向轉輪漿葉接力器提供壓力油和輪轂供油，由四個小間組成（油柱箱、上游,壓力室、下游壓力室、排油管），上游壓力腔與下游壓力腔軸瓦均襯以巴氏合金。受油器內的三根不同管徑供油管相互套合，形成互不連通的三層密封腔，置于主軸中心孔內與主軸同步旋轉。從外至內三根管子的外徑分別為Φ205mm、Φ130mm、Φ50mm，其中48.6mm油管是輪轂油與高位油箱的連通管。由于主軸內的操作油管比較長，對于操作油管的擺度進行了

16、規(guī)定，其允許范圍為：外供油管0.07mm，中間供油管為0.15mm，內層供油管為0.25mm。受油器安裝在發(fā)電機的燈泡頭內。漿葉的調整是通過調速器主配壓閥控制的壓力油送經受油器再到漿葉接力器。因此受油器是從固定,油管向旋轉的操作油管供油的重要轉換裝置。使?jié){葉開啟的壓力油從受油器下游側壓力腔通過外部供油管到接力器活塞缸上游側；使?jié){葉關閉的壓力油從受油器上游側壓力腔通過中間供油管到活塞缸下游側。內腔油管向輪轂供油，并連接高位輪轂油箱，使輪

17、轂內的油具有一定的壓力，防止流道中的水滲入輪轂。此輪轂油管又作為轉輪接力器的回復桿，將漿葉位置反映到受油器的刻度盤上并經輪葉位置傳感器送到調速器。漿葉全開27.5度,漿葉全關-2.5度。為了防止軸電流對水輪機組軸承的損害，在受油器供油管、泄漏油管、回復繩的安裝法蘭、受油器與,支架連接部位螺栓的部位均設有絕緣墊。 6.導水機構：主要參數：導葉數目： 16個導葉高度：

18、 1800.0mm接力器行程： 656.5mm(正常) 760.0mm（最大）關閉重錘重量： 12t導水葉最大開度： 91.2度接力器數目： 2個接力器壓緊行程： 3.5mm外配水環(huán)：,(1)

19、直徑 7650mm(進水側) 5760mm(出水側)(2) 長度 1701.9mm(3) 分半數 2內配水環(huán)： (1) 直徑 4039.5mm(進水側)3179.8mm(出水側)(2) 長度

20、 795.6mm(3) 分半數 2導水機構的結構： 導水機構由內配水環(huán)、外配水環(huán)、導葉和導葉操作機構等組成。導水葉外配水環(huán)與導葉內配水環(huán)形,成為過流通道，當機組的負荷發(fā)生變化時，導水機構就用來調節(jié)進入水輪機轉輪的流量，改變水輪機的出力，使其與水輪機發(fā)電機的電磁功率相適應。 1 16片導葉布置在內、外配水環(huán)之間，互成

21、120右接力度錐角布置，導葉通過內壓板、導葉軸承與內配水環(huán)相連，其端部與內配水環(huán)的設計間隙為1.0mm，其外端通過外導葉軸承、套筒與外配水環(huán)相連，其端部與外配水環(huán)設計間隙為0.9mm，兩端密封為雙層Y型密封，最大開度角為91. 2度。在接力器與重錘的作用下，開啟和關閉導葉，調速環(huán)的滾道內（兩部分組成）由371個Ф55mm鋼球組成一個軸承。調速環(huán)通過連桿與左、器推拉桿相連。,右側接力器推拉桿上掛有12噸重的重錘，可實現事故快速關機。

22、 導葉與內配水環(huán)配合裝有導葉內轉動軸，導葉內軸承，導葉下部密封等。導葉與外配水環(huán)配合裝有套筒、密封、擋塊、導葉外軸承、壓板、拐臂等。每片導葉位置可由位于導葉連桿上的偏心銷的偏轉來調節(jié)。安全連桿和普通連桿交錯布置，其中安全連桿由兩根連桿用彈簧連接而成；安全連桿當在機組關閉操作時，若相鄰的兩導葉間卡住了一外來異物，則使連桿彎曲。當連桿彎曲，則限位開關動作，進而由電調控制導葉開啟以便釋放外來異物，當外來異物被沖走后，安全連桿由于彈簧力

