混流式水轮机及其附属设备规范技术.docx

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混流式水轮机及其附属设备规范技术

FBW00103FBW

水轮发电机组及其附属设备

国际招标文件范本

第7章技术规范

3A混流式水轮机及其附属设备

专用技术规范

水利水电勘测设计标准化信息网

2001年4月

水轮发电机组及其附属设备

国际招标文件

第7章技术规范

3A混流式水轮机及其附属设备

专用技术规范

年月

目次

7.3.1概述…………………………………………………………………………（4）

7.3.2混流式水轮机…………………………………………………………………（5）

7.3.3结构特性和技术要求…………………………………………………………（8）

7.3.4备品备件………………………………………………………………………（25）

7.3.5专用工具………………………………………………………………………（26）

7.3.6工厂组装和试验………………………………………………………………（27）

7.3.7自动化元件化………………………………………………………………（28）

7.3.8水轮机模型试验………………………………………………………………（29）

7.3.9调速器油压装置控制系统……………………………………………………（34）

7.3.10进水阀…………………………………………………………………………（45）

7.3.11现场试验………………………………………………………………………（53）

7.3混流式水轮机及其附属设备专用技术规范

7.3.1概述

7.3.1.1范围及界限

（1）本节技术规范规定了对_____台套立式混流式水轮机及其附属设备和卖方提供的其它随机配套设备的设计、制造、模型试验、工厂试验、包装和设备交付、安装、现场试验等的技术要求。

“一般技术规范”的要求。

（3）混流式水轮机及其附属设备的安装和现场试验均在卖方的技术指导和监督下，由买方选定的安装承包商完成。

卖方应为混流式水轮机及其附属设备的安装和运行提供包括安装程序、技术要求和建议的安装进度等内容详细的安装指导文件、运行、维护说明书和图纸，并派员现场服务。

7.3.1.2供货范围

（1）本合同供货范围自上游侧_____开始至尾水管里衬末端的_____台套水轮机及其附属设备。

每台套设备包括水轮机、调速系统设备及其操作控制系统、进水阀及其操作控制系统、补气装置、调相充气压水装置、顶盖排水、顶盖取水装置、自动化元件、阀门、表计、各种管路及管路附件、电缆以及设备的基础埋件等。

1）水轮机本体包括：

尾水管里衬、蜗壳、基础环、底环、座环、导叶和导水机构、导叶接力器、顶盖、补气装置、调相充气压水装置、顶盖排水、顶盖取水装置、蜗壳和尾水管排水阀、转轮、主轴、导轴承、主轴密封、机坑里衬、机坑内电动起吊装置和基础埋件等。

2）调速系统包括：

调速器、油压装置、漏油装置、控制装置、反馈装置、测频装置、调速系统用空气压缩系统设备、连接调速器、接力器、油压装置及空气压缩系统设备的所有管道、阀门、仪表、继电器、传感器、连接电缆及有关附属设备和基础埋件等。

3）进水阀成套设备包括：

进水阀、延伸管、伸缩节、旁通检修阀、旁通阀、空气阀、排水阀、进水阀油压装置、操作机构、控制设备及设备之间的所有连接管道、阀门、仪表、继电器、有关附属设备和基础埋件等。

4）空气压缩系统设备包括：

空压机、贮气罐、油水分离器、气水分离器、自动空气干燥器、操作控制设备、连接该系统设备的所有管道、阀门、仪表、继电器、有关附属设备和基础埋件等。

5）运行控制设备包括：

电气及机械随动机构、构件、各种监测仪表、显示装置、自动化元件、液压元件、保护元件、电气操作元件及相应的盘柜、端子箱、连接管道、阀门、电力和控制电缆等。

（2）卖方提供水轮机及其附属设备之间的油、气、水和水力量测系统的所有管路、自动化元件、仪表、阀门、电缆等。

卖方提供的设备与非本合同提供的设备之间连接的油、气、水管路，应供至机墩外第一对法兰处，电缆供应至由卖方供货的盘柜及端子箱。

供货范围内的油、气、水辅助设备及管路系统所需的所有阀门、自动化元件和相关设备均由卖方供给。

（3）提供为设备吊运、安装、试验、拆卸和重新组装所必需的专用工具、专用设备等（见7.3.5）。

（4）提供机组运行和维修所需的备品备件（见7.3.4）。

（5）某些元件、部件或装置，如果在招标文件中未专门提到，但它们对于构成一台完整和性能良好的机组是必不可少的；或者对于保证机组稳定运行，或者对于改善机组运行品质都是必要的话，那末这些元件、部件或装置也应由卖方提供，其费用包括在设备总价中。

