HLA351LJ160长短叶片水轮机产品说明书.docx
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HLA351LJ160长短叶片水轮机产品说明书
1电站概况
1.1地理位置及运行方式
三岔湾水电站位于贵州省安顺地区镇宁布依族苗族自治县境内，是王二河的第二级电站。
电站厂房为引水式地面厂房，引水发电系统为“一管两机”布置形式。
本电站按“无人值班”原则设计，采用计算机监控系统。
1.2自然条件
1.2.1气温和湿度
多年平均气温14℃
最高气温34.4℃
最低气温－7.6℃
多年平均相对湿度80%
1.2.2过机悬移质泥沙特性
多年平均含沙量0.4kg/m3
1.2.3水温
年平均水温℃
最高水温℃
最低水温℃
机组各冷却器设计进水温度≤25℃
1.3电站参数
1.3.1水库水位
前池水位1043.85m
1.3.2尾水位
正常尾水位805.0m
1.3.3水轮机净水头
最大水头233.7m
最小水头230.2m
设计水头231.8m
2基本技术参数及性能保证
2.1基本型号和参数
水轮机型号HLA351-LJ-160
水轮机转轮型号A351
转轮进口直径D11600mm
转轮出口直径D21055.4mm
最大水头Hmax233.7mm
额定水头Hr231.8m
最小水头Hmin230.2m
额定转速600r/min
最大飞逸转速（最大水头时）998r/min
水轮机额定功率Pr18.56MW
水轮机吸出高程Hs-1.7m
水轮机最大轴向水推力F200kN
2.2效率及出力保证
（1）在考虑效率修正的情况下，原型水轮机在额定转速运行时，在不同净水头及出力时的效率保证值如表1所示：
不同水头、不同出力时的效率保证值
表1
水头（m）
额定出力的百分数
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
233.7
85.9%
88.6%
90.65%
92.15%
93.12%
93.55%
93.55%
231.8
85.95%
88.5%
90.8%
92.2%
93.15%
93.5%
93.5%
230.2
86%
88.7%
90.9%
92.25%
93.25%
93.5%
93.5%
（2）在额定水头231.8m及额定出力18.56MW时的效率保证值93.5%
（3）在全部运行范围内，原型水轮机最高效率为93.7％。
模型水轮机最高效率保证值不低于92.8%。
2.3空蚀磨损保证
水轮机在招标文件所规定的水质、泥沙特性、水头及尾水位变化范围内，水轮机在最小输出功率（40%Ｐr）以下运行时间不多于800ｈ，在最大输出功率（110%Pr）以上运行时间不多于100ｈ，在磨蚀保证期内转轮（含上冠、下环、叶片、泄水锥）因磨蚀所剥落的金属质量不大于1.6kg，最大剥落深度不超过3.5ｍｍ。
单个叶片的剥落量及剥落面积不大于全部叶片平均剥落量的两倍，导水机构和尾水管的全部剥落面积之和（质量或面积）不大于转轮保证量的三分之一，深度保证量与转轮相同。
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。
2.4稳定性保证
（1）尾水管压力脉动（双振幅）
运行水头在233.7m～230.2m及出力在40％～80％保证出力范围内，尾水管压力脉动值不大于相应水头的6％；
运行水头在233.7m～230.2m及出力在80％～110％保证出力范围内，尾水管压力脉动值不大于相应水头的2％；
（2）振动
水轮机主轴相对摆度小于0.02mm/m，顶盖垂直振动双幅值，在额定转速运行时不大于±0.030mm，在启动和甩负荷时不大于±0.15mm（瞬间最大值）。
（3）噪声
在全部运行范围内，距水轮机室靠里衬的脚踏板上方1m处的噪声不超过90dB（A）,尾水锥管进人门1m处的噪声不超过95dB（A）。
2.5导叶漏水量
在最高水头下，导水叶全关，投入商业运行初期的导叶漏水量不超过0.021m3/s。
在最高水头下，导水叶全关，运行8000ｈ后导叶的漏水量不超过0.030m3/s。
2.6主轴工作密封漏水量
在整个运行水头范围内，投入商业运行初期及运行8000ｈ，主轴工作密封保证不漏水。
2.7轴向水推力
转轮水推力要尽量减小，最大轴向水推力值不大于200kN。
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。
2.8水导瓦温
在各种运行工况下，水导瓦温不超过65℃。
油温不超过50℃。
2.9调节保证
（1）机组在合同规定的任何工况下甩负荷时，蜗壳最大压力上升值不大于25%。
（2）机组在合同规定的任何工况下甩负荷的最高转速上升值不大于55％。
（3）机组在合同规定的任何工况下甩负荷时，尾水锥管内的最大真空度不大于5ｍ水柱。
2.10最大水头下的最大飞逸转速不超过998r/min，且能安全运行5min，不产生有害变形。
2.11可靠性指标
（1）水轮机可用率不低于95%；
（2）无故障连续运行时间不小于8000ｈ；
（3）退役前使用年限不小于35年；
（4）水轮机大修间隔周期不低于5年；
3水轮机结构:
水轮机是立轴式金属蜗壳混流式水轮机.