23、作用,自動回復其原來位置。 7.水導軸承 水輪機導軸承為筒式球軸承，軸承球體與球面軸承座裝有定位銷釘，這種結構可以適應軸線的傾斜，以保證軸與軸承的接觸面積。為了防止水導軸承、球面軸承座隨機組一起旋轉，在球面軸承座與支持環(huán)部位裝有定位銷釘。軸承外徑為SΦ1430mm，導軸瓦鑲有巴氏合金，為了減小摩擦，在軸承的上半部僅在上下游兩側襯有巴氏合金，下軸瓦中心有壓力油腔，與高壓頂起裝置相連，軸瓦與主軸的設計間隙為0.50—0.68m

24、m。軸承裝有兩套溫度檢測裝置、兩套振動、擺度檢測裝置,及一套過速裝置，額定工況下，軸瓦的溫度小于65℃。水導軸承承受的徑向力和轉動部分的重量通過球面軸承座傳遞到管形殼上。8.主軸密封 主軸密封裝置是水輪機結構中的重要組成部份，它的密封性能的好壞直接危及到機組的安全經濟運行，其密封作用尤為重要。主軸密封與檢修密封均裝在水導軸承下游側的不銹鋼耐磨軸襯上。主軸密封為二道楔型圓周密封，材料為耐磨橡皮。主軸密封蓋上的環(huán)型槽與主軸

25、的間隙保持在0.5—0.68mm,范圍內，密封蓋用來防止漏水進入水導軸承處，在密封蓋下部裝有排水管。 檢修密封為膨脹式橡皮軟管，工作壓力為0.5—0.8Mpa壓縮空氣，正常運行中固定部分與轉動部分一般保持為0.5—0.68mm間隙。機組部分檢修時，可投入檢修密封省去流道排水工作。 9.伸縮節(jié) 伸縮節(jié)的主要作用是使轉輪室在水平方向的位置有一定的距離可以移動，以便檢修及安裝時能起吊轉輪室。伸縮節(jié)安裝在轉輪室下游

26、側與尾水管法蘭聯接，并裝有0型密封。伸縮縫中裝有楔型密封，用壓環(huán)壓緊，以阻止伸縮縫中的漏水。,第三章 水輪機的振動與汽蝕,第一節(jié) 水輪機的汽蝕第二節(jié) 水輪機的振動,第一節(jié) 水輪機的汽蝕,1.水輪機汽蝕定義 汽泡在潰滅過程中，由于汽泡中心壓力發(fā)生周期性變化，使周圍的水流質點發(fā)生巨大的反復沖擊，對水輪機過流金屬表面產生機械剝蝕和化學腐蝕破壞的現象------水輪機的汽蝕。2.水輪機汽蝕類型2.1翼形（葉片）汽蝕：轉輪葉片

27、背面出口處產生的汽蝕，與葉片形狀、工況有關。2.2間隙汽蝕：當水流通過間隙和較小的通道時，局部流速增大，壓力降低而產生汽蝕。我廠2#、3#水輪機經過一段時間的運行后都不同程度的出現了間隙汽蝕，如下列圖片所描述：,水輪機槳葉壓板處汽蝕 這主要是因為水流進入槳葉壓板時空間較小，水流速度變大，壓力變小至汽化壓力產生空化，汽泡隨水流往下時在壓力高的地方潰滅產生汽蝕破壞。,2.3空腔汽蝕：在非最優(yōu)工況時，水流在尾水管中發(fā)生旋轉形成

28、一種對稱真空渦帶，引起尾水管中水流速度和壓力脈動，在尾水管進口處產生汽蝕破壞，造成尾水管振動。我廠水輪機機組在某些水頭、低負荷情況下會產生這種由于空腔汽蝕而造成的尾水管振動。2.4局部汽蝕：在過流部件凹凸不平因脫流而產生的汽蝕。 我廠1#-6#水輪機為了減少轉輪室的間隙氣蝕，在葉片背面外緣設置了抗氣蝕裙邊，抗氣蝕裙邊長度接近整個葉片的外緣長度。機組運行一段時間后發(fā)現抗氣蝕裙邊進水口后上緣槳葉處存在2.5mm深的汽蝕，分析原因