提示：

设备供货范围可根据电站的实际情况，增减或修改。

7.3.2混流式水轮机

7.3.2.1型式和说明

（1）水轮机为立轴混流式带有金属蜗壳和弯肘形尾水管，水轮机主轴与发电机主轴（或发电机转子中心体）联接，水轮机旋转方向为俯视顺【／逆】时针旋转。

（2）原型水轮机的水力设计要与经过验收的模型水轮机相似，蜗壳、尾水管的控制尺寸及与厂房土建相关连的尺寸应满足本招标文件7.5附图的要求，其微小的偏差应取得买方工程师的认可才能接受，且偏差应在投标书中说明。

（3）水轮机所有可拆卸的部件，包括转轮、主轴、顶盖、轴承和导水机构等部件均应能利用厂房桥式起重机从发电机定子内孔及它下面的圆形机坑中整体吊出，卖方应在投标书中注明可拆卸部件的主要外形尺寸。

当部件结构尺寸用厂房起重机从发电机定子内孔整体吊出有困难时，应提出拆卸的程序和方法。

使用的吊具应随水轮机供应。

（4）水轮机的结构应使转动部分有足够的轴向活动空间，以便调整和拆卸推力轴承和清扫主轴连接法兰的止口部分。

（5）水轮机应能在飞逸转速下安全运行2min【／…／30min】，而不会产生有害的变形。

所有流通部件应能承受_____m的水压。

（6）水轮机的部件设计要求能方便地进行检修、安装和拆卸。

所有主要部件和分件起吊的重部件，要设置吊环螺栓，吊耳或便于装卸的起吊装置。

（7）根据电力系统要求，水轮机将在压水条件下作调相运行。

卖方应在水轮机顶盖上设置充气进气口和相应的给气装置，以及尾水管上的水位信号器。

提示：

不调相的机组，删去7.3.2.1（7）

7.3.2.2电站水力参数和运行条件

（1）上游水位

最高洪水位_____m；

正常蓄水位_____m；

最低水位_____m。

（2）下游水位

尾水位－流量关系曲线见7.5附图。

最高尾水位_____ｍ；

一台机额定流量时尾水位_____m；

电站额定输出功率运行时尾水位_____m；

最低尾水位_____m。

（3）水头

最大毛水头_____m；

加权平均水头_____m；

额定水头_____m；

最小毛水头_____m。

（4）压力管道水头损失

自进水口至蜗壳进口断面之间水头损失计算公式：



△ｈ＝_____Ｑ２ｍ

式中：

Ｑ——通过压力管道的流量,ｍ３／ｓ。

（5）水轮机安装高程

导叶中心线高程_____m。

（6）电站水质及冷却水温等详见7.1节“工程概况”中有关资料。

（7）运行负荷情况

水轮机汛期一般运行水头范围为_____ｍ～_____ｍ，汛期运行时间占年运行时间的_____％，主要承担基荷，机组满负荷运行。

非汛期运行水头范围为_____ｍ～_____ｍ，非汛期运行时间占年运行时间的_____％，主要承担峰【／腰】荷。

机组要【／不】作调相运行。

7.3.2.3主要参数及额定值

（1）水轮机额定转速为_____ｒ／ｍｉｎ。

（2）在额定水头_____ｍ，额定转速_____ｒ／min时，水轮机的额定输出功率为_____MW。

7.3.2.4性能保证

（1）概述

卖方应保证所提供的设备满足规定的性能要求。

如果卖方提供的设备不能满足所规定的要求，买方有权要求卖方无偿修改或更换设备，并负责运输费用，或根据第5章专用合同条款中的有关规定作违约罚金处理。

（2）输出功率

水轮机在额定水头和额定转速下的额定输出功率不小于_____MW（相应的导叶开度为额定开度）。

正常最大连续输出功率不小于_____MW，在其他各特征净水头下的输出功率不小于8.9节“设备性能保证”中所保证的数值。

（3）水轮机效率

水轮机的效率应以在相似条件下运行的模型转轮在试验室进行试验时所测定的特性为基础，比尺效应的效率修正按7.3.8.4中所规定的公式进行。

