CJYH冲击式水轮机说明指导书.docx

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CJYH冲击式水轮机说明指导书

CJYH09-L-170/6×15型冲击式水轮机系立轴单转轮六喷嘴冲击式水轮机，和发电机组成两支点水轮发电机组。

该水轮机由喷嘴装配、转动部份、预埋部份、管路部份、机盖装配、油轴承、工具等部份组成。

水轮机转轮和发电机主轴采使用方法兰连接，摩擦力传输扭矩。

水轮机转轮系整体铸造而成，最大外径为φ2190.1mm，拆卸转轮采取下拆方法。

该型立轴六喷嘴水轮机喷嘴采取是全新单元组合式结构，喷嘴、偏流器组成一体，以进水管定位装在进水管喷嘴座上。

为便于转轮和喷嘴装拆和检修，在机座下方设有平水栅，平水栅同时也起到均衡排水作用，降低对尾水渠冲刷。

在平水栅中间铺有两根轻型钢轨，运输小车将转轮或喷嘴，沿此轨道经运输通道运出或运入机坑。

由直流式内控喷嘴和偏流器组成双重调整机构，调整性能良好，能满足电能质量和调整确保要求，确保机组和压力钢管安全。

每台水轮机进水管前装有一个直径为φ1600mm进水阀装置。

喷针及偏流器接力器均采取单腔油压控制，操作油压6.3MPa，压力油取自调速器。

机组和冲击式专用调速器、自动化元件组成一个完整自动化操作系统，中控室一个脉冲，机组能自动开启带负荷、自动停止、正常运行、事故报警和停机。

机组采取内拆式水力自关闭喷嘴含有以下特点：

1）喷针利用油压开启，水力自关闭，当电站操作油失压时，喷针能在水力作用下自动关闭。

喷嘴关闭后，假如关闭压力油进油阀，切断油压装置压力油源，喷针也不会自行开启，很安全。

2）喷嘴含有负荷自锁功效，当机组并网运行时，比如油压装置出现事故低压等，能自动锁定喷针，二次回路低油压事故停机信号应作用于调速器数字配压阀，封闭喷针控制腔油路，使机组继续带原有负荷在电网中运行，直到油压装置故障消除。