29、為抗氣蝕裙邊,機組槳葉局部汽蝕 進水邊厚度太大，水流經過時會產生空化，進入抗氣蝕裙邊進水口后上緣槳葉處時壓力上升，從而產生汽蝕破壞。通過將抗氣蝕裙邊進水邊打磨薄后，汽蝕破壞程度有所降低。 我廠1#-5#水輪機經過一段時間的運行后都,不同程度的出現了局部汽蝕，如上面圖片所描述 在洪江水電廠2#水輪發(fā)電機組水輪機機械部分檢修過程中發(fā)現，水輪機每片槳葉全關時下游側槳葉頂部中間位置、全關時下游側槳葉進水口裙邊位置

30、、槳葉壓板位置均出現了氣蝕現象。 3.汽蝕造成的危害 3.1使過流部件機械強度降低，嚴重時整個部件破壞。 3.2增加過流部件的糙率，水頭損失加大，效率降低，流量減小，出力下降。 3.3機組產生振動，嚴重時造成廠房振動破壞。4.防止汽蝕措施,流速和壓力是產生汽蝕最重要的兩個原因，因此要控制流速和壓力的急劇變化。 4.1設計制造方面： 合理選型，葉型流線設計，表面光滑，抗汽蝕鋼襯(不銹鋼)。

31、 4.2工程措施：合理選擇安裝高程，采取防沙、排沙措施，防止泥沙進入水輪機。 4.3運行方面：避開低負荷、低水頭運行，合理調度。,第二節(jié) 水輪機的振動,水輪機的振動是一個普遍存在的問題，一般來說，機組都存在著振動和擺動。在水電站運行中，將它規(guī)定在某一允許范圍內，超出允許范圍則要找出原因和采取消除措施。1.振動的分類使機組產生振動的干擾力來自以下方面： 1）機械部分的慣性力、摩擦力及其他力，這些力引

32、起的振動為機械振動。 2）過流部分的動水壓力，它引起的振動稱為水力振動。,3）發(fā)電機電氣部分的電磁力，它引起的振動叫做電磁振動。 4）按振動方向分類，可分為橫向振動和垂直振動。 5）按振動部位分類，可分為軸振動、支座（機架與軸承）振動和基礎振動等。必須指出，在機組振動中，軸振動占著重要地位。大部分振動因素和軸振動緊密相連，而且軸振動又會向機組靜止部分傳遞。軸振動有兩種主要形式，即：弓

33、狀回旋，這是一種橫向振動，振動時轉子中心繞某一固定點作圓周運動，其半徑即為振幅。,振擺，這時軸中心沒有圓周運動，但整個轉子在垂直平面中繞某一平衡位置來回搖擺。2.振動的危害 機組的振動是國內外各電站安全運行中存在的普遍而又突出的問題。因為機組振動的振幅超過一定范圍時，輕者要縮短機組的使用年限或增加檢修的次數及檢修工期，振動強烈的機組不能投入運行，否則危害極大。 振動可以引起共振共振的危險性很大。我國某電站，

34、由于葉片出口邊產生的“卡門渦列”的頻率與轉輪葉片的自振頻率一致而共振，使得多臺機組轉輪產生&裂紋，運行不到5年全部報廢更新。,尾水管中壓力脈動引起的振動，一方面使尾水管壁遭受破壞，另一方面會引起出力擺動和運行不穩(wěn)定。如有的電站由于振動使尾水管里襯開裂、脫落。由于振動嚴重使定子固定螺栓、空氣冷卻器螺釘剪斷等都有過發(fā)生。3.引起振動的原因3.1機械振動 引起機械振動的因素有轉子質量不平衡、機組軸線不正和導軸承缺陷等因

35、素。由于轉子質量不平衡，轉于重心對軸線會產生一個偏心矩，主軸旋轉時因失衡質量離心慣性力的作用，主軸將發(fā)生彎曲變形而產生所謂“弓狀回旋”。水輪機和發(fā)電機軸線不,正也要引起振動和擺動。機組軸線在安裝時要進行測量調整，其擺度值通常都能處理在規(guī)定的范圍內，運行中經?？梢詼y量。因此軸線不正，一般不會引起大的振動。導軸承缺陷主要指導軸承松動、剛性不足、間隙過大或過小及潤滑條件不好，它會引起橫向振動力。3.2電磁振動 由電磁因素引起的