在全部运行范围内，原型水轮机最高效率不低于_____％，该效率应在水头ｍ附近。

原型水轮机的加权平均效率不低于_____％，加权平均效率的计算公式及相应的加权系数如下：



式中：

Ｗi—对应于表7.3-1中相应工况的效率加权系数，且∑Ｗi＝１００（表中Ｐr:

当水头大于或等于额定水头时为水轮机额定输出功率;当水头小于额定水头

时为水轮机额定开度的输出功率）。

ηi——相应工况的效率。



表7.3-1效率加权系数（ＷI）表

水头

ｍ

输出功率Ｐi

_____％Ｐr

_____％Ｐr

_____％Ｐr

_____％Ｐr

_____％Ｐr

最大水头_____

设计水头_____

额定水头_____

最小水头_____

说明:

∑Ｗi=１００

水轮机各效率保证应在电站空化系数条件下作出。

要求水轮机在规定的水头范围和导叶开度较宽广的范围内有较高的效率，且效率曲线变化平缓。

投标书中应提供规定的全部运行水头范围，水轮机输出功率由35%Ｐr～110%Ｐr范围内，预想的水轮机运转特性曲线。

曲线上还应标明开度线、允许的吸出高度线和压力脉动等值线。

当模型验收试验完成后，应按验收试验结果再次提供上述特性曲线。

提示：

（1）根据电站运行的具体条件，还可要求保证其他特定工况点的效率。

（2）招标文件中对保证值通常有两种编制方法：

一种是在招标文件中明确规定各项保证值的具体参数指标要求；另一种是招标文件不明确提出具体参数指标，由投标者根据各自的技术水平来提出保证值。

以下空蚀、漏水量、尾水压力脉动值等保证参数指标，均可用类似方式处理。

二种方式各有优缺点，编标者可根据具体情况选择。

（4）空蚀【／磨蚀】

1）水轮机在本招标文件所规定的水质、泥砂特性、水头及尾水位变化范围内，水轮机在最小输出功率45%Ｐr以下运行时间不多于500ｈ，在最大输出功率100%Ｐr（或允许的最大连续输出功率）以上运行时间不多于100ｈ，在空蚀【／磨蚀】保证期内转轮（含上冠、下环、叶片、泄水锥）因空蚀【／磨蚀】所剥落的金属质量不大于D２ｋｇ、最大剥落深度不超过3Ｄ２／３ｍｍ及剥落面积不大于300Ｄ５／３cm2。

（D为以ｍ计的转轮公称直径）。

单个叶片的剥落量和剥落面积不得大于全部叶片平均剥落量的两倍，导水机构和尾水管全部剥落量之和（质量或面积）不得大于转轮保证量的三分之一，深度保证量与转轮相同。

空蚀【／磨蚀】保证期为：

水轮机投入商业运行后2年，或实际运行时间达8000ｈ，以先到期为准，不足或超过8000ｈ，可按线性比例换算保证量。

2）如空蚀【／磨蚀】剥落量超过保证值，卖方要负责修复。

卖方在修复空蚀【／磨蚀】破坏区域时应用不锈钢进行补焊和磨光成一个光滑的表面，使之与邻近未损伤的表面一样。

由于叶形误差或波浪度而引起的局部空蚀【／磨蚀】破坏时，卖方要对水轮机部件作必要的修改，以防空蚀【／磨蚀】损坏重新发生。

为了修补空蚀【／磨蚀】的破坏，买方将在合适的时间排干水轮机存水和提供工作的专门入口、厂用电及压缩空气等方便条件。

所有修补材料和设备则由卖方自备。

由于空蚀【／磨蚀】损坏超过保证值而进行修改，在修改以后空蚀【／磨蚀】保证期必须重新计算。

（5）稳定运行

1）在7.3.2.2所规定的运行水头条件下，水轮机在空载和45％Ｐr～100％Ｐr（或允许的最大连续输出功率）范围内均可连续稳定运行。

2）水轮机在各种运行工况，包括启动、甩负荷等过渡工况下应没有有害的振动或摆动。

尾水管进口管壁处压力脉动值在额定工况运行时△H/H（△H为混频双振幅外包络线的峰—峰值，H为运行水头）不大于2%，在部份负荷运行时△H/H最大不超过3%【／…／11%】。

