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ZD400aLJ105水轮机说明书
ZD400a-LJ-105轴流定桨式水轮机
Kaplan(Fixed-blades)TypeTurbine
使用说明书
InstructionManual
WJK105-SS
二○一四年三月
Mar·2014
目录
Contents
1、概述
2、水轮机的技术数据
2.1使用范围
2.2性能参数图表
2.3调节保证计算主要参数
3、水轮机结构和主要零部件简介
3.1转动部分
3.2导水机构
3.3埋入部分
3.4控制部分
3.5油导轴承
3.6主轴密封
4、水轮机的安装
4.1安装前的准备及注意事项
4.2安装程序
5、水轮机的运行
5.1水轮机运行前的准备及注意事项
5.2水轮机的试运行
5.3水轮机的启动与停机
6、水轮机的维护
6.1日常运行的维护
6.2停机检修
7、附表:
随机图纸目录
1、概述(General)
水轮机是把水所具有的能量转换成机械能的水力原动机。
水轮机出力的大小,取决于工作时的水头和流量。
1.1型号说明:
ZD400a-LJ-105型水轮机
ZD——轴流定桨水轮机;
400a——转轮型号;
L——主轴布置为立式;
J——金属蜗壳;
105——转轮标称直径D1为105cm。
1.2ZD400a-LJ-105为立轴金属蜗壳的轴流定桨式水轮机。
本水轮机转轮型号ZD400a,转轮标称直径D1=105cm,转轮桨叶安放角φ=+5°。
1.3本水轮机主轴转动方向从上向下看为顺时针。
1.4本水轮机具有结构合理、运转可靠、使用方便、标准化、系列化、通用化程度高等优点。
转轮系我公司引进的新转轮,性能先进。
1.5本水轮机配用DWT-600-16高油压微机调速器;蜗壳前装设伸缩节装置SS160-100A(A),公称通径为160cm。
2、水轮机的技术数据:
本水轮机适用于3.5~12m水头,配470KW发电机,同步转速为500r/min。
汽蚀特性、吸出高度、轴向水推力分别见图。
2.1使用范围:
使用水头H(m)3.5~12
流量Q(m3/s)3.09~5.72
转速n(r/min)272.7~500
出力N(KW)95~610
2.2性能参数图表:
2.2.1汽蚀特性
Hs=10-(σ+Δσ)H-▽/900-1.0
=hs-▽/900
Hs=10-(σ+Δσ)H-1.0
▽为水轮机转轮安装处的海拔标高,▽=0时,Hs=hs。
对于不同水头H下的hs可由附图1查得。
2.2.2对应水头下的吸出高程(附图1)
2.2.3对应水头下的轴向水推力(附图2)
Poc=KπD12Hmax/4(t)
轴流式水轮机的轴向水推力与叶片安放角有关,上式计算的是最大轴向水推力,式中K为转轮型号有关的水推力系数。
K取0.9,各水头下的水推力见附图2。
2.3调节保证计算主要参数:
压力管道∑LgV(m2/s)≤10H
关闭时间Ts(s)4
速率上升β(%)≤50
压力上升ζmax(%)≤50
3、水轮机结构(Structureofturbine):
本机为立轴金属蜗壳的轴流定桨式水轮机,由下述部分组成:
转动部分;导水机构(WJK105-100A(A));埋入部分(WJK105-000A(A)-01);油导轴承(180ZW-100A(A)/φ180);主轴密封(WH5100-300B(B));工具部分。
各部件间的相互关系可由水轮机总图(WJK105-000A(A))、安装图(WJK105-100A(A))中看出。