所以，可降低事故停机次数。

3）可单独开启喷针，排除卡塞喷针异物。

4）设有新型油水隔离装置，确保压力水不会渗透喷针控制腔，不会造成油水混合。

5）设有防泥砂装置，能预防泥砂进入喷针轴，保护零件不受泥砂磨损。

6）喷嘴采取新型内拆式结构，拆去喷嘴口，就能将喷嘴内零件全部拆出（在不拆下喷嘴部件和转轮情况下）进行检修或更换零件，大大缩短检修时间和减轻检修劳动强度

7）喷嘴内滑动部位采取新型密封和油润滑，摩阻力小，动作灵活，经久耐磨，密封性能很好，绝对可靠。

8）喷针水力自关闭倾向，可确保喷嘴不漏水，从而降低了间隙气蚀和泥砂磨损，延长了喷针和喷嘴口使用寿命。

9）喷嘴可在压力钢管不充水情况下，利用油压作喷针开关模拟试验，测定喷针动作和行程。

10）在调速器上可设喷嘴紧急停机电磁阀单独关闭喷嘴。

电磁阀可手动、自动和遥控。

调速器失灵后，喷针可自动关闭而无须动水关闭阀门。

从而多一道保护功效。

11）喷针控制腔装有压力表，供监测喷针工作情况。

12）喷针设计，增加了导向长度，减小了摩擦圆直径，再加上油润滑和操作力合理设计，确保喷针操作灵活，不会发生卡涩现象。

13）喷嘴控制部份特殊设计，确保了机组周波稳定，并网轻易，调整灵敏。

14）新型单元组合式喷嘴安装、维护很方便。

2水轮机型号及关键参数

2.1水轮机型号：

CJYH09-L-170/6×15

CJ——冲击式水轮机

YH09——水斗型号

L——立轴

170——转轮节圆直径（cm）

6——喷嘴数

15——射流直径（cm）

2.2关键参数

飞逸转速：

np=600r/min

喷针关闭时间：

Ts1=（10-40）s（由调保计算决定）

偏流器关闭时间：

Ts2≤1.5s（关闭越快越好）

暂态速率上升：

β≤40%

许可在甩负荷时压力水头升高：

Hmax≤269.45m

3水轮机各关键部件作用及结构

3.1喷嘴装配

喷嘴为直流式内控型，采取了单向油压操作即喷针利用油压开启和水力自关闭方法。

配用冲击式专用调速器，就能取得高质量电能，运行安全可靠，并网方便。

喷嘴装配由喷嘴管、喷针、喷针轴、碟簧、喷嘴盖、喷嘴、偏流器、接力器、直线位置传感器等组成。

喷针轴后腔（碟簧腔）为反馈腔通大气，直线位置传感器也装在此腔。

传感器主体部分装在传感器座上固定不动，磁环装在喷针轴上随喷针一起运动，传感器有效行程为150mm。

传感器为四线制，红色：

24V-DC;黑/蓝色：

电源地；绿色：

信号输出；黄色：

信号地。

前腔为喷针控制腔，其压力油来自调速器，由调速器数字阀切换油路来控制喷针动作：

（1）压力油进入控制腔，喷针就开启；

（2）喷针需要要关闭时，控制腔排油；

（3）控制腔封闭时，喷针则保持不动；

在压力钢管充水前，应模拟试验喷针开、关动作，调整喷针开关位置，并排除管道空气。

喷针开启和关闭时间均由调速器控制，其操作油压均为6.3MPa。

喷嘴装配用螺钉固定在进水环管法兰上，喷嘴管进口直径为φ550mm，喷针最大行程为120mm。

压力水流进入喷嘴后，被逐步加速，至喷嘴出口，将全部压力能转化为动能，形成一股自由射流，冲击转轮作功，将水能转化为机械能，最终经电机转化为电能。

喷嘴、喷针均系不锈钢制造，并经过硬化处理提升其耐磨性能。

喷嘴装配动作原理以下：

喷嘴装配中喷针和偏流器是冲击式水轮机中调整流量两个关键调整元件，冲击式水轮机出力调整就是靠改变射流直径大小来实现。

本机喷针和偏流器调整采取非协联动作方法。

喷针负责正常运行时流量调整，而偏流器则是在机组甩负荷时或大波动负荷改变时快速改变射流方向，预防机组飞逸，并在负荷突变时起一定调整作用，使机组在额定转速下运行。

假如喷针关闭很快，将使压力钢管内压力急剧增高，产生水锤，为了确保压力钢管内不致产生破坏钢管水锤压力，喷针关闭时间应整定较长约10-40s（由调保计算决定）。

由调速器中可控节流阀来调整和控制喷针关闭时间。

喷针缓慢关闭将造成机组暂态速率上升β过大，产生过速，所以依靠偏流器快速截断射流使其不冲击转轮来预防机组过速。

偏流器投入时间应尽可能短，Ts2≤1.5s，实际上偏流器先快速动作，同时喷针慢慢关闭，这么暂态速率上升β和水压上升ξ全部能确保在许可范围以内。

偏流器投入和切除时间亦由调速器控制。

喷针开启和关闭动作以下：

3.1.1开启：

在微机调速器命令和操作下，压力油经电磁数字配压阀进入喷针控制腔，喷针在油压力、喷针堆面水推力作用下，克服喷针平衡腔水作用力等，向开启方向移动，同时经过喷针反馈腔中位移传感器将喷针行程位移量转换成对应电信号反馈到调速器，经微机运算，最终由调速器来控制喷针开度。

3.1.2关闭：

在调速器命令和操作下,经过配压阀使喷针控制腔排油,喷针在喷针平衡腔水作用力下克服喷针头部水推力向关闭方向移动，同时经过喷针回复腔中位移传感器将喷针行程位移量转换成对应电信号反馈到调速器，经微机运算，最终由调速器来控制喷针开度。

