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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

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.........错误！

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第一节水轮机检修周期...................错误！

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第二节水轮机检修项目...................错误！

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第四章水轮机检修流程及方法........................16

第一节水轮机检修流程总表...............................16

第二节安全措施及注意事项...............................18

第三节零部件分解及检修.................................20

第四节大件的分解及起吊.................................27

第五节试验..........................................31

第五章水轮机工艺及质量标准........................32

第一节水轮机小修质量标准...............错误！

未定义书签。

第二节水轮机大修质量标准...............................32

第六章水轮机常见问题及处理办法....................36

第一节伸缩节漏水......................................36

第二节主轴密封漏水量大.................................37

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、浆叶密封装置故采用,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．

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。

导轴承的作用是用来固定机导轴承由发导轴承与水导轴承组成。

．

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递到管形壳上。

发导轴承的密封底环装在轴承体上。

在支持环上装有密封盖板、挡油环。

正、反推力瓦和发导瓦上都设有电阻型温度计，供测量显示及开关量、模拟量输出以便计算机温度巡检和报警。

第四节主轴密封

灯泡机组以管形壳为主要支撑结构，常采用一根主轴的结构形式。

上游侧与发电机转子相连，下游侧与转轮体联接。

两端均为悬臂形式。

主轴密封装置由主轴密封与检修密封组成。

主轴密封与检修密封共装在水导轴承下游侧的不锈钢耐磨轴衬上。

主轴密封的材料为合成树脂,装在供水室的两侧。

密封件上装有弹簧并开有V形槽，以补偿密封件内圈的磨损与主轴始终贴合。

在运行中密封水压应该连续维护，尤其在空气中旋转情况下。

主轴密封处的水压随水轮机出力变化而变化。

在满负荷运行时，水压增加到与引水渠压力相同的压力值。

当满负荷或部分负荷运行时间较长时，供水阀应全开，防止密封过热。

，

主轴密封盖上的环型槽与主轴之间保持一定间隙，密封盖用来防止漏水进入水导轴承处，在密封盖下部装有排水管。

检修密封为膨胀式橡皮软管，内部充有压缩空气，正常运行中固可直接投入机组部分检修时，定部分与转动部分一般保持一定间隙。

．

检修密封防止流道水倒流。

第五节技术供水

一、技术供水的对象

技术供水的主要作用是为了机电设备的冷却和润滑。

其设计要求可靠安全，经济合理。

再运行中能正确、有效的工作。

对于贯流式水电站来说，主要的供水对象有：

发电机冷却用水，机组轴承油冷却用水，机组主轴密封润滑用水等。

（一）发电机冷却用水的供水方式、水量、水质与发电机的冷却方式有关。

冷却方式包括冷却介质、通风路径、循环方法、发电机定子结构等的选择。

目前国内已运行的贯流式机组发电机的常用冷却方式可概括为以下两种：

1.常规空气冷却器冷却方式。

此方式与常规立式发电机采用空气冷却器的冷却方法相同，发电机发热量全部由空气冷却器吸收，因而冷却用水量大。

2.空气冷却器－“冷却水冷却器”冷却方式（称为二次冷却方式）。

空气冷却器的布置方法与常规立式机组的空气冷却器相同。

冷却水冷却器则布置在发电机灯泡体顶罩外壳的夹层空腔内，空腔的外层是复合钢板，与河水接触的一面为不锈钢。

发电机运行时产生的热量经灯泡体内循环的空气传递给空气冷却器，再由空气冷却器循环冷却水传递给“冷却水冷却器”，最后由流经外壁的河水吸收带走。

．

（二）机组轴承油冷却用水。

灯泡贯流式机组一般使用外循环冷却方式，即每台机组设置一套轴承油冷却循环系统，由事故油箱、轴承油油箱、油冷却器及油泵组成。

对机组进行强迫外循环冷却，经机组轴承排出的热油汇集在轴承油油箱内，用油冷却器进行集中冷却，由冷却水将热量带走。

（三）机组主轴密封、润滑用水。

机组的主轴旋转密封型式一般有：

盘根填料式、盘式（轴向端面密封）、环式（径向密封）。

由于密封部件接触面摩擦发热，因此必须使用水润滑冷却。

二、技术供水的水源及供水方式

（一）技术供水的水源

1.坝前取水。

去水口可设置数个。

装设在不同的高程，可适应上游水位的变化，在机组检修或进水口闸门关闭的情况下，供水仍可不中断；一个取水口堵塞时也不至于影响技术供水的可靠性，且各个取水口可相互作为备用水源。

2.地下水源。

如果电站所在河流水质不满足用水设备要求，而电站附近有水质符合要求的地下水源，则可加以利用。

（二）技术供水的供水方式

1.水泵供水。

水泵供水是指技术供水系统的水量及水压由水泵来保证。

贯流式水电站的特征就是水头低，有时候自流供水难以满足要求，因此水泵供水时技术供水经常采用的供水方式。

2.自流供水。

自流供水是靠电站的自然水头来保证技术供水系统的水压要求的。

贯流式水电站一般难以采用自流供水方式。

．

三、技术供水系统检修

（一）技术供水系统的检修主要针对取水口、加压泵、滤水器、以及各个阀门管路进行检修。

第三章水轮机检修流程及方法

水轮机检修流程总表第一节．

开工工作准备工作主要项目检修期启动试验验收第1天第2-3天第4-23天第24-27天流道抽水、设备配合操作、设备编号补充完善落进尾水闸门流道抽水桨叶密封，轮毂泄水锥检查大修前准备伸缩节检查、压缩量测量、非标项目流道充水检修文件包竣工整体调试验收措施试运行竣工运行状况下技停机状况下技水轮机大轴锈蚀、桨叶锈术数据检测术数据检测蚀处理流道气蚀情况处理设备及管路系统全面桨叶间隙测量及处理清扫、着色防腐,,连杆检查调速环加油、导叶间隙测量外配水环导叶拐臂测压管路疏通、伸缩节检查、压缩量测量、非标项目