36、振動，大致有轉子磁極線圈的匝間短路、轉子和定子的空氣間隙不均勻以及磁極極性不對等。發(fā)電機的這些缺陷會使空氣間隙內磁通密度的分布不對稱，由此產生所謂“單邊磁拉力”而引起機組的振動。,3.3水力振動 引起水力振動的因素有水力不平衡、尾水管中水流不穩(wěn)定、渦列及空腔氣蝕等。一般而言，水力機組的振動主要是水力振動，貫流式水輪機組水力振動主要是渦帶振動、卡門渦列、狹縫射流、協(xié)聯關系不正確引起的振動。3.3.1水力不平衡

37、 當進入轉輪的水流失去軸對稱時，則會出現不平衡的徑向力，造成轉輪振動。造成水力不平衡的因素，通常有蝸殼形狀不對，不能保證軸對稱；導葉開度不均勻，引起流入轉輪水流不對稱和轉輪壓力分布不均勻；轉輪止漏環(huán)不均勻，造成壓力脈動，,產生橫向振動等。3.3.2空腔氣蝕 在偏離設計工況下運行，往往發(fā)生空腔氣蝕而產生振動，其特點是垂直振幅較大并伴隨噪聲。垂直振動的危害比橫向振動的危害更大，這主要是空腔氣蝕造成氣蝕共振所致。3.3.3渦

38、帶振動 根據速度三角形可以知道，由轉輪流出的水流方向，在最優(yōu)工況時，大致為軸向，但是，機組負荷不可能總是在設計工況運行，當負荷大于最優(yōu)工況時，水流就具有與轉輪旋轉方向相反的旋轉分量；而負荷比最優(yōu)工況小時，就具有與旋轉方向同,向的旋轉分量，這樣，在尾水管中心附近就產生具有某個邊界層的旋轉渦帶。渦帶中心壓力較低，在尾水位低時，其中心部分壓力更低，形成汽蝕，這就是一般稱為的“空腔汽蝕”。在高負荷運行時（水輪機額定出力周圍），渦帶

39、往往比較穩(wěn)定；而在低負荷運行時，渦帶成為龍卷狀，在尾水管內旋轉擺動，從而在尾水管內引起壓力脈動，在水輪機運行層可以聽到“空空”的聲響。其壓力脈動頻率為： f=n /（60Z） 式中： f ——壓力脈動頻率（Hz）   n——水輪機轉速（r/min）,Z——經驗值，一般取3~4（有時也接近于1~5） 壓力脈動的頻率和幅值是隨機組工況的變化而變化的。假若與過水系統(tǒng)水

40、壓脈動頻率共振時，就造成水輪機整個過流系統(tǒng)的強烈水壓脈動，即尾水管、管型座和電站水工建筑物等的振動。并且會引起機組轉速不穩(wěn)定，造成并網困難，另外當機組處于“飛逸”泄水工況時，尾水管進口出的壓力脈動值更大，有時達到凈水頭的14%左右；此時機組的振動增大，引起的噪音也隨之增加（高大110分貝左右）。3.3.4由卡門渦引起的振動 卡門渦是一種渦列，當流體流過一圓柱體或板,（包括一般不繞流體）時，在物體后面就會沿著兩條互相平行的

41、直線產生一系列相隔一定距離的單渦（見圖）。這一系列單渦稱之為卡門渦列。各個單渦以相反的旋轉的形式交替在物體兩后側釋放出來，與此同時，物體就受到與來流方向垂直的很強的交變力。這種交變力與旋渦頻率相同。其振動頻率為： f=StV/δ式中 f——振動頻率(Hz) St———斯特雷哈系數（一般取0.15-0.2） V——繞流流速(m/s)

42、 δ——圓柱體直徑或板厚(m),這種渦列在水輪機運行中也經常出現，導葉和輪葉在具有鈍尾時，就會在葉片后面出現卡門渦列，產生作用在葉片尾部的交變力。假若交變力的頻率與葉片固有頻率相等時，就會產生共振，發(fā)出葉片振動的嘯叫聲，使葉片與轉輪輪轂連接處（或導葉與外配、內配連接處）產生疲勞裂紋，因此，在機組檢修過程中，應特別注意疲勞裂紋的檢查。這種渦的發(fā)生與否，與水流中物體的形狀有關，其頻率受水流流速的影響。因此，流速達到某一值，共振條