3）正常条件下水导处主轴摆度（双振幅）不超过100μｍ，顶盖垂直振动（双振幅）不超过60μｍ。

4）在各种规定运行工况下，转轮和座环的设计不得导致引水系统的水力共振和机组结构的共振。

（6）导叶漏水量

在额定水头_____ｍ下，导水叶全关，投入商业运行初期及运行8000ｈ内的漏水量不超过Ｑｒｍ３／ｓ（Ｑｒ为水轮机额定流量，以ｍ３／ｓ计）。

（7）调节保证

1）机组在本节专用技术规范规定范围内的任何工况下甩负荷时，蜗壳进口处最大压力不超过_____ＭＰａ。

2）机组在本节专用技术规范规定范围内的任何工况下甩负荷的最高转速上升值不大于_____％。

3）机组在本节专用技术规范规定范围内的任何工况下甩负荷时，尾水锥管内的最大真空度不得大于8ｍ水柱。

（8）最大水头下的最大飞逸转速不超过_____ｒ／ｍｉｎ，且能安全运行2min【／…／３０min】，而不会产生有害变形。

（9）噪声

在额定转速和由空载到满载的全部运行工况下，在水轮机坑地板以上1ｍ处，测得的噪声不超过85ｄＢ（Ａ），距尾水管进人门１ｍ处测得的噪声不超过90ｄＢ（Ａ）。

（10）轴向水推力

在最大水头下，最大正向（向下）轴向水推力不超过8.9节中所列保证值。

在

最不利运行条件包括紧急停机等过渡工况下，最大反向水推力不得超过机组转动部

分重量。

（11）可靠性指标

在规定的运行工况下，可靠性指标规定如下：

1）无故障连续运行时间不小于18000ｈ；

2）大修周期不小于10年；

3）退役前使用年限不小于40年。

7.3.3结构特性和技术要求

7.3.3.1转轮

（1）设计和制造

1）流道形线

转轮过流部分的形线与尺寸必须与经过验收的模型转轮相似。

形线偏差应不大于IEC193的规定，尺寸检查应提前_____天通知买方代表参加。

2）主要结构

转轮和主轴采用法兰螺栓联接。

摩擦传动。

提示：

范本使用者可根据电站的具体情况选择下述一种结构方案，或在下述方案的基础上进行补充。

方案Ⅰ：

转轮为整体铸造结构；

方案Ⅱ：

转轮为铸焊结构，叶片采用铸造或压模成型；

方案Ⅲ：

为满足运输的需要，转轮分半制造，每一分块为铸钢件（或叶片采用压模成型）拼焊而成。

上冠采用刚性拼装连接，连接后的上冠应形成平顺的水力表面，下环为焊接结构。

卖方应对转轮现场焊接、加工和平衡的全面质量负责，并应提出具体的拼装措施和程序，还应派出有经验的监理人员指导拼装。

卖方应提供转轮拼装所要求的专用工具、设备和焊条、焊丝，以及焊后磨园等加工设备和静平衡工具。

转轮完成后在现场中间验收。

方案Ⅳ：

为满足运输的需要，叶片采用铸造或压模成型，分片制造、运输。

上冠和下环根据运输和现场组装需要分块，上冠拼装后应形成平顺的水力表面，下环为焊接结构。

卖方应对转轮现场组装、焊接、加工和平衡的质量全面负责，并提出具体的组装措施、程序和工艺要求，派出有经验的制造和质检人员负责组装，提供需要的专用工具（含静平衡工具）、设备和焊条、焊丝，计入报价。

并提出必需的通用设备清单、风水电及场地布置要求，但不计入报价。

转轮完成后在现场中间验收。

3）强度和刚度

转轮应具有足够的强度和刚度，能够承受任何可能产生的作用在转轮上的最大水压力、离心力和压力脉动，退役前在周期性变动负荷作用下不发生任何裂纹和断裂或有害变形，在最大水头最大负荷或飞逸工况下的应力不超过材料屈服强度的2/3。