为减少蜗壳对混凝土的作用力,尾水直锥管四周留有空间,并与尾水肘管为伸缩联接.使座环上下平板的水作用力相互抵消,使混凝土仅仅承受机组的自重.
水轮机转轮部份、导水机构及尾水锥管等部件可以通过发电机的定子内腔装拆。
水轮机尾水锥管及底环上的固定止漏环可通过尾水管层进人廊道装拆。
水轮机中的地板、水导轴承、主轴密封及导叶套筒等可从水机层进人廊道装拆。
3.1转轮
转轮由上冠、下环及叶片三部份组成，均采用ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢铸件.叶片和上冠、下环采用焊接结构,整体热处理消除内应力后作整体加工。
叶片为15+15带X形的长短叶片组成。
转轮叶片采用数控加工，其表面粗糙度及叶形尺寸与模型有很好的吻合性.
3.2主轴
主轴材料为锻件20SiMn.
主轴和转轮及电机主轴之间的联轴方式采用摩擦传递扭矩。
其优点是，加工简单，安装时装拆方便，转轮有互换性。
3.3主轴密封
在主轴穿过顶盖的部位设置有主轴密封装置。
主轴密封由间隙式密封、空气围带、转轮上冠处的泵板、顶盖排水管联合作用,达到密封效果。
机组停机时，导叶关闭，空气围带投入。
转轮上冠至空气围带的空腔内充满水，水的压力为机组吸出高度。
机组启动前，空气围带撤压，导叶开启，转轮开始转动，同时带同泵板装置转动，由泵板带动泵板内腔水的转动。
使泵板进出口处水产生压差，由4根排水管将水排出。
开机头几秒钟内并不能把在间隙密封处的所有水排干，少量的水通过主轴密封排水管排入集水井.当转速升至某一值时，间隙密封处的水全部吸向尾水管，达到密封水的效果。
停机时，关闭导叶（同时关闭球阀）,转速逐渐下降,转速降至一定值时,少量的水通过主轴间隙密封排水管排入集水井,也可能有少量水渗漏到顶盖内腔.约过1分钟左右,发电机制动投入,机组停止转动,空气围带投入.顶盖内腔中少量水由座环处排水管排向集水井。
优点是密封效果好，结构简单，安装方便，使用寿命长。
3.4导轴承
a导轴承采用稀油润滑筒式轴承,其有以下几个特点:
轴瓦不需要在工地研刮.
轴承能互换.`
冷却水中断后机组仍能安全运行10min.
b轴瓦周向分为四段抛物线轨迹瓦面，主轴旋转时与瓦面间形成稳定的四个油楔，均匀承受径向载荷。
导轴承运行稳定，瓦面和润滑油之间的摩擦损耗小，能安全经受机组从最大飞逸转速惯性滑行直至停机（不加制动）的全部过程，其结构可靠和便于检修，保证不漏油，不甩油，
c轴承润滑采用自润滑循环方式，运行中从上油箱流经轴瓦，从轴瓦的喉口间隙排至转动油盆，热油由毕托管泵至冷却器，热油由冷却水冷却后，再回至上油箱，再由冷却器以重力自流流入轴瓦内。
如此往复不至。
润滑油采用L-TSA-32号汽轮机油（透平油）。
在连续运转条件下，轴瓦最高温度不超过65℃。
轴承用油量为23L.
3.5座环和蜗壳
蜗壳由蜗壳本体（材料为16Mn）、上下平板（材料为Q235）及固定导叶（材料为Q235）组成.