43、件一成立，就會發(fā)生強烈的振動。所以實際水輪機在運轉時，卡門渦列引起的振動是,在一定的工況下發(fā)生。 3.3.5狹縫射流 在燈泡貫流式水輪機中，由于轉輪葉片的工作面和背面存在著壓力差，在輪葉外緣和轉輪室之間的狹窄縫隙中，形成一股射流，其速度很高而壓力非常低。在轉輪旋轉過程中，轉輪室壁的某一部分在葉片達到的瞬間處于低壓；而在輪葉離去后又處于高壓，如此循環(huán)，形成了對轉輪室壁的周期性壓力脈動，從而產生振動，導致疲勞破壞。這種振動

44、的頻率為： f=（Z1n）/60式中： f——壓力脈動頻率（Hz）,n——水輪機轉速（r/min） Z1——葉片數目(飛來峽電站4片)3.3.6協(xié)聯關系不正確引起的振動 根據運行經驗，當轉槳式水輪機中協(xié)聯關系不正確時，一方面會引起調速器系統(tǒng)持續(xù)振蕩過程變長，機組出力、轉速發(fā)生振蕩，轉動部分扭矩就會引起大軸變形，從而使轉子產生扭轉振

45、動；另一方面，由于水流情況惡化，在水導軸承、組合軸承處引起軸向振動。 同時，協(xié)聯關系不正確時，轉輪葉片不再具有無撞擊進口，水流對葉片就會產生沖擊，在不斷的調節(jié)過程中，由于沖角隨時在變化，作用在葉片上,的負荷及由此而產生的葉片扭矩、變形等也相應變化，這些變化過程就反映了振動的進程。4.消除振動的措施 水力機組由許多部件組成，若有一個或幾個部件工作不正常，都可能引起機組振動。機組振動是各方面缺陷的集中表現。當振

46、幅超過允許范圍，必須設法降低，而降低振動值的關鍵在于找出振源，然后根據不同情況，采取相應措施。尋找振源的困難在于水力機組由許多部件組成，而且振動與機械、電氣、水力多種因素密切相關。要在諸多因素中找出一兩個主要原因，往往很困難。因此，要,進行多方面調查研究，了解振動的各種表現，并進行一系列試驗研究和分析。水輪機的振動通常是有規(guī)律的，其規(guī)律性一般表現在振幅和頻率的變化上。尋找振源可從以下幾方面著手。 1）現場的調查振動時的各種

47、現象，如在什么情況下、什么部位振動最厲害，振動時有何異?，F象，有何聲響等。 2）進行必要的檢查，如機架、軸承、轉輪、尾管壁、各部件連接有無異常情況；止漏環(huán)間隙、轉輪室間隙、發(fā)電機氣隙、擺度等是否符合標準；以及機組和電站的有關參數等。,3）確定振動機組有關部件的自振頻率，如導葉、轉輪葉片、軸、機架等部件的自振頻率。 4）進行振動試驗，試驗的目的在于找出振動規(guī)律與運行參數的關系，并測出振幅和振動頻率，從而查明振動

48、原因。試驗項目一般有： 5）勵磁電流試驗，它是區(qū)別機械振動和電磁振動的主要方法。由電磁原因引起的振動，其特點是振幅隨勵磁電流增加而增加。 6）轉速試驗，由于轉子質量分布不均勻、軸線不正等引起的機械振動，都與轉速有關，其轉速增加振幅也隨著增加。 7）負荷試驗，負荷試驗是判斷振動是否由水力,因素引起的重要試驗。一般來說，如果振動與負荷變化有關，則振動是由水力因素引起的。引起水力振動的因素很多，要判明哪

49、一個原因，則必須根據振動特性（如振動頻率、振幅、振動部位）與負荷的關系及其他所觀察到的現象，進行分析研究。 8）另外，還可以進行軸承潤滑油膜試驗。由于油膜不穩(wěn)定或被破壞引起的振動特征，是振動發(fā)生較突然和強烈，振動波形混亂以及機組抖動聲音不正常等。 總之，通過現場調查、振動試驗及綜合分析，通常情況下是可以查明振動原因的，然后根據不同情況采取不同的措施消除或減緩振動。對于振因,不明，則可盡量避開振動區(qū)域運行。對于