本机适用于水头为H=3.5~12m,采用金属蜗壳,蜗壳前装设伸缩节装置,尾水管为弯肘形。
水流经由引水压力管经蜗壳、导水机构进入转轮,将水流能量转换为机械能,由转轮传递给主轴,再带动发电机转子旋转而发电。
作功后的水流经尾水管流入尾水渠道而泄入下游。
3.1转动部分(Rotatingparts)
转动部分主要由转轮、主轴及联接件组成。
主轴下端法兰用螺栓与转轮联接,上端法兰用联轴螺栓与发电机主轴法兰联接,主轴上下端都用圆柱销来传递扭矩。
转动部分的重量全部由发电机推力轴承承担。
转动部分主要起能量的转换和传递作用。
3.1.1转轮(Runner)
转轮是水轮机的心脏部分,水轮机效率的高低,气蚀性能的好坏以及在预定范围内能否安全稳定的运行,很大程度上都取决于转轮的性能。
本机采用的转轮为ZD400a,转轮直径为105cm,由四个叶片与转轮体组焊而成,转轮叶片材料为ZG06Cr13Ni5Mo。
这种形式的焊接转轮具有结构简单,装卸方便等优点。
为减少容积损失,转轮叶片外圆与转轮室之间的间隙(单边)为0.35~0.7mm。
泄水锥采用Q235-A钢压制而成,以螺栓与转轮体相联。
3.1.2主轴(Mainshaft)
主轴由45号锻钢精制,两端均有法兰,上端用螺栓与电机主轴相联,用圆柱销传递扭矩,下端用螺柱与转轮联接,并用圆柱销来承受剪力。
螺栓、螺柱露出部分用护罩罩上,保证运行安全。
主轴上、下法兰联接螺栓把紧后,应将螺母点焊,以防螺母松动。
主轴中心钻有φ20泄水孔,将密封漏水排至尾水管,并减小轴向水推力。
3.2导水机构(Gateoperatingmechanism)
3.2.1导水机构的主要作用
(1)将蜗壳引来的水,以一定的速度和方向引入转轮作功。
(2)改变导叶开度的大小,调节流量,从而调整机组出力。
并使其在额定转速下运行。
(3)关闭导叶,中止水流以便停机,或作调相运行。
3.2.2导水机构部分主要有如下零件组成:
顶盖、底环、控制环、导叶、导流盖、连杆、导叶臂、剪断销等。
顶盖和导流盖分别有4个80×160和6个80×120的孔,其中心约低于油导轴承的转动油盆,机组主轴密封漏过来的水,经此四个孔经蜗壳鼻端自流排入集水井,以保证油导轴承的安全运行。
(1)顶盖(Headcover)
顶盖用Q235-B钢板制成,装于座环上,其上还装有导流盖。
为了抗泥沙磨损,顶盖上还装有抗磨板,由M10螺钉固定,装配完毕后,用环氧树脂将空穴填平。
顶盖在φ1300mm的圆周上,均匀分布着16个导叶套筒孔,安装有16个导叶套筒,用以装导叶。
导叶套筒内装有导叶的上、中轴套,为防止漏水和泥沙进入轴套,在导叶轴套下端面装有“O”型密封圈。
(2)导流盖(Innerheadcover)
导流盖装于顶盖上,用Q235-B钢板焊接而成,导流盖上装有油导轴承、主轴密封、控制环。
导流盖下端与转轮上部留有15mm间隙,以保证转子抬机高度,同时导流盖下部与主轴下法兰也形成一道较长的间隙迷宫密封,以减少漏入导流盖的漏水量。
由于导流盖下部通径φ340比主轴上法兰φ430小,故安装时要注意先将主轴吊入导流盖再与转轮连接。
导流盖上有两个φ73的孔,此2孔用来装吸力式紧急真空破坏阀,另外四个80×120孔用以排除轴承下方经过主轴密封漏过来的水;导流盖上还装有抗磨块,用来作为控制环的径向支承。
(3)控制环(Controlring)
控制环装于导流盖上,用Q235-B钢板焊接而成,控制环上有两个大耳环,通过控制部分的推拉杆与调速器相连。
此外还有16个小耳环(连板孔),通过连板销、连板、剪断销、导叶臂、分半键与导叶相联,导叶开度的大小及机组的启动与停机都是通过调速器、调速轴、推拉杆及上述零件来实现的。
