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卧式水轮机讲义

水轮机检修培训讲义

五凌电力工程有限公司

目录

第一章概述4

第一节水轮机简介4

第二节水轮机基本类型及应用5

第三节基本概念6

第四节水轮机的发展7

第二章水轮机设备结构及原理8

第一节水轮机转轮8

第二节导水机构9

第三节导轴承10

第四节主轴密封13

第五节技术供水14

第三章水轮机检修周期及项目16

第一节水轮机检修周期16

第二节水轮机检修项目16

第四章水轮机检修流程及方法17

第一节水轮机检修流程总表17

第二节安全措施及注意事项19

第三节零部件分解及检修21

第四节大件的分解及起吊28

第五节试验32

第五章水轮机工艺及质量标准33

第一节水轮机小修质量标准33

第二节水轮机大修质量标准34

第六章水轮机常见问题及处理办法38

第一节伸缩节漏水38

第二节主轴密封漏水量大39

水轮机检修培训讲义

第一章概述

自然界有多种能源，目前已被利用的能源中主要有热能，水能风能和核能。

水能是一种经济的一次能源，也是一种永远消耗不尽的能源。

地球上江河纵横，湖泊星罗棋布，海洋辽阔,蕴藏着丰富地水力资源。

借助太阳的帮助，把地球上的水蒸发成气，在天空中气又凝聚成风雪降至大地，通过江河又流入海洋，如此循环不已，永无止境。

所以说利用水能发电是最经济的电能转换方式，它与火力发电和核能发电相比有许多优点，例如成本低、运行管理简单、启动快、消耗少、适于调峰和调频，污染少等。

第一节水轮机简介

水轮机是水轮发电成套设备的主机，它与水轮发电机、调速器、励磁系统和电站控制设备配套使用，组成水力发电站的主体。

水轮机是根据水的流量和水头大小进行设计和制造的，作用是将水能转变为机械功，并带动水轮发电机发电。

水轮机的本体由转轮、座环、蜗壳和主轴组成。

除此以外，根据型号的不同，还配有附属装置和部件。

不同型式的水轮机，其结构和适用范围不甚相同，应视需要选择，以取得较高的经济效益。

第二节水轮机基本类型及应用

水轮机是水力原动机，水轮机的过流通道由引水部件、导水机构、转轮和泄水锥部件组成。

水轮机将水流的能量转换为轴的旋转机械能，能量的转换是借助转轮叶片与水流相互作用来实现的。

根据转轮内水流的运动特征和转轮转换能量形式的不同，现代水轮机可以划分为反击式和冲击式两大类。

反击式水轮机利用了水流的势能和动能。

水流充满整个水轮机的流道，整个流道式有压封闭系统，水流是有压流动，水流沿着转轮外圈整周进水，从转轮的进口至出口水流压力逐渐减小。

根据水流在转轮内运动方向的特征及转轮构造的特点，反击式分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。

另外根据转轮叶片是否能转动，将轴流、斜流、贯流式又分别分为定桨和转桨式。

冲击式水轮机仅利用了水流的动能。

借助特殊的导水装置（如喷嘴），把高压水流变为高速的自由射流，通过射流与转轮的相互作用，将水流能量传递给转轮。

转轮和导水装置都安装在下游水位以上，转轮在空气中旋转，水流沿转轮斗叶流动过程中，水流具有与大气接触的自由表面，水流压力一般等于大气压，从转轮进口到出口水流压力不发生变化，只是转轮出口流速减小。

转轮不是整周进水，因此过流量较小。

根据转轮进水特征，冲击式又分为切击式、斜击式和双击式。

下面将各型水轮机及其代表符号列出。

混流式（HL）

轴流定桨式（ZD）

轴流式（ZL）

反击式轴流转桨式（ZZ）

斜流定桨式（XD）

斜流式（XL）

斜流转桨式（XZ）

贯流定桨式（GD）

贯流式（GL）

贯流转桨式（GZ）

切击式（CJ）

冲击式斜击式（XJ）

双击式（SJ）

第三节基本概念

由于我们公司小型机组均为贯流式机组，在这里我们着重讲解贯流式水轮机。

贯流式水轮机是开发低水头水力资源的一种新机型，它是一种流道呈直线状的卧轴水轮机，转轮形状与轴流式相似，也有定桨和转桨之分，由于水流在流到内基本上沿轴向运动不拐弯，提高了过流能力和水力效率。