50、水力因素引起的振動，通?？梢圆扇∠铝蟹椒ㄌ幚恚杭又蜗瘢丛谌~片出口邊之間加焊支撐，對渦列引起葉片振動有一定效果；設置導流柵，即在尾水管直錐段內裝設導流柵，可減小出力擺動和壓力脈動。水流在水輪機內運動過程中，局部地區(qū)會產生壓力下降（有時為負值）的情況，如反擊式水輪機轉輪葉片的背面，尾水管的進口段都會產生負壓。當壓力下降到汽化壓力，水由于汽化而產生汽泡。另一方面在水中原有殘存的極微小的空氣泡—氣蝕核，因外壓力減小，體積膨脹，也會形成氣泡

51、。在汽泡中含有蒸汽，也含有原來存在于液體中氣體。在,水輪機的轉輪中，由于低壓區(qū)的形成和高速水流的運動，使得汽泡和氣泡也不斷地運動。運動中汽泡和氣泡會突然壓縮或突然膨脹，甚致驟然消失，在這一瞬間，分子將會產生巨大的撞擊力，如果這種撞擊力指向金屬表面，則金屬表面會受到不斷沖擊，使金屬表面遭到破壞，這就是汽蝕現象。,第四章 水輪機的運行維護,第一節(jié) 水輪機運行操作 第二節(jié) 水輪機運行中的巡視 第三節(jié) 運行技術條件,第一節(jié) 水輪機運行操作,

52、1正常開機1.1開機前的檢查接到開機命令后，運行人員必須對設備作全面檢查，確認符合開機條件后才能起動。檢查項目一般有：1.1.1進水口工作閘門、尾水閘門及水輪機主閥應已全開；1.1.2機組各機械部分均處于正常狀態(tài)；1.1.3發(fā)電機制動解除，即制動器已復位；1.1.4發(fā)電機出口斷路器在跳閘位置；1.1.5調速系統(tǒng)處于正常狀態(tài)；,1.1.6油、氣、水系統(tǒng)處于正常狀態(tài)；1.1.7電氣部分各設備各回路處于正常狀態(tài)。 1.2 電

53、手動開機操作1.2.1檢查機組無機械、電氣事故告警信號；1.2.2檢查風洞無工作人員、雜物(即風洞門已關閉)1.2.3檢查發(fā)電機加熱器在自動狀態(tài)且運行正常；1.2.4檢查發(fā)電機出口開關在斷開位置，勵磁退出；1.2.5檢查檢修密封確已退出；1.2.6檢查轉子機械鎖錠、機械制動裝置確已退出，檢查導葉接力器機械鎖錠確已退出；1.2.7檢查壓油槽油位、壓力正常，檢查壓油槽自動補氣回路工作正常；,1.2.8檢查軸承油系統(tǒng)已恢復備用狀

54、態(tài)；1.2.9檢查各輔機電源正常，控制開關置“現地”位置；1.2.10調速器油泵電源正常，其控制開關置“現地”位置。檢查調速器交、直流電源正常，調速器電氣柜內無異常，面板無告警信號，機械柜內無異常。調速器處于遠方、自動控制方式；1.2.11手動開啟重力油箱供油電動閥XY412，手動啟動循環(huán)油泵、高壓油泵；檢查各部軸承油流正常，高壓油泵出口壓力正常；1.2.12手動啟動循環(huán)水泵及軸流風機，檢查空冷器冷卻水流量壓力正常；,1.2.1

55、3手動開啟軸承油冷卻水供水電動閥并檢查軸承油冷卻水流量正常，檢查調速器油冷卻水流量正常。檢查主軸密封供水母管壓力正常，開啟主軸密封潤滑水供水電動閥，檢查主軸密封供、排水流量正常；1.2.14檢查LCU水機保護投入正常；1.2.15檢查壓油槽主供油閥101VD和檢修閥XY300確已開啟,啟動1#(2#)調速器油泵；1.2.16在機械柜上手動退出接力器液壓鎖錠；1.2.17在電調柜上將調速器置“現地”位置，將控制開關切至“自動”位置