(4)导叶(Guidevanes)
本机共16个导叶,均匀地布置在φ1300mm的圆周上,导叶上端轴两支承面支撑在压入套筒内的钢背复合套内,下端轴支承在压入底环的钢背复合套内。
安装时在轴套内涂以黄油,运行时无需加油润滑。
本机采用对称导叶,用ZG230-450制成,导叶头尾两封水面用机械加工,保证其相互的平行度,装配时经修磨后可保证关闭时立面间隙≤0.05mm。
导叶的上、下两端面与上环、底环之间的间隙为0.3~0.75mm,两端间隙均匀分配,可通过调节螺钉来实现。
这些合理的间隙既可保证最小间隙量,又可保证导水机构运动自如。
导叶通过导叶臂、连杆与控制环联接,连杆的长度可以各自调整,以便电站在维修、运行时能高效、方便在调整每片导叶的立面间隙。
(5)剪断销(Shearpin)
导叶臂与连板间装设有剪断销,当两导叶间夹有异物时(石头、木块等),由控制环传来的调整力首先作用在此两导叶的导叶臂上,使此处剪断销首先受力被剪断,以保证导水机构的转动件不受损坏。
剪断销上有φ10的孔,用以装设剪断销信号器,当剪断销被剪断时,该信号器向信号器盘发出信号,使值班人员能及时处理,确保电站的安全运行。
(6)底环(Bottomring)
底环装于座环上,采用Q235-B钢板制成。
导叶的下轴套装于底环的16个孔内,作为导叶的下支承。
为增加底环过流部分抗汽蚀及磨损的能力,底环过流面上还装有抗磨板,由M10螺钉固定,装配完毕后,用环氧树脂将空穴填平。
3.3埋入部分(Embeddedparts)
埋入部分系埋入混凝土中作为机组的基础并承担机组全部重量的部分。
埋入部分的主要作用是引导水流进入导叶,并引导水流排入尾水管,进行能量的转换与回收,它是整个机组的安装基础,将机组的荷重传递给钢筋混凝图基础。
埋入部分包括水轮机的进水部分(即蜗壳)和泄水部分(即尾水管)在内。
主要由机坑里衬、地板装置、座环、转轮室、尾水管里衬、蜗壳、金属肘管等组成。
(1)机坑里衬(Pitliner)
机坑里衬可以使机坑内不至于潮湿,同时也便于浇灌混凝土,机坑内装有地板便于运行人员在机坑内观察检查和维护机组。
(2)蜗壳(Spiralcasing)
蜗壳是水流进入水轮机经过的第一部件,通过它将水流引向导水机构,并以最小的水力损失形成一定的环量流入转轮。
本机采用包角为345°的金属蜗壳,由Q235-B钢板成形后焊于座环上。
进口端最大直径为φ1600,最厚段为δ=10。
蜗壳鼻端在厂内与座环焊好,其余在现场焊接。
蜗壳下方设有6个支承垫板,用于安装时放置机械式千斤顶以调整和支承蜗壳。
蜗壳四周用8个M30地脚螺栓与基础固牢,用于固定蜗壳。
蜗壳的尾部靠近特殊固定导叶处有一个排水孔,排出机组漏水。
(3)座环(Stayring)
座环为水轮机的基础件,由上下两个环及分布其间的固定导叶组成。
材料为Q235-B钢,座环埋于混凝土中,它承受机组全部重量,并通过它传给电站基础,机坑里衬、导水机构、底环、转轮室等均装于其上。
固定导叶承受水的张力和机组有关零部件的重量,把蜗壳引来的水流以有利的角度引入导水机构,座环上有一个排水孔排出漏水。
(4)转轮室(Runnerchamber)
转轮室采用Q235-B钢焊接而成,上端法兰与座环相联,下端法兰与尾水管里衬相联,周围有若干羽毛形板,使其浇于混凝土中更为牢固。
(5)尾水管里衬(Tailpipeliner)
尾水管里衬与座环下端直接焊接,其上端有补气短管,通过管路与φ75吸力式真空破坏阀联接,达到对尾水管进行补气的目的,减轻空蚀,改善振动。