3.1.3正常运行：

机组在稳定负荷下运行时，喷针能稳定在和负荷相适应某一开度不动，这是因为调速器经过一个相当于三位三通功效电磁数字配压阀回到中间位置来封闭喷嘴控制腔使力系平衡。

故喷针能稳定在这一和外界负荷相适应平衡位置。

油水隔离腔和反馈腔可观察密封损坏情况，如大量漏水则需要更换水密封，大量漏油则更换油密封。

设置碟簧是为了喷针受力在全行程范围内比较均衡。

偏流器动作亦由调速器控制，其接力器采取了单向油压操作即油压开启、碟簧力关闭方法，操作油压为6.3MPa。

偏流器只有全开和全关两种工作状态，在接力器上设置有2个行程开关，将偏流器全开、全关位置信号正确地供给调速器。

偏流器经过摇臂和叉头和安装在喷嘴盖上带有碟簧偏流器接力器联接，在蝶簧作用下偏流器在截断射流位置时，射流不冲击水斗，接力器后腔（控制腔）通入压力油后，偏流器则让开射流，使射流冲向水斗。

3.2转动部份（见图ZS1153/1-00/G）

转动部份由转轮、护罩、联轴螺钉、联轴螺母等组成。

转轮由22个水斗整铸而成，其材料为ZG06Cr13Ni4Mo。

转轮节圆直径φ1700mm，转轮经过打磨加工，表面光滑且经样板检验，能确保水轮机效率。

水轮机转轮和发电机主轴联接采取止口定位、法兰连接结构，并依靠预应力联轴螺钉在法兰连接端面产生足够摩擦力来传输扭矩。

为确保有足够大摩擦力将转轮转矩递给主轴，联接转轮和主轴联轴螺钉螺母必需拧紧。

判定螺母拧紧标准是联轴螺钉伸长量达成设计值要求。

螺母拧紧步骤以下：

首先，将转轮起吊至安装位置并和水轮机主轴联接，初装联轴螺钉及螺母（注意，应确保在主轴螺纹孔内旋入深度达ZS1153/1-00/G要求）。

其次，在对称位置安装液压拉伸器（YH-YLD72（×4）-00）并参考拉伸工具（LSG100）图，使用其中专用工具拧紧液压拉伸器。

最终，参考拉伸工具（LSG100）图连接好拉伸器油管路开始拉长联轴螺钉，直到联轴螺钉产生弹性变形，且弹性变形量达成0.26+0.30mm为止（此值应为泄掉拉伸器中油压后得到变形量）。

