水轮发电机组运行与维护

水轮发电机组运行与维护水轮机分类和型号•水轮机分类水轮机是将水能转换成机械能的一种原动机。水轮机的工作状况取决于水电厂的工作水头和流量。1、按水流能量转换特征分类按水流能量转换的特征，水轮机可分为两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机。反击式水轮机特点是：转轮位于水流流经的整个通道中，在同一时间内，所有转轮叶片的通道都有水流通过。水流流经叶片通道后，流速大小和方向都发生了变化，这种变化反映了水流的动量的变化。这个动量的变化是转轮作用于水流产生的，因而水流对转轮有个反作用力，这个反作用力推动转轮旋转。这种利用水流的反作用力动转轮旋转的水轮机，称为反击式水轮机。水轮机分类和型号冲击式水轮机的特点是：当水流流经转轮时，不像反击式水轮机那样整个转轮位于水流流经的通道中，只有部分转轮叶片充满了水，其余部分则处在大气之中。水流以射流形式冲击转轮。冲击式水轮机实际上是利用水流的动能推动转轮旋转。而且在同一时间内水流只冲击着部分水斗。所以利用水流冲击的动能推动转轮旋转的水轮机，称为冲击式水轮机。反击式水轮机多用于中、低水头水电厂，冲击式水轮机多用于高水头水电厂。水轮机分类和型号2、按水轮机结构形式分类水轮机分类和型号水轮机分类和型号水轮机分类和型号3、按水轮机主轴布置形式分类水轮机按主轴的布置形式又可分为卧式和立式两种（也称横轴和立轴）。立式布置得水轮发电机分为悬式和伞式两种。悬式发电机的推力轴承位于发电机转子上部的上机架上或上机架中。伞式发电机的推力轴承位于转子下部的下机架中，或用支架支承在水轮机顶盖上。伞式发电机又分普通伞式（其上、下导轴承分别位于上、下机架中），半伞式（只用上导轴承，它布置在上机架中，无下导轴承；我厂机组为此类型）和全伞式（只有下导轴承，它布置在下机架中，无上导轴承）。水轮机分类和型号•水轮机型号根据JB84-74《水轮机型号编制规定》，水轮机型号由三部分组成。第一部分代表水轮机的型式和转轮型号。常见有：混流式，用HL表示；轴流转桨式，用ZZ表示；贯流转桨式，用GZ表示；水斗式，用CJ表示；等等。第二部分代表水轮机主轴的布置形式和引水室的特征。常见有：立轴，用L表示；卧轴，用W表示；金属蜗壳，用J表示；混凝土蜗壳，用H表示；等等。第三部分表示水轮机转轮标称直径D1（cm），冲击式水轮机牌号的第三部分用下示数据表示：水轮机转轮标称直径作用在每个转轮上的喷嘴数目*射流直径水轮机分类和型号水轮机牌号示例：HL220-LJ-550,表示转轮型号为220的混流式水轮机、立轴、金属蜗壳、转轮标称直径为550cm。ZZ560-LH-800,表示转轮型号为560的轴流转桨式水轮机。立轴、混凝土蜗壳、转轮标称直径为800cm。2CJ30-W-120/2*10,表示转轮型号为30的水斗式水轮机，一根轴上有二个转轮，卧式、转轮节圆直径为120cm，每个转轮有二个喷嘴，射流直径为10cm。问题：请试说出我厂水轮机型号HL89-LJ-500的含义。请试说出转轮标称直径是指什么。混流式水轮机结构和作用•水轮机的组成立式混流式水轮机如图所示，从作用和安装上划分，它由以下几部分组成：埋设部分，包括尾水管里衬、基础环、座环，蜗壳和机坑里衬。这些部件都是埋在混凝土中的，由混凝土结构来固定和支撑。转动部分，包括主轴、转轮和它们的附件。转轮是水轮机转换能量的核心部件，它产生的机械功率由主轴传给发电机转子。导水机构，这是控制水流方向和大小的部分。它包括形成水流通道的零部件，如座环、底环、顶盖及活动导叶；还包括导叶的传动与控制机构，如导叶臂、连杆、控制环、推拉杆、调速轴等。水轮机导轴承，包括轴瓦、轴承体等。主轴密封结构，如工作密封、检修密封。水轮机附属装置，包括紧急真空破环阀、尾水管十字补气架或补气管、各种测压管路、测温装置、信号装置等等。