56、，手動操作“導葉開限增/減”控制開關至90%額定開限，手動操作“負荷/頻率”增/減,控制開關緩慢開啟導葉，檢查漿葉協(xié)聯正常，并觀察機組轉速上升情況至轉速正常；1.2.18手動停運高壓油泵；1.2.19監(jiān)視水輪機各部分運行工況。2.電手動停機操作2.1手動啟動高壓油泵，檢查高壓油泵出口壓力正常；2.2手動開啟粉塵吸收裝置及制動吸塵電動閥；2.3在電調屏上將調速器置“現地”位置，將控制開關切至“自動”位置，手動操作“負荷/頻率”

57、增/減控制開關緩慢關閉導葉，待發(fā)電機有功負荷接近于零時跳開發(fā)電機出口開關，再將導葉緩慢關閉至零開度；2.4發(fā)電機轉速接近22%nr時手動投入轉子機械制動；,2.5檢查發(fā)電機轉速為零，手動退出轉子機械制動；2.6手動投入導葉接力器液壓鎖錠；2.7手動停止調速器油泵；2.8手動關閉軸承油冷卻水電動閥、主軸密封潤滑水電動閥； 2.9手動停止循環(huán)油泵、高壓油泵，手動關閉重力油箱供油電動閥；2.10手動停止循環(huán)水泵及軸流風機；2.1

58、1將電調柜上將調速器置“遠方”位置，將控制開關切至“自動”位置。將重力油箱供油電動閥、軸承油冷卻水電動閥、粉塵吸收裝置及制動吸塵電動閥、主軸密封潤滑水電動閥控制開關切“自動”位置；將高壓油泵、調速器油泵、循環(huán)油泵、循環(huán)水泵、軸流風機控制開關切“自動”位置。,第二節(jié) 水輪機運行中的巡視,為保證安全運行，運行人員必須對機組設備進行巡視檢查，及時發(fā)現設備隱患。另外，如有特殊情況（如甩負荷、事故音響信號動作、機組起動并網或其它異常情況等），也必

59、須及時進行巡視檢查。 在巡視檢查中，要集中精力，仔細觀察，充分發(fā)揮眼看、手摸、鼻聞、耳聽等感覺作用，不得草率從事。巡視檢查應包括職責范圍內的全部設備，其主要項目一般有：,1.機組運行中的穩(wěn)定性及各部位音響，特別是在過負荷、低水頭低負荷等情況時有無異常音響，有無顯著的振動。 2.水輪機壓力表指示是否正常，尾水管有無顯著的振動和噪聲。 3.軸承油質、油溫、油位是否正常，有無甩油現象。 4

60、.水輪機軸承是否有異常聲音，主軸密封情況是否良好。 5.導水機構各連接部位是否牢固，轉動是否靈活，安全連桿及其信號裝置是否完好。 6.油、氣、水系統(tǒng)工作是否正常，有無漏水、漏,油、漏氣或堵塞現象。 7.機組各連接、固定螺栓有無松動現象。,第三節(jié) 運行技術條件,1.水頭對機組的出力和運行工況影響較立式機組明顯。運行水頭一旦下降,機組的出力和運行工況立即改變,故應及時調整以確保其在良好的工況下運行,否則使機組出

61、現運行工況較差、轉輪室振動較大等一系列問題。 2.廠用電可靠性要求高,廠用電一旦中斷,因潤滑油泵無法對機組軸承供油而造成事故停機。我廠在工程施工階段和倒換廠用電時,曾出現過因廠用電消失而導致機組停機的事故。因此,在倒換廠用電時要特別注意潤滑油泵的安全連續(xù)運行。,3.隨主機不間斷連續(xù)運行的輔助設備多且可靠性要求也高。這些輔助設備有:2臺軸承潤滑油泵,2臺高壓油泵，2臺冷卻循環(huán)水泵,6臺機組冷卻的軸流風機。特別是2臺軸承

62、潤滑油泵,一旦停止運行,機組即事故停機，機組因輔性要求較高。在機組開機或停機時高壓油泵要能可靠地投入運行,否則將造成燒瓦事故，無法正常工作時必須注意重力油箱是否能可靠地向軸承供油及適時投入制動風閘。否則,機組在低轉速下長期運轉也會造成燒瓦事故,尤其是發(fā)電機導瓦和水輪機導瓦。這是要特別注意的。 4.要有反應靈敏,動作可靠,性能穩(wěn)定的調速器。燈泡貫流式機組因發(fā)電機置于水下燈泡體內,尺寸,較小,其轉動慣量與飛輪矩GD2也較小,過