当水轮机主轴与发电机拆开时，转轮置于水轮机基础环上，此时转轮应有足够的刚度来支撑其本身和主轴的重量。

4）泄水锥

转轮泄水锥采用与上冠相同的材料制造，通过螺栓或焊接连到转轮上冠的下端，也可和上冠做成一体。

泄水锥连接螺栓应埋入泄水锥，并对螺孔进行封堵，表面打磨光滑，泄水锥应有防脱落的措施。

5）泄压孔

为减少顶盖的压力应有可靠的泄压措施或在转轮上冠上开泄压孔。

6）止漏环

转轮的上冠和下环应设置固定的，或可更换的不锈钢止漏环。

为保证间隙漏水量尽可能小，止水间隙必须均匀，且应不超过模型间隙按比例换算的尺寸。

止漏环应具有良好的抗腐蚀、抗磨损和抗空蚀性能，其硬度应高于相对应的顶盖和底环上止漏环的硬度。

（2）材料

转轮材料为含铬１３％【／…／１６％】，镍４％【／…／５％】可焊性好的低碳不锈钢。

提示：

范本使用者也可根据电站的具体情况选择下述方案中的一种：

方案Ⅰ：

转轮可采用抗空蚀、抗磨蚀和具有良好焊接性能的碳钢材料制成，在下环内表面和叶片易空蚀区应堆焊不锈钢以防止磨蚀，叶片低压侧表面的复盖面积不应少于20％，下环内表面复盖层面积不少于50％，卖方在投标时应初步提出堆焊不锈钢层的面积和部位，最后根据模型试验成果双方协商确定。

不锈钢复盖层至少焊两层，保护层表面应修整到符合叶型要求，且修整打磨后的不锈钢层厚度不得少于5mm【／…／10mm】；

方案Ⅱ：

转轮叶片为含有铬镍的低碳不锈钢制造，上冠、下环采用碳钢制造或上冠用碳钢下环用铬镍低碳不锈钢制造。

用于制造转轮的材料，应满足可在常温下焊接，并不需要进行焊接后热处理等要求，以保证在机组检修时，在机坑内能对转轮进行局部补焊。

（3）质量

1）转轮加工完成以后，尺寸偏差不低于IEC193№1《水轮机模型验收试验国际规程的修正》的要求，沿叶片垂直高度应提供不少于4个水平样板以检查叶片型线和厚度，还应提供不少于4个【／3个】样板用以检查靠近转轮叶片底部泄水边或转轮叶片与下环交界处的型线。