混流式水轮机结构和作用•混流式水轮机各部分作用蜗壳作用是保证水流以最小的水力损失把水引向导水部件，从而提高水轮机的效率；尽可能保证沿导水部件的周围进水流量均匀，水流对称于轴，以使转轮受力均衡，提高工作稳定性；使水流在进入导水部件以前形成环流，然后很顺利进入工作转轮；保证转轮工作时，始终浸没在水中不会有大量空气进入转轮。导水机构作用是当机组的负荷发生变化时，用来调节进入水轮机转轮的流量，改变水轮机的出力，使其与水轮发电机的电磁功率相适应；正常与事故停机时，用来截断水流，使其停止转动；水轮机运行时，使水流按有利的方向均匀地流入转轮，使水流进入转轮之前形成旋转，并改变水流地入射角度。混流式水轮机结构和作用•混流式水轮机转轮组成及作用混流式水轮机转轮主要由叶片、上冠、下环、泄水锥、减压装置和止漏装置组成。叶片是水轮机转轮实现水能转换地核心，叶片的光洁度、波浪度、尺寸、形状等对水轮机的性能将产生不同程度影响。上冠的作用是上部连接主轴，下部支承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，并与上环一起形成过流通道。泄水锥作用是引导经叶片流道出来的水流迅速而顺利向下宣泄，防止水流相互碰撞，以减少水力损失，提高水轮机的效率。减压装置作用是减少作用在转轮上冠上的轴向水推力，以减少推力轴承的负荷。混流式水轮机保护装置•水轮机保护装置水轮机一般装设有事故配压阀、快闸、剪断销和真空破坏阀等保护装置。•各保护装置的作用事故配压阀（又叫过速限制器）是防止水轮机长期在飞逸转速下运行的有效措施。机组正常运行时，事故配压阀仅作为压力油的通道，使调速器主配压阀通至接力器的管道接通；当机组甩负荷并遇到调速器故障时，事故配压阀动作，切断主配压阀与接力器的联系，而直接把压力油从压油装置接入接力器，使接力器迅速动作关闭，实现机组紧急停机。混流式水轮机保护装置快闸作用是当机组过速达到额定转速的140％时，关闭快闸，截断水流，使机组停机，以缩短水轮机在过速或飞逸转速下运行时间，起到对水轮机的保护作用。剪断销保护装置是由剪断销及其信号器组成。导叶传动机构中连接板与导叶臂是由剪断销连接的。正常情况下，导叶在动作过程中，剪断销有足够强度带动导叶转动，但当导叶间有异物卡住时，导叶轴和导叶臂不能动，而连接板在叉头带动下转动，因此对剪断销产生剪力，当该剪力大于正常操作应力的1.5倍时，剪断销剪断，该导叶脱离控制，但其它导叶仍可正常转动，避免事故扩大。真空破坏阀作用是机组甩负荷或因其它原因紧急停机，导叶迅速关闭时，水流由于惯性继续向下游流去，在转轮室内产生很大真空，转轮室内尾水在差压的作用下，尾水水流又反流向转轮室冲击转轮叶片及顶盖，将产生很大的冲击力，出现抬机现象。真空破坏阀，就是用来补气，以起到对水轮机保护作用。水轮机基本参数•水轮机基本参数工作水头H是指水轮机进、出口断面处单位重量水体的能量差，单位是米（m），典型工作水头有以下：最大水头（Hmax）：水轮机运行范围内允许出现的最大净水头。最小水头（Hmin）：水轮机运行范围内允许出现的最小净水头。设计水头（H设）：水轮发电机组发出额定功率时的最小水头。流量Q是指单位时间内，通过水轮机某一既定过流断面的水量，单位是立方米/秒。出力N是指水流在单位时间内所做的功（功率），其大小与水轮机的水头，流量有关，单位为千瓦。计算公式如下：N=9.81QHn水轮机基本参数效率是指水轮机总效率，是水轮机输入功率与输出功率之比，其值总是小于1，因为水轮机在工作过程中不可避免地要产生一些能量损失，主要包括：水力损失：即水流经过蜗壳、导水机构、转轮、尾水管的水头损失。机械损失：即水轮机转动部分的摩擦损失。如转轮与水流之间、轴与轴承之间，止漏装置之间的摩擦损失。容积损失：转轮与固定部件因漏水而造成的损失。现代大型水轮机效率可达93％—95％。我厂水轮机最高效率为94.4％。转速是指水轮机转轮在单位时间内的旋转周数，以n表示，单位为转/分。水轮机的汽蚀•汽蚀在一定压力下的液体，当温度升高到一定值时，便开始沸腾；反之，当温度不变而压力降低到一定值时，也会汽化。在一定温度下，水开始汽化时的临界压力称为汽化压力。