在尾水管里衬上引出一根管子至真空压力表,以观测尾水管内的真空度。
3.4油导轴承(Oilguidebearing)
油导轴承是水轮机用以支承转动部分的装置,承受转动部分由于各种原因而产生的径向力。
本机采用的油导轴承为RV-TL抛物线轴承,油导轴承固定于导流盖上。
RV-TL轴承是一种油润滑的径向竖轴楔形瓦的油导轴承。
这种轴承已被应用在很多的竖轴混流式、冲击式水轮机上,并被证明是具有极好的性能。
该轴承直接对着主轴上磨光的轴颈,不需有轴领或主轴直径加大的部分。
这一优点对高水头机组上为了限制线速度、温度以及摩擦损失具有重要的意义。
轴承具有足够的刚度,设计中考虑了其在冲击式水轮机和水泵水轮机上需要承受的大径向力。
RV-TL抛物线轴承,具有运行稳定、轴瓦温度低、在现场不需刮瓦、维护简单等优点。
(1)主要结构
所有的主要部件都为焊接结构,分瓣后用螺栓把合。
轴承座用法兰固定在水轮机顶盖上,并形成上油箱,它也是轴瓦的基础。
油盆固定在主轴上并随之转动。
轴瓦用法兰固定在轴承座上,内嵌固定的巴氏合金瓦,并加工成抛物线曲面,具有优越的轴承动态液压性能。
只要拆掉上油箱的油箱盖,就可以很方便地从上面检查轴承间隙或拆卸轴承。
(2)油的循环
轴承为自循环形式,所有的油都包含在轴承内,无需泵或外部油箱。
静止时,所有的油都在油盆里,轴瓦下部浸在油中,启动前不需另外供油。
油位可通过轴承座上的一个孔受到监测。
当轴旋转时,油自动地在油盆和上油箱之间进行循环。
油盆内的毕托管把油吸进并导向上油箱,油然后从上油箱经轴承体流回油盆。
在正常运行时,几乎所有的油都集中在上油箱中。
(3)冷却
进入上油箱之前,油自动地从毕托管流经冷却器。
通常,轴承配有两个冷却器,尺寸和布置都须便于维护并对机组的运行没有影响。
旋转的油盆本身提供了很大的冷却作用,因此,线速度不高、径向负荷有限的情况下,冷却器可能被省略。
对每个具体项目都进行冷却计算并确定冷却器的大小。
本轴承设有铂热电阻温度计2只,以监视轴承温度。
机组连续满负荷运行时,轴承温度≯60℃。
3.5主轴密封(Mainshaftseal)
主轴密封是水轮机的关键部件,是保证机组安全运行的重要组成部分。
本机采用的主轴密封为水压活塞式端面橡胶密封,主要由转动的抗磨板、可上下移动的橡胶密封环、固定的封水座等组成。
密封抗磨板固定在主轴上,橡胶密封环可以在封水座的槽内上下移动,在上端的0.05~0.20Mpa水压作用下,使橡胶密封环向下移动,贴紧密封抗磨板,以达到密封目的。
机组运行时,清洁压力水通过封水座进入密封腔,使橡胶密封环与抗磨板在端面接触,形成一道环形密封,机组在经过密封后的少量漏水,积蓄在密封体内腔,由排水管排至下游。
进入活塞内的压力水必须清洁,机组在运行时压力水不能中断,否则将因无冷却润滑水造成橡胶密封环运动不能自如和干摩擦,甚至烧坏橡胶密封环的事故。
在压力水供水管路上,设有阀门来调节压力水的流量和压力。
若压力太高,橡胶密封环与抗磨板间封水较好,但橡胶密封环磨损厉害;若压力水的压力太低,漏水量就会增大,此压力调整在0.05~0.2MPa范围内。
这种密封的优点是在机组顶车或抬机时,对密封性能没有影响,密封环随主轴移动而移动,顶车完毕主轴自动复位,密封环也被压下而自动复位。
3.6控制部分(Controlparts)
水轮机的控制部分有机械式和液压式两种形式。
机械式的控制部分由推拉杆、调速轴、位置开关、摇臂等主要件组成。
调速轴上端与调速器联接,下端支持在球面上,下部轴颈处装有摇臂与推拉杆联接。