应采用精确方法测量转轮进、出口开度、进、出水边的形状、角度。

卖方应提供有关转轮检验的详细程序、样板和工具说明、测量方法及允许公差的资料。

还应提供补焊空蚀区时指导叶片外形恢复原状的样板。

2）若转轮叶片采用铸钢件，应在工厂内按CCH70《水力机械铸钢件的检查规程》进行质量检查。

转轮其他铸钢件、焊缝、表面粗糙度等技术要求应符合7.2节“一般技术规范”中的规定。

未经买方代表检查同意，转轮表面不得涂漆或任何涂料。

3）转轮应与止漏环一起作静平衡试验，不允许在转轮外侧和过流表面作偏心切割，为平衡用的塞孔不得靠近过流表面。

除非买方书面同意，静平衡试验必需有买方的代表参加。

4）在合同范围内的转轮应能互换。

7.3.3.2主轴

（1）概述

主轴由碳素钢或合金钢经适当热处理制成，可以用真空除气钢整体锻制，也可以用锻件、铸钢件焊接制造，或者由轧制钢板卷制，当采用轧制钢板卷制时，纵向焊缝不能多于两条。

水轮机主轴上端法兰与发电机下法兰【／与发电机转子中心体】直接连接。

（2）设计和制造

1）主轴应有足够的结构尺寸和强度，以保证在任何转速包括最大飞逸转速下均能安全运转，而无有害的振动或变形。

在额定转速和卖方保证的水轮机最大输出功率_____MW条件下，不超过7.2节中“工作应力”所规定的最大允许应力值。

2）水轮机和发电机转动部分联合的临界转速应由水轮机卖方和发电机卖方共同计算，第一临界转速应至少比最大飞逸转速高20%【／…／30%】。

水轮机厂应供给发电机制造厂有关的图纸，包括水轮机旋转部分的零件图，供计算临界转速用。

3）卖方应分析包括全部轴承和所有重叠荷载在内的机组轴系动态稳定和刚度，还应分析在正常工况和暂态工况时所有轴承、轴承支承件及所建立的油膜是完好的。

卖方应验算动荷载、水轮机所固有的水压脉动、水道中的压力波动、卡门涡频率、电网频率和机组部件的自然频率应有所差别,不致重叠导致共振。

有关计算和数据的详细报告应提交买方工程师审查。

4）主轴应全部经过精加工，在安装导轴承的部位、检查主轴同心度的部位、用于监测大轴摆度的环带应进行抛光，表面粗糙度达到0.1μｍ。

如主轴系锻造而成，则轴心应有一通孔，并加工到足够光洁，以便从孔内检查轴的质量，或取其孔内材料用其它合适的方法进行检验。

整个轴应按ASTM－A388条款第3G－2段的规定作超声波检查。

5）主轴法兰应满足ANSIB49·1“主轴联轴器”的有关规定，连轴螺栓、螺帽及螺栓护罩、法兰保护罩起吊螺栓等均应由水轮机卖方提供。

6）主轴与转轮连接的法兰螺孔应采用能保证在现场正确配合的方法来加工，采用摩擦传动满足转轮的互换性要求，主轴和转轮间的连接和拆卸应方便在安装和检修期间分别起吊主轴和转轮。

主轴与转轮连结所需的专用工具由卖方提供。

7）主轴与主轴密封相对应的部位，应设置一个可拆卸，并可更换的不锈钢轴套，应采取有效措施以防止轴套内轴的蚀损。

如果轴封的设计不采用轴套形式，则可去掉轴套，在轴封与导轴承之间，应设合适的油、水隔离装置。

“立式水轮发电机主轴摆度的车间检查公差”所规定的数值。

除非书面声明放弃，主轴尺寸和对中的检查必须由买方工程师目睹见证。

7.3.3.3主轴连接

（1）如果水轮机和发电机分别由两个卖方提供，则指定水轮机【／发电机】厂为协调责任方，责任方应对主轴的连接和分离的设计、制造和配合负责，以保证精确装配。

（2）为了同铰法兰连接孔，水轮机卖方【／发电机卖方】应准备和提供一个水轮机【／发电机】主轴法兰孔样板给发电机【／水轮机】卖方，以便与发电机【／水轮机】主轴法兰【／发电机转子中心体法兰】同铰，保证精确连接。

也可由卖方提供一套气动或电动的同铰装置，由安装承包商在现场进行铰孔。

（3）水轮机卖方【／发电机卖方】应提供水轮机和发电机主轴法兰现场对中的详细方法或程序，供买方工程师审批。

连轴使用的工器具均应由水轮机卖方【／发电机卖方】提供。

现场轴线检查应符合NEMA标准中的有关规定。

如轴线不满足规定，应立即进行修正，且不应影响安装进度，主轴的现场修正费用应由卖方的责任方承担。

7.3.3.4主轴长度的调整

买方为了厂房布置的需要，有可能要求改变主轴长度或主轴分段处的标高，卖方应按照报价表的规定提出主轴长度增加或减少_____ｃｍ以上时的调整价格。

提示：

若电站设计无需进行主轴长度调整，则删去7.3.3.4。

7.3.3.5转轮与主轴连接

（1）转轮与主轴应在工厂内进行连接尺寸检查和同心度校正，以保证两者准确装配。

卖方应将连接尺寸检查和同心度校正记录提交给买方工程师。

除非买方书面声明放弃，转轮与主轴连接尺寸检查和同心度校正应由买方代表目睹见证。

（2）主轴与转轮经连接和校正后，主轴的摆度偏差和转轮的同心度偏差应符合有关标准的要求。

（3）卖方应提供转轮与主轴连接用的螺栓紧固工具和螺栓应力检测仪表。

提示：

当转动扭矩是通过水轮机轴和转轮之间的摩擦力传