第二节安全措施及注意事项

一、所有检修人员必须牢固树立“安全第一，预防为主”的思想，严格执行《电业安全工作规程》，遵守电厂安全管理制度，确保检修中人身和设备安全。

二、所有检修人员都必须进行现场安全教育且做好防破坏及防高空坠落的措施，严格服从安全监督员的管理和监督，。

三、设置总负责人、分部负责人、工作负责人三级安全管理网，并设置安全专责协助总负责人，逐级落实相应责任，尤其是第一负责人的安全管理责任，发生问题要坚持“三不放过”原则进行处理。

四、检修总负责人和安全文明专责、各专业负责人要坚持每天经常深入现场检查，发现违章作业应立即制止，并进行教育。

不听劝告者，当即勒令停工并离开检修现场，且予以考核。

五、各负责人安排工作的同时，要交待安全注意事项，重大特殊项目应另行制定专项安全措施，经审批后方可进行施工。

六、开工前工作负责人要切实检查安全措施是否正确完备，是否具备开工条件。

七、外包人员、借调人员、临时工参加检修，检修前应进行安全教育，并经考核合格。

不充许以上人员单独工作。

八、所有进入现场的工作人员，包括管理人员和施工队伍都必须按要求正确着装，配戴好安全帽，高空作业系好安全带。

九、交叉作业时，各工作负责人要保持良好的联系并及时沟通。

上下运行区域和检修场地严交叉作业应设置安全网或采取其他防护措施。

．

格隔离。

十、脚手架搭好后，须经安全监督负责人组织检查合格后，方可使用，并严格遵守高空管理制度。

十一、重物起吊场所、高空落物场所、精密设备与重要部件解体存放场所，孔洞、沟道等临时被打开的场所均应设安全示牌和围栏。

起重吊物时，应正确指挥，使用口哨或对讲机。

十二、检修现场应备足防火器材，做好防火工作，易燃易爆品必须放入专用箱内。

十三、在配电屏上拆装临时电源应办理工作票，接线要牢固，使用插座接电时插头要合适。

电源导线须经容量核算和绝缘检查合格。

注意外壳保护接地。

电源中途须转接时一定要使用合格的开关板。

十四、机组检修时，须设立发电机风洞守卫处。

进出风洞的物质材料、工器具及人员携带的随身工具、进出时间等都必须仔细登记，工作结束时应仔细清点，严防遗落物件于风洞内。

无关人员谢绝进入风洞。

人员进入风洞必须穿绝缘胶鞋或耐油胶鞋，不许穿皮鞋。

风洞内的临时照明必须使用安全电压等级的行灯。

十五、外包工程队伍进场前，须交待安全注意事项，经安全教育并考试合格。

坚持“项目外包，安全责任不外包”的原则。

十六、机组在检修期间，在进行盘车或操作导水叶时，检修工作负责人应先检查蜗壳、导水叶、水轮和水车室的工作人员已全部撤离，并无妨碍转动的物件遗留在内，同时要做好在转动期间防止有人进入的措施和标志。

．

十七、多人共同搬运或装卸较大的重物时，应有一人担任指挥，搬运的步调应一致，前后扛应同肩，必要时还应设专人在旁监护。

十八、进入容器、槽箱内部进行检查、清洗和检修工作，必须得到运行值班负责人的许可，并应根据具体的工作性质，事先学习必须注意的事项，工作人员不得少于二人，其中一人在外面监护。

作业时应加强通风，但严禁向内部输送氧气。

第三节主要零部件解体及检修

一、主轴密封

（一）拆卸前应作好记号与记录，先拔销钉，再拆螺栓，将两瓣主轴密封支架吊出摆放，拆卸各组合件，并用汽油或清洗剂清洗。

（二）检查、清洗端部法兰面条及密封槽，密封条应完整，无破损，否则应予以更换。

（三）用低压气给检修密封围带充气，并将其浸入水中观察是否漏气，有破损而漏气者则予以更换。

（四）检修密封合格后，套入检修密封进气组件密封圈，并将检修密封安装在支架内，拧紧压板螺栓。

（五）清洗轴承支架与主轴密封支架的法兰结合面，并粘上密封条，密封条接口置于顶部，在接口处涂以密封胶。

将右瓣密封支架吊于安装位置，拧紧联接螺栓，再将左瓣密封支）六（

架就位，打入销钉并拧紧与右瓣连接螺栓。

（七）用千斤顶调整主轴密封间隙，均匀，符合设计要求。

（八）轴承支架与主轴密封支架结合法兰面，先打入偏心销，再紧固螺栓。

（九）检查，清扫主轴密封轴套，工作密封座，工作密封盖及各加工面，应清洁完整，无毛刺。

（十）拧紧检修密封座定位销螺栓。

（十一）按顺序安装下游侧合成树脂填料，计八片，并安装弹簧。

使工作密封抱于主轴，间隙均匀，松紧适度。

（十二）按顺序安装工作密封座，按顺序安装上游侧合成树脂填料侧，安装弹簧。

（十三）粘贴密封座端部橡皮条，插入止动销，并拧紧密封座盖。

（十四）在主轴密封支架密封盒盖联接法兰面放入密封条，按顺序装好密封含盖，将密封合盖连成一体。

（十五）调整并拧紧密封盒盖