推拉杆一端与摇臂相联,另一端与水轮机控制环大耳环相联,通过此套机构来控制导水机构导叶的开度,调速器就是根据电网所需负荷的变化,通过控制部分来实现对水轮机的调节。
随着外界负荷的变化,调速器执行机构的动作,带动调速轴旋转,使摇臂摆动,从而使导水机构调节水轮机过流量的大小,以适应外界负荷的要求。
液压式的控制部分由高油压调速器、液压接力器、位置开关等组成。
接力器一端固定于混凝土基础上,另一端与水轮机控制环大耳环相联,调速器提供的高压压力油通入接力器内,压力油驱动接力器活塞杆往复运动带动控制环动作,控制导水机构导叶的开度,从而使导水机构调节水轮机过流量的大小,以适应外界负荷的要求。
本机配套的电机为470KW额定出力的发电机,配用DWT-600-16高油压微机调速器,其控制部分采用双接力器结构,配有两个液压接力器。
这种结构设计简单、运行可靠、布置方便。
3.7工具部分(Specialtools)
本机设有下列专用工具(详见专用工具明细表)
(1)转轮安装工具
(2)导叶臂装拆工具
(3)拆分半键工具
(4)拆锥销工具
(5)各式专用扳手、顶起螺钉
4、水轮机的安装(Installationofturbine)
水轮机安装质量的好坏,对机组的安全运行影响甚大,本说明书仅就机组的安装程序及注意事项做些简略的介绍,以供参考,具体的安装程序及检查测量验收等请参考有关资料和书籍。
4.1安装前的准备及注意事项
(1)水轮机运到电站后,应根据装箱单进行清点验收,并分别妥善保管,对小件、备件、联接件、工具及仪表等小箱应放置在仓库内,对尼龙、塑料及橡胶制品不应放置于阳光下曝晒,亦不能接近火源或热源。
(2)水轮机在厂内所采取的防锈措施和塑料薄膜、防锈膜、防锈油、防锈纸、防潮剂等,不能过早破坏和取掉,以免机件受潮生锈。
(3)安装时按所供图纸清点和清洗所有零件或部件,并挂上标签,分类保管,凡可不拆卸或不能拆卸的尽量不拆卸,以保证机件的精度。
(4)准备好安装时所需的工具、量具,如:
水平仪、百分表、千分表、测高仪、卡尺、卷尺等及其它安装辅助用具。
(5)重新校核各安装基准面。
4.2安装程序
(1)将与补气管焊好的尾水管里衬和尾水肘管里衬(如果有)联接好吊入安装位置、校正,安装就位,然后将尾水管里衬与尾水肘管里衬焊为一体。
(2)吊入转轮室,把好转轮室与尾水管里衬的联接螺栓,找正转轮室中心、水平和标高,注意X、Y方向,引出测量尾水管真空和补气的管子,浇灌混凝土,清洗加工面,涂上防锈油,非加工面涂上红丹。
(3)吊入组焊好蜗壳的座环和导水机构,把好转轮室与座环的联接螺栓,找正座环中心、水平和标高,注意X、Y方向,装上φ114排水管至集水井,引出测量蜗壳压力和主轴密封供排水的管子,拧紧地脚螺栓,浇灌混凝土,清洗加工面,涂上防锈油,非加工面涂上红丹。
(4)吊装机坑里衬,找正方位和尺寸后,预埋好各处的地脚螺栓,浇注混凝土。
(5)在安装间将密封抗磨板、卡环装于主轴的适当位置,主轴吊入导流盖,再与转轮联接好后吊至安装位置,用转子安装工具将转动部分吊起,校正导流盖的中心并拧上定位销,把紧螺栓。
(6)安装控制环、连板和销子,注意方位,转动控制环,检查导水机构是否灵活,测量导叶开度、控制环耳行程是否与设计值相符。
(7)待电机安装好后,再联接水轮机和发电机主轴,盘车检查各处摆度和间隙。
(8)装主轴密封和油导轴承,调整好间隙。
(9)接好各管路和吸力式紧急真空破坏阀,并装上地板装置。
(10)安装控制部分和调速器。
检查调速轴、轴承座安装面标高,吊装轴承座等零件,吊装调速轴,联接推拉杆等,在控制环和调速器摇臂位于全关位置时配作摇臂键槽。
5、水轮机运行(Operationofturbine)