由于贯流式水轮机外形像管子，又是卧轴，所以缩短了机轴高度和间距，简化了厂房水工结构，减少了土建工程量。

相对与同样水头和直径的立轴机组功率可增大20％～35％，厂房造价可降低10％～25％。

把发电机装在灯泡状机室内称为灯泡贯流式。

把发电机置厂房内，水轮机轴由尾水管伸出与发电机相连的称轴伸式。

把发电机置于混凝土竖井内的称竖井式。

以上三种又称半贯流式。

把发电机转子装在水轮机转轮外缘的称全贯流式，这种贯流式具有结构简单，轴向尺寸小等优点，但是由于转子外缘线速度大，密封十分困难，目前很少采用。

贯流式水轮机适用于2～25m水头，广泛用于平原河流上的电站和潮汐电站。

第四节水轮机的发展

水轮机作为一种水轮原动机有着悠久的历史。

远在公元前几世纪在中国、印度等地人们就已经懂得利用水轮来带动水磨、水碾等加工机械，公元二世纪在欧洲罗马的运河上已经建有浸在水中由水轮带动的水磨。

这些水轮都是利用水流的重力作用或者借助水流对叶片的冲击而转动，因此他们的尺寸大、转速低、功率小、效率低。

15世纪中叶到18世纪末，水利学的理论开始有了发展，随着工业的进步，要求有功功率更大，速度更快，效率更高的水力原动机。

1745年英国学者巴克斯，1750年匈牙利人辛格聂尔分别提出一种依靠水流反作用力工作的水力原动机，但效率只有50％左右，原因是转轮进口没有导向部分，存在撞击损失。

转轮出口无回收动能的装置，动能未得到充分利用。

从1750～1880年间的一百多年，水轮机从低级发展成比较完善的现代水轮机，这是社会生产发展和人类共同努力的结果，这个时期主要解决了加大水轮机的过流量和提高水轮机效率两方面的问题。

现代水轮机发展的趋势是提高单机的容量，比转速和应用水头。

提高单机容量可以降低水轮机单位容量造价。

提高水轮机比转速可以增大机组的过流能力，使水轮发电机体积小，重量轻，节省金属材料和制造工时，从而降低了成本，尤其对大容量的机组更是有很大好处。

20世纪50～60年代因西方能源危机转而进入重视开发低水头电站时期，这类机组显示了强大的生命力。

1966年法国Neyrpic公司制造的机组，单机出力为20MW，转轮直径为6.25m，水头为8m，它标志着灯泡贯流式机组技术已经成熟。

目前全世界投产的灯泡贯流式机组已有几千台，总容量已超过6000MW。

我国对灯泡贯流式机组的研制从60年代开始，到1980年广东10MW级机组投产，标志着我国已基本掌握了灯泡贯流式机组的制造技术。

目前国产灯泡贯流式机组单机容量最大为15.5MW，转轮直径为5.5m。

第二章水轮机设备结构及原理

第一节水轮机转轮

水轮机转轮为机组的工作部件，它将水流能量转化为机械能并通过主轴传递给转子。

转轮由四片浆叶、轮毂、泄水锥、浆叶密封装置及浆叶操作机构构成。

由于浆叶承受极高的水压及气蚀作用,故采用高等抗气蚀，耐磨损的不锈钢整铸。

为了减少转轮室的间隙气蚀，在叶片背面外缘设置了抗气蚀裙边，抗气蚀裙边长度接近整个叶片的外缘长度。

轮毂为球形，主要用来安装浆叶与浆叶调整机构。

浆叶接力器位于泄水锥中。

接力器包括活塞环、油缸、油缸盖，活塞、活塞支撑、连杆等部件。

压力油经受油器通过装在大轴内的操作油管路向接力器供油。

在活塞上设有两道活塞环，用来密封缸体。

油缸上的塞子（堵丝）用以转轮分体时排空油缸中的油。

采用活塞不动，活塞缸作往复运动的结构，油缸上游侧与下游侧（油缸密封盖）均有接力器油缸制导轴承，两个轴承均配合有U形密封。

轮毂内充满了来自轮毂高位油箱的透平油，轮毂高位油箱设置在高处，使使轮毂内的油压保持恒定压力，防止水渗漏入轮毂。

浆叶柄轴颈装有两道密封，防止透平油外泄。

第二节导水机构

灯泡机组的导水机构与立式机组不同，为锥形导水机构。

其部件由控制环、连杆、拐臂、锥形导叶和内、外配水环等组成。

导水叶外配水环与导叶内配水环形成为过流通道，当机组的负荷发生变化时，导水机构就用来调节进入水轮机转轮的水流量，改变水轮机的出力，使其与水轮机发电机的电磁功率相适应。