在运行过程中，为了控制蜗壳上下平板的变形量及平行度，我们采取了以下几个措施：
在设计就进行过有限元的优化，增加上下平板的厚度，控制其变形量和平行度。
蜗壳和座环在厂内焊接，焊缝经过无损探伤检查、热处理，再加工。
座环和蜗壳与顶盖底环及闷盖组合在一起以4.3MPa的压力进行水压试验，最终检查焊缝的质量及消除内应力。
以整体发运工地，彻底消除蜗壳在电站装焊而引起的蜗壳上下平板的变形。
蜗壳在工地保持2.3MPa压力作保压浇注蜗壳混凝土。
3．6导叶
导叶采用整体铸造，材料为耐磨性好的不锈钢ZG06Cr13Ni4Mo。
导叶有3个支撑轴承，轴承具有自润滑性能。
导叶体上、下端面采用大圆盘结构，以减少导叶端面的漏水量及减小端部的空蚀及磨损。
相邻导叶接触面（立面）密封采用导叶本体金属接触密封，新导叶总漏水量不大于21L/s。
3．7导叶摩擦装置
24只导叶间隔设有摩擦装置结构，在厂内调整好螺栓预紧力矩，导水机构预装后，整体发运。
摩擦装置的作用是当某两只导叶间有异物卡住时，装置中连板与导叶臂产生相对滑动，保护导水机构零件不因过度受力而破坏，同时保证导叶不在水中摆动。
装设在导叶臂上的信号器发信报警，而其它导叶仍能关闭，实现正常停机。
用接力器将导叶开至全开位置，由于已打滑连板在开启过程中先接触到限位块，迫使已打滑导叶逐渐恢复至原位。
3．8锁锭装置
在导水机构上设有机械液压锁锭装置，可以在导叶全关位置投入锁锭。
锁锭装置基础埋设在机墩上。
在锁锭装置上设有行程开关，以反映锁锭的投入与拔出状况。
3．12接力器
导水机构采用两只φ200液压活塞式接力器操作。
接力器布置在机坑内，位于+Y方向，接力器额定操作油压为4.0Mpa，最低操作油压为2.9Mpa。
操力器容量能满足在导叶受最大水力矩、油压装置最低工作油压时，调速器按规定的导叶关闭时间操作导叶的需要。
接力器在接近全关位置设有缓冲节流装置，以改变导叶从空载至全关位置的关闭速度。
3．13尾水管
尾水管由尾水锥管和尾水肘管（扩散段）组成。
尾水管单线图与模型流道图相似。
尾水锥管里衬分为上、下两部分。
上锥管里衬为16mm厚的不锈钢板，在进口处设有4只供测量尾水管真空压力用的测头。
下锥管设有φ500的进人门，并设有4只用于装设检修平台用的通孔。
下锥管设有下拆用的伸缩法兰。
尾水肘管用钢板衬至机组中心约3.089m处，其余为混凝土。
3.14机坑里衬
机坑里衬用钢板焊接而成，外壁设有环肋，浇注在机坑混凝土内，里衬一侧设有安装接力器的基础板，里衬壁上设有进人门。
进出机坑的各路油、水气管路均在机坑里衬上设有连接法兰，工地安装时需配割开孔，并焊接各法兰。
机坑内设有地板。
3.15气管路布置
补气管路分为转轮补气和空气围带增压.
为改善水轮机运行稳定性，顶盖上设置自动补气装置。
补气装置由补气管、补气阀组成。
补气阀采用橡皮膜单向阀。
当机组停机后,空气围带增压至0.5-0.7MPa,形成密封。
3.16水管路布置
水管路布置包括;顶盖4-DN65汇总至DN125一根排水管上,排至尾水.
主轴密封一根DN40排水管排水至集水井.
在座环上设置有一根DN25固定导叶排水管,以将顶盖积水排至集水井.
在机坑里衬处布置有一根DN80排水管,作为机坑集水备用自流排水管.
一根（60L/min,P=0.2Mpa）3/4”水导轴承冷却水管通向冷却器.经过热转换后,排水管把热水排出.
3.17油管路
油压装置-调速器-接力器的主油管路布置.
油压装置-锁锭装置电磁阀-锁锭装置的油管路布置.