5.1水轮机试运行前的准备及注意事项
(1)作主轴密封充气试验,检查是否漏水。
(如果有该装置)
(2)作蜗壳充水试验,检查各密封处是否漏水。
(3)清洗检查各处有无异物或不洁之物。
(4)检查各处润滑部分润滑油是否充足,排水机构是否畅通无阻。
(5)检查各紧固件是否拧紧,各转动部分转动是否灵活。
(6)检查各处间隙是否在设计范围内。
(7)检查调速器能否正常投入运行。
(8)开启阀门,再开启导叶,使水轮机在空载下运行,检查各部分有无异常现象。
5.2水轮机的试运行
5.2.1水轮机在空载下运行
从低转速逐步升至额定转速,注意观察轴承温升和主轴摆度,记录空载开度值,水轮机轴的摆动值,油导轴承的温度,观察和判断各止漏密封装置的工作情况。
5.2.2带负荷运行
在空载工况正常运行的基础上,连续运行直至油导轴承温升稳定。
由空载分别升至25%、50%、75%、100%负荷下各运行4小时,在以上四种负荷情况下运行时,注意观察并做好各项记录。
5.2.3甩负荷运行
(1)作好甩负荷、紧急停机的各项准备。
(2)依次甩去25%、50%、75%、100%负荷运行,飞车时间按发电机规定的时间,不宜过长、不允许超过。
(3)检查各部分,特别是转动部分有无异常现象,并作好记录。
5.2.4作72小时带负荷连续运行,确认机组各部分正常后,方可投入正式运行。
5.3水轮机的启动与停机
5.3.1启动
(1)关闭所有进人门和不应放水的阀门,开启应排水的放水阀,检查各处密封情况。
(2)检查各处润滑油是否充足。
(3)排除主轴密封内的压缩空气(如有该装置)。
(4)启动引水阀门,向蜗壳内充水。
(5)徐徐开动导叶至空载开度位置,然后逐渐带上负荷。
5.3.2停机
(1)切断负荷。
(2)关闭导叶。
(3)向主轴密封充气(如有该装置)。
(4)转速降至30%额定转速时进行制动。
6、水轮机的维护(Maintenanceofturbine)
6.1日常运行的维护
(1)经常注意轴承的温度和轴承内的油是否足够,定期换油(约运行1000小时)。
(2)检查润滑、冷却及各处排水系统是否畅通无阻。
(3)经常注意真空破坏阀的工作情况。
(4)检查空蚀和振动的情况。
(5)注意各密封处的漏水情况,以便及时处理。
(6)注意运行时有无不正常的声音和振动,转动部分之联接有无松退的现象。
6.2停机维修
(1)检查蜗壳、尾水管里衬、转轮室、底环、顶盖、转轮、导叶等过流部分,有无泥沙磨损或空蚀现象,若有上述现象应进行补焊,并打磨光滑。
(2)检查导叶上、下端面和关闭时的立面间隙。
(3)检查转轮叶片与转轮室的间隙。
(4)检查转动部分及其它联接件、紧固件是否松退。
(5)检查各运动部分摩擦付的磨损情况。
(6)检查真空破坏阀动作是否灵活。
(7)检查轴承间隙和油质情况。
(8)检查各自动化元件是否灵活。
(9)各项检查作好记录,以备考查。
7、附表(Attachedlist)
7.1随机图纸明细表
序号
代号
名称
数量
备注
1
WJK105-000A(A)
水轮机安装布置基础图
1
2
WJK105-000A(A)-01
埋入部分布置图
1
3
WJK105-400A(A)
导叶开口布置图
1
4
WJK105-002A(A)
尾水管断面型线图
1
5
WX01.01.00
转动部分
1
6
180ZW-100A(A)
φ180油轴承
1
7
WJK105-100A(A)
导水机构
1
8
使用说明书
1
9
装箱单
1
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