测量联轴螺钉拉长方法是使用一含有测深度、很一般精密小游标卡尺（测量长度：

100或150mm、测量精度0.02mm）。

测量联轴螺钉螺母拧紧前、后深度差值即可（详见图ZS1153/1-00/G转动部份）。

比如：

未拧紧螺母前测量深度为5mm；

拧紧螺母后测量深度为5.26+0.30mm即可。

每个螺钉全部必需拉长0.26+0.30mm。

采取预应力螺钉、端面摩擦传动优点是便于备件转轮交换。

3.3预埋部份（见图ZS1153/2-00/G）

预埋部份由叉管、弯管、里衬、平水栅、轻轨等组成。

来自前池压力水经过压力钢管经蝶阀、伸缩节，进入由叉管、弯管组成进水环管。

水流经过五个叉管时被一分为六，分别进入六个喷嘴。

进水环管进口和阀门伸缩节相连，其进口直径为1600mm；出口和喷嘴管相连，其出口直径为550mm。

进水环管为焊接结构，法兰材料为ZG230-450H,管子材料为Q345。

为确保进水管强度，各叉管和弯管在厂内经过超声波探伤检验和4.5MPa水压强度试验。

水轮机喷嘴装配和进水管连接采使用方法兰连接，并在进水管和喷嘴管之间设置了调整垫（属喷嘴装配），供正确调整用，使射流中心和转轮节圆直径和分水刃中心线正确相切。

六块里衬和机盖（见机盖装配）组成转轮室，引导作完功水流流向尾水渠，并预防水流对混凝土冲刷。

里衬由10mm厚钢板焊接而成，在里衬外部设有很多拉筋，埋在钢筋混凝土中作基础螺钉作用。

在里衬下部靠近尾水渠一方，有两块分水板。

设置分水板利于空气进入，预防机壳内形成负压，影响机组运行。

在里衬上设有机坑里衬门作为转轮下拆通道。

为便于转轮和喷嘴装拆和检修，在机坑里衬下方设有平水栅，平水栅同时也起到均衡排水作用，降低对尾水渠冲刷，同时也可作检修平台。

在平水栅中间铺有两根轻型钢轨，运输小车将拆下转轮或喷嘴，沿此轨道运出机坑。

3.4机盖装配（见图ZS1153/4-00/G）

机盖装配由机盖、挡水环1、挡水环2等组成，它们均采取钢板焊接结构。

机盖为便于运输被分为两半，接合面经过加工，并采取螺栓连接，直销定位。

在机盖下有千斤顶和地脚螺栓，作为电站调整、固定机盖用。

挡水环1、挡水环2均为焊接结构，设置挡水罩是方便轴承下拆。

3.5管路部份（见图ZS1153/3-00/G）

管路部份关键由喷针操作油管路、偏流器操作油管路、测压管路、轴承冷却水管路、排漏管路和补气管路等组成。

3.5.1喷针操作油管路由φ22×3不锈无缝钢管、管接头等组成，其作用是将调速器控制油接到喷针控制腔。

3.5.2偏流器操作油管路由φ22×3不锈无缝钢管、管接头等组成，其作用是将调速器控制油接到偏流器接力器控制腔。

3.5.3测压管路由φ12×1不锈无缝钢管、管接头、仪表板、压力表等组成。

其作用是分别监测六个喷嘴控制腔油压和偏流器控制腔油压和环管水压（在进水环管进口和环管末端分别设有测压点）。

3.5.4排漏管路由φ22×3不锈无缝钢管和φ32×3.5无缝钢管、管接头等组成。

排漏管是将喷针油水隔离腔和喷针传感器腔漏水、漏油排到阀门坑，并用软管接至集漏箱。

设置软管便于观察泄漏，可确定泄漏点。

设置集漏箱搜集漏水、漏油可保护环境，且便于后续处理。

3.5.5轴承冷却水管为φ42×4不锈无缝钢管。

冷却水经冷却水进水管引到轴承冷却器，进行热交换后又经冷却水出水管引出轴承冷却器。

3.5.6轴承油管路由φ28×3.5不锈无缝钢管、软管等组成，其作用是将润滑后热油引到轴承冷却器和冷却水进行热交换，然后将冷油引到轴承上油箱贮存并供给轴承润滑。

3.5.7补气管路由φ159×4.5无缝钢管组成。

在每个喷嘴装配背水面均设置了一根补气管，将机座外空气导入转轮室。

设置补气管利于空气进入，预防转轮室内形成负压，影响机组运行。

另外还设置了一根φ108×4补气管对轴承下部进行补气，破坏此处真空。

3.6油轴承（见图ZC-00/φ500/G）

该轴承为自循环稀油润滑多油楔筒式轴承，由上油箱、转动油盒、轴瓦、毕托管等组成。

轴承体分为二半，用螺栓把合牢靠使其成为一体。

在轴承外设置有2个油冷却器（属管路部份）。

上油箱设有油位信号器监测油位，设有油混水信号器监测油质。

上油箱贮存润滑油供给轴承润滑，首次开机须将少许润滑油淋至瓦面上。

轴承盖上开有注油孔，观察孔，并设有油位变送器监测停机时转动油盒油位。

在轴承盖上还设有铂热电阻监测油温。

该轴承为筒式分块瓦轴承。

轴瓦由4块组成，采取ZCHSnSb11-6锡基轴承合金。

上油箱润滑油靠自重流进4块轴瓦油槽，在旋转力作用下，被带进油楔，在轴瓦工作面上形成油膜。