63、渡過過渡過程短,若沒有好的調速器,則很容易引起過速飛車。我廠機組的調速器可實現開停機過程的自動化,及燈泡貫流式機組正常穩(wěn)定運行的要求。 5.要及時清理進水口攔污柵上的雜物，若進水口攔污柵壓差過大會引起機組效率下降及出現機組振動異常。進行清理,基本上解決了攔污柵被堵影響機組正常安全發(fā)電的問題。 6.在開機過程中要注意檢查軸承油流量、主軸密封水是否正常,倘若軸承油流量不正常,則容易軸瓦發(fā)生干磨而損壞。,第五章 水

64、輪機異常運行及事故處理,所謂異常運行，是指水輪機運行時發(fā)生異?，F象，任其發(fā)展可能危及其安全運行但還未造成惡果的運行狀態(tài)。如軸承溫度升高至報警溫度、導葉剪斷銷剪斷及振動超過允許范圍。在發(fā)生異常現象時，保護裝置通常會發(fā)生相應故障信號，有關測量儀表也會有所指示，運行人員應根據現象進行分析并消除故障，使機組恢復正常運行狀態(tài)。若故障不能消除，并且繼續(xù)發(fā)展而危及機組安全，應停機進行處理。水輪機異常運行情況,較多，并與發(fā)電機運行狀態(tài)有關，下面僅對幾種

65、常見的異常運行情況。1.軸承溫度升高 在運行中，軸承溫度上升到報警溫度，即進入異常運行狀態(tài)。產生軸承溫度升高的主要原因有：由于軸承漏油或甩油造成油位下降；軸承內潤滑油循環(huán)不正常；由于管路堵塞或技術供水故障等原因造成軸承冷卻水中斷或水壓降低；潤滑油使用時間太長或冷卻器漏水而使油質劣化；由于軸承座固定螺絲松動、軸瓦間隙變化或機組在汽蝕振動區(qū)運行等原因而引起主軸擺度增大。當軸承溫度升高發(fā)出報警信號后，運行人員首先應對各測量儀表

66、進行,核對分析，如將扇形溫度計與電阻溫度計比較，將軸承瓦溫與油溫進行比較，以證明是否信號裝置誤動作。若確是溫度升高，則應在繼續(xù)監(jiān)視溫度變化的同時，根據機組當時運行情況，檢查分析原因，并進行正確處理。如果不能及時查明實際原因降低軸承溫度，或軸承溫度在分析處理過程中繼續(xù)升高，應立即手動事故停機，以免燒壞軸瓦。 另外，在運行中有時也會出現軸承溫度在短時間內突然升高的異?，F象，這時，即使溫度還沒有達到報警溫度，也應立即停機。因為運

67、行實踐表明，出現這種情況時，一般軸瓦已有燒壞，如不立即停機，會很快加劇軸瓦的損壞程度。,2.導葉安全連桿動作 安全連桿是水輪機導水機構的保護元件。安全連桿動作的原因一般有：兩導葉之間卡進雜物；各導葉連桿尺寸調整不當或鎖緊螺母松動產生別勁；導葉在機組突然增減負荷或緊急停機時開、關過快，使安全連桿承受過大的沖擊力；因調速系統(tǒng)不穩(wěn)定或發(fā)電機與系統(tǒng)間發(fā)生振蕩、失步時，造成導葉忽開忽關，使安全連桿承受重復沖擊力而動作。當安全連桿較多

68、動作時，機組的振動、擺度一般會因水力不平衡而增大。這時，運行人員應首先到水輪機層進行核實，檢查機組監(jiān)控系統(tǒng)是否進行了安全連桿動作后的保護動作，檢查安全連桿動作是否,復歸，若機組振動、擺度均在允許范圍，機組可繼續(xù)運行。同時報告中控室，暫時不能進行負荷調整，將調速器切換為手動控制，手動操作導葉開關兩次，把異物沖走，若還是不能把異物沖走，應啟動機組停機程序，同時關閉機組進水口閘門，將機組停穩(wěn)后進行相應的處理。3.事故停機在運行中，還會出