3.18仪表
机组仪表柜布置有:
蜗壳进口压力表
蜗壳压差变送器
尾水管进口真空压力表
上止漏环前压力表
顶盖排水腔水压压力表
尾水管出口压力表
轴承冷却水压力表
3.19工具部分
水轮机工具主要求包括蜗壳打压工具、导叶扳手、主轴转轮起吊工具、连轴工具、尾水管检修平台、联轴螺栓加热装置及测长仪等工具。
3．20自动监测控制和保护装置
为满足电站无人值班的情况下自动控制，完全运行，并满足电网调度的运行方式，水轮机配有如下自动监测和保护装置：
a）转速信号装置
b）导水机构锁锭信号装置
c）导叶摩擦装置信号装置
d）导轴承温度信号装置（包括瓦温和油温）
e）导轴承油位信号装置
f）导轴承冷却水管示流信号装置
g）停机密封管路压力信号装置
4水轮机自动控制系统基本功能
4.1概述
水轮机的自动化系统满足机组的开机、停机、发电和紧急停机的要求。
4.2系统控制说明
4.2.1机组开机
在机组起动条件具备的情况下，可在中央控制室或调度所下达开机令，操作机组起动控制开关，机组可搂规定的程序自动起动，按系统的要求在运行工况内带负荷运行。
4.2.2机组停机
中央控制室或调度所下达停机令，操作机组停机控制开关，机组可按规定的程序自动停机。
（水轮机关闭导叶的同时需关闭进水球阀）
4.2.3机组事故停机
当机组在运行过程中遇到下列情况，机组将事故停机：
a）机组有关事故停机和机械保护动作。
b）系统有关事故保护和机械保护动作。
c）水轮机导轴承瓦过热。
d）机组振动或摆度过大。
e）油压装置事故低油压。
4.2.4机组紧急事故停机
当机组在运行过程中，发生下列情况时，机组紧急事故停机并自动关闭快速闸门：
a）机组停机时，导叶摩擦装置错位发讯。
b）机组过速到约140%额定转速。
c）紧急事故停机系统动作。
4.2.5机组故障报警信号
机组设有下列故障报警信号：
a）导轴承瓦温度偏高。
b）导轴承润滑油温度偏高。
c）机组摆度过大。
d）导轴承冷却水故障。
e）停机时停机密封气压消失。
f）导叶磨擦装置错位发讯。
4.3控制系统主要自动化元件说明
4.3.1机组设置了导叶液压锁锭装置，可自动投入或拔出，并配有位置开关用于发讯。
4.3.2导轴承的轴瓦和油槽内，设有温度信号器，当温度过高时，温度信号器可自动报警。
4.3.3导轴承油槽内设有液位信号器，当油位过低或过高时，自动报警。
4.3.4轴承冷却器冷却水排水管路中装有示流信号器，当冷却水中断或流量显著降低时，示流信号器可自动报警。
4.3.5机组设置有自动监控停机密封的压力表等监控元件。
5供应范围和备品备件
5.1本水轮机成套设备应范围包括：
a）HLA351-LJ-160水轮机本体
b）自动控制系统中设置在水轮机本体中的各种自动化元件。
5.2水轮机备品备件按备件明细表提供，并符合合同要求。
5.3水轮机工具按工具明细表提供，并符合合同要求。
6资料与图纸
水轮机设备供应资料包括（按供客文件目录提供）。
、
6.1产品合格证
6.2产品说明书
6.3安装规程
6.4有关的机组装配图、安装图及必要的零件图
6.5装箱发货清单
6.6水轮机备品备件明细表
6.7水轮机工具明细表
7验收与试验
7.1厂内验收在水轮机制造完毕后，按合同规定执行。
7.2验收与试验按GB8564-2003《水轮发电机组安装技术规范》的要求验收。
8铭牌、标志、包装、运输和保管
8.1水轮机铭牌内容应包括：
名称、型号、产品编号
最大水头、额定水头、最小水头
额定流量
额定功率
额定转速、飞逸转速
制造厂名、出厂年月等。
8.2水轮机各零部件在出厂前按水轮机标记规定打好标记。
8.3水轮机各零部件按装箱图样规定的技术要求及“包装通用技术条件”进行装箱。
8.4水轮机的所有零部件制成后，保证能沿铁路或公路运抵安装工地。
水轮机最大运输件为蜗壳，运输尺寸（长X宽X高）为4.6m×4m×1.3m
8.5对水轮机的各加工件须妥善保管，不得随意堆放，以防变形、锈蚀或损坏。
8.6水轮机的各零部件运抵工地拆箱后，必须遮盖，不得日晒雨淋以防零部件变形、锈蚀或损坏。
8.7橡胶、塑料、尼龙制品应防止直接受阳光照射，并不得置于炉子及其它取暧设备1.5m以内，应应防止油对橡胶污损，橡胶制品、填料等应撒上滑石粉后装入有木屑的箱内，并放在干燥通风的仓库内。
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