润滑后热油从轴瓦和主轴间隙向下流进转动油盒，经过毕托管被带到轴承外冷却器，冷却后冷油被压回上油箱。

冷却水应为不结垢清洁水，水温不得超出28℃。

导轴承测温保护装置由4个铂热电阻组成，测温电阻用螺套固定在轴瓦测温孔内。

铂热电阻信号传至测温屏供巡检和自动化系统使用。

3.7工具（ZS1153/5-00/G）

工具由运输定位架、测架、小车、测杆、转轮吊架及喷嘴装配吊装工具、转轮联接螺栓拉伸工具等组成。

4水轮机安全保护装置和动作方法

水轮机关键安全保护装置有：

机组过速保护和轴瓦过热保护。

机组过速保护装置有电器转速信号装置。

当调速器失灵机组转速上升通常至140%额定转速时，发出电信号。

经过独立喷嘴关闭装置直接关闭喷嘴。

同时关闭阀门。

通常在调速器失灵情况下，才产生140%过速。

但有时，自动开机时空载开度调整过大，亦会产生上述情况。

所以电信号也作用于调速器，紧急关闭偏流器。

在轴承盖上装有一个轴承液位信号器，可直观地读出油位高低和发出高低油位信号警告和事故停机信号，以保护油轴承。

5水轮机安装

水轮机安装根据CJYH09-L-170/6×15冲击式水轮机部署图（ZS1153/2/G）要求进行。

除按通常安装规程进行外，还应注意下列事项：

5.1喷嘴射流中心线和转轮分水刃应在同一水平面上，轴向偏差＜±1.7mm；喷嘴射流中心线和节圆直径必需相切，径向偏差＜±2.4mm。

5.2油管、水管必需仔细清除其孔内焊渣、铁锈等污垢，清洗后保持管路清洁。

6水轮机试运行

6.1试运行准备

6.1.1压力钢管前应设置栅格较密拦污栅，预防小树枝、小石块、杂草等冲入压力钢管，堵塞喷嘴，影响机组稳定运行。

6.1.2充水前压力钢管内必需经过仔细清扫，清除焊渣等一切杂物。

6.1.3油压设备投入运行,检验压力油箱油压是否在正常工作范围内。

6.1.4压力油箱压力信号器整定应按要求进行。

6.1.5整定好阀门开启和关闭时间。

6.1.6整定好调速器各参数及偏流器接力器开启和关闭时间常数。

6.1.7压力钢管、油水管路强度试压和密封试验合格。

6.1.8作喷针和偏流器开启和关闭动作模拟试验，排除管道中空气，调整好它们位置和初步开启、关闭时间。

和调速器同时进行喷针全开时控制腔渗漏试验，在30分钟时间内喷针应保持在全开位置。

6.1.9作事故低油压时，喷嘴保持负荷（机组不解列）模拟动作试验，试验时二次回路调速器同时投入试验。

6.1.10作喷针单独开启（排除异物）模拟动作试验，和调速器同时进行，用调速器开启阀手动控制。

6.1.11作调速器失灵情况下，过速保护动作时，紧急关闭喷针和进水阀模拟动作试验（和二次回路、调速器同时试验）。

6.1.12开启阀门（调速器、喷嘴和偏流器处于关闭状态，上述各项合格后才能开启阀门）。

6.2机组开启

正常运行，从开启球阀到机组投入电网只需中控室一个指令就可自动投入电网运行。

试运行时，通常先采取液压手动操作调速器来开启机组，操作程序详见调速器说明书。

6.3带负荷试验

经调速器空载扰动试验合格后，能够作机组带负荷试验，通常采取水电阻作为负荷，负荷由小到大逐步增加。

6.3.1机组带低负荷运行，转速和轴承温升较稳定时，才能继续逐步增

加负荷，直到100%出力，每增加一次负荷，必需在调速器稳定，机组轴承温度在许可范围，才能再增加新负荷。

6.3.2假如自动带负荷，调速器发生抽动，必需找出抽动原因，并加以消除后才能继续作带负荷试验，不然，将会增加抽动次数和辐度，引发压力钢管内水压急剧上升，这是不许可。

6.4甩负荷试验

6.4.1机组甩负荷试验分四次进行，即全部负荷25%、50%、75%、100%。

6.4.2甩部分负荷后测得速率上升值β和压力上升值ξ不得高于预定值，不然需对喷针和偏流器关闭时间重新进行调整。

机组甩负荷合格，再经72小时试运行合格后，就可正式投入运行。

7操作注意事项

7.1运行人员应先了解机组结构，各部件作用和动作原理，并切记各手把、手轮作用和开关旋转方向。

7.2常常注意保持各运动部位良好润滑，定时添加、过滤和检验润滑油，润滑油要保持清洁。

7.3在开启阀门对喷嘴充水前后，要对机组进行全方面检验，无异常现象时才能开车。

7.4机组运行时要常常注意管道、喷嘴和转动部分，有异常现象时应立即处理，不然应立即停机检验。

7.5定时检验转轮、水斗、喷针及各密封部位情况，发觉有显著磨损、裂纹和严重泄漏等问题则要立即处理，消除隐患和故障。

新机组投运时更应立即停机检验，具体检验周期由电站依据水质、负荷等情况确定。

7.6运行中，假如喷针被异物卡住，无法开启和关闭，此时必需关闭阀门，排除异物，并检验拦污栅是否损坏或栅距太大，加以改善。