导叶布置在内、外配水环之间，一般锥角布置。

导叶之间接触的立面为不锈钢。

调速环位于外配水环的轴承上使之转动。

在接力器与重锤的作用下，开启和关闭导叶，调速环装在外配水环的轴承上，通过连杆与左、右接力器推拉杆相连。

其中一侧接力器推拉杆上挂有重锤，实现事故快速关机。

导叶与内配水环配合装有导叶内转动轴，导叶内轴承，导叶下部密封等。

导叶与外配水环配合装有套筒、密封、挡块、导叶外轴承、压板、拐臂等。

每片活动导叶位置由位于导叶连杆上的偏心销的偏转来调节。

安全连杆和普通连杆交错布置，其中安全连杆由两根连杆用连接销连接而成，连杆销中心偏离连杆的中心线位置；安全连杆有两根臂在上顶部用弹簧固定，安全连杆当在闭合操作时，若相邻的活动导叶卡住了一外来异物，则使连杆轴力大于弹簧力。

当连杆弯曲，则限位开关动作，进而由电调控制导叶张开以便释放外来异物，当外来异物从导叶上脱开后，安全连杆由于弹簧力作用自动回复其原来位置。

外配水环与内配水环法兰上均有漏水检查孔，试压法兰组合密封不漏水，漏水检查孔才能装入堵丝。

第三节导轴承

水轮机导轴承位于水轮机转轮侧。

由于水轮机转轮为悬臂形式，故要求水导轴承除承受径向力外，还应适应悬臂引起的挠度变化。

导轴承由发导轴承与水导轴承组成。

导轴承的作用是用来固定机组的轴线，使机组的旋转中心线在规定轴承间隙范围内旋转，并承受机组的径向力。

发导轴承与正、反推力轴承组成一体，称为组合轴承。

这种结构的轴承，受力分配比较均匀。

发导轴承与水导轴承在机组启动前需要用高压油泵顶起主轴，使导轴承建立油膜。

一、水导轴承

水导轴承为球轴承结构，轴承球体与球面轴承座装有定位销钉，这种结构可以适应轴线的倾斜，以保证轴与轴承的接触面积。

为了防止水导轴承、球面轴承座随机组一起旋转，在球面轴承座与支持环部位装有定位销钉。

轴承体内镶有巴氏合金以减小摩擦力，导轴承上半部仅在其上下游两侧衬有巴氏合金，中部没有衬以巴氏合金。

水导轴承装有温度计、高压顶轴油管。

润滑油进油管从水导轴承下半部（X、—X方向同时进油）。

上半部轴承设有排油管，下半部轴承上游侧与下游侧各设有排油孔，下游的排油经球面轴承座的孔流向上游侧排油管。

水导轴承上、下游分别装有密封盖，并在上游侧密封盖上装有呼吸器、摆度传感器。

水导轴承承受的径向力和转动部分的重量通过球面轴承座传递到管形壳上。

二、组合轴承

组合轴承位于紧靠发电机转子重心处，由推力头、镜板、正、反推力轴承、卡环、推力轴承座、止动块、日立轴弹簧、抗重螺丝、推力轴承壳等组成。

正、反推力瓦，分别承受机组的轴向正、反推力。

在安装推力头处，主轴设有键槽，环形槽，推力头组合镶嵌环形槽里和键上。

镜板与推力头为过渡配合，为了便于套装，对镜板进行加温增加间隙。

正推力瓦由弹簧支撑，使推力瓦受力均匀。

抗重螺丝使正推力瓦与镜板间隙调整为零。

反推力瓦一般不设抗重螺丝，也是由弹簧支撑，在弹簧支撑与支持环之间加垫来调整反推力瓦与镜板间隙为零。

因抗重螺丝、弹簧支撑与推力轴承中心存在偏差，在弹簧的作用下，推力轴承在运行中能自动调整垂直与受力均匀，并可避免主轴的倾斜对推力轴承的影响。

为了防止推力瓦移位装有止动块，但不限制其活动。

发导轴承结构与水导轴承基本相同。

在球面轴承座与支持环部位装有调整板。

这种球轴承体结构可以适应机组轴线的倾斜。

发导轴承上半部设有排油管，下半部上游侧设有排油孔。

发导轴承装有高压顶轴油管、排油管、进油管。

进油管通过支持环、球面轴承座，从发导轴承体X、—X方向进油。

轴承采用强迫外循环油冷却方式。

机组轴承由轴承油箱上的油泵供油，在油泵失去电源，故障停机时，则可通过每台机的高位油箱,保证轴承短时间的润滑油量。

轴承排油到轴承油箱内。

正、反推力瓦可以互换。

推力轴承、发导轴承所承受的轴向力、径向力都通过支持环传