水流在水轮机内运动过程中，局部地区会产生压力下降的情况。当压力下降到汽化压力时，水由于汽化而产生汽泡。由于低压区的形成和高速水流的运动，使得汽泡和气泡也在不断地运动。运动中汽泡和气泡会突然压缩或突然膨胀，甚致骤然消失，在这一瞬间，水分子将会产生巨大的撞击力，如果这种撞击力指向金属表面，则金属表面会受到不断的冲击，使金属表面遭到破坏，这就是汽蚀现象。汽蚀破坏首先使金属表面失去光泽而变暗，接着毛糙进而发展成麻点，形成海棉状的蜂窝孔，直至完全破坏。水轮机的汽蚀按汽蚀发生地部位，水轮机汽蚀分为三种类型：翼型汽蚀:混流式水轮机的翼型汽蚀主要发生在叶片背面靠下环处的泄水边附近；严重时在叶片背面其它部位也将发生汽蚀；甚至在叶片正面也会产生汽蚀。空腔汽蚀：它指尾水管中心空腔处由大的水流涡带产生的汽蚀。空腔汽蚀主要发生在叶片出口下环处及尾水管进口处。运行人员常在巡检时可以直接听到尾水管直锥段处听到空腔汽蚀引起的撞击声。水轮机的汽蚀间隙汽蚀：是指水流通过狭窄间隙或绕过固体凹凸表面时，由于流速局部升高引起局部压力降低形成的汽蚀。常发生在水轮机的某些局部位置。如混流式转轮和上、下冠止漏环间隙等地方。水轮机的汽蚀•防止汽蚀措施在运行方面主要措施如下：1、合理拟定电站运行方式，避开可能产生严重汽蚀的运行工况区域。2、采用补气装置，向尾水管送入空气，以破坏尾水管中高真空的水流涡带。3、提高检修工艺水平，保证检修后的叶片的表面光洁度以减轻汽蚀。4、在叶片上涂刷抗汽蚀涂料，如环氧树脂等水轮机振动•水轮机振动原因水轮机振动有机械、水力、电气三方面因素引起的。1、机械方面：由于主轴弯曲、推力轴承调整不良、轴承间隙过大、主轴法兰连接不紧等引起低转速时的振动；因转轮等旋转件与静止件相碰而引起振动并伴有响声；转动部分重量不平衡引起的，随转速上升振动增大。2、水力方面：尾水管中水流涡带引起压力脉动引起的振动；涡列引起的振动；转轮止漏环间隙不均匀引起的振动。3、电气方面：气隙不均匀、短路等引起的振动。水轮机调速系统水轮机调节的基本任务是：当电力系统负荷发生变化、机组转速出现偏差时，通过调速器相应的改变流入水轮机流量，以使水轮机转矩与发电机负荷转矩达到新的平衡，以维持频率在规定的范围之内。当发电机与系统并网后，发电机的转速已经不能有较大变化，调速器这时所调节的实际上是水轮机的输出转矩，它正比于发电机的输出功率。一、调速器装置的发展机械液压型我国曾广泛使用机械液压型的调速器。它使用离心摆作为测速元件，以离心摆的移动支持块的机械位移作为输出，输出信号送至综合放大元件之一的引导阀，经比较、放大后去调节水轮机导叶的开度。到20世纪50年代，机械液压型调速器发展得比较完善。随着生产的发展，用户对系统频率的要求更为严格；大机组大电网的出现，对电站运行和自动化程度提出了新的要求。这就要求人们对调速器装置的性能和结构进行不断的改进。20世纪40年代，出现了电气液压型调速器。水轮机调速系统电气液压型电气液压型调速器是在机械液压型调速的基础上发展起来的，它保留了液压放大部分，用“电-液转换器”代替了机械-液压转换器调速器，原来的离心摆测速器也为先进的输出电信号的转速传感器所取代。电气-液压型调速器比机械-液压调速器有以下明显的优点：1、具有较高的精确度和灵敏度。电液调速器的转速死区通常不大于0.05%，而机械液压型调速器则为0.15%，电液调速器接力器的不动时间为0.2秒，而机械液压型调速器则为0.3秒。2、制造成本低。用电气回路代替了较难制造的离心摆、缓冲器等机械元件降低了成本。3、便于综合各种信号（水头、流量、出力等），便于实现成组调节，为电站的经济运行、自动化水平及调节品质的提高提供了很有利的条件。广泛使用的功率与频率双调节的功频电液调节器就属于这种形式。水轮机调速系统微机型调速器近年来，将微机用于电气-液压型调速器，使调速器的功能有了更进一步的提高。微机调速器与模拟试电液调速器相比，有许多明显的优点：1、调节规律用软件程序实现，不仅可以实现PI、PID调节规律，还可以实现