1、1亭子口水電站客戶工廠培訓(xùn)VHS，2013-1-152內(nèi)容1.水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.補(bǔ)氣系統(tǒng)3.水力量測(cè)系統(tǒng) 4.水輪機(jī)綜合運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線介紹3水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述：亭子口水電工程座落于四川省廣元市內(nèi)的嘉陵江上。電站總裝機(jī)容量1100 MW，單機(jī)容量275 MW，最大凈水頭85.4 m，額定水頭73 m。亭子口電站在四川電網(wǎng)系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰及事故備用保障功能。電站是典型的壩后式廠房，正常蓄水位458.00米，水輪機(jī)安裝高程366.6米，電站安裝四臺(tái)立式混流式水輪機(jī)水輪機(jī)參數(shù)：型式：HLVS220-LJ-670立軸金屬蝸殼混流式水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪名義直徑670.3cm，轉(zhuǎn)輪編號(hào) F70.0/21

2、。凈水頭 Hr= 73 m額定出力 Pr= 280.6 MW額定流量 Qr=424.6 m3/s額定轉(zhuǎn)速 n=100 rpm最大水頭 Hmax= 85.4 m飛逸轉(zhuǎn)速 nf= 175 rpm最大出力 Pmax=280.6 MW5水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尾水管及里襯：尾 水 管 進(jìn) 口 直 徑 6 . 6 5 m , 出 口20.3mx8.393m。尾水管為彎肘形，真機(jī)尾水管和驗(yàn)收后的模型水輪機(jī)尾水管相似。擴(kuò)散段帶2.55m中墩。尾水管錐管里襯厚度為20mm，材料為：Q235B，總重近19噸，共分3瓣，工地車(chē)間制作。尾水管錐管段設(shè)置1個(gè)700mmX900mm的檢修門(mén)，在進(jìn)人門(mén)下面有一個(gè)排水閥用以檢驗(yàn)尾水錐

3、管內(nèi)是否存水。上錐管段頂端設(shè)計(jì)有100mm長(zhǎng)的工地配割余量。尾水管肘管里襯厚度為20mm，材料為：Q235B，總重近102噸，共分11節(jié)；在尾水管最低點(diǎn)，設(shè)置2個(gè)對(duì)稱布置的排水口。肘管上設(shè)置800mm進(jìn)人孔。尾水管里襯上部，設(shè)有共長(zhǎng)1500mm的不銹鋼段（0Cr18Ni9），與基礎(chǔ)環(huán)焊接。尾水管里襯與基礎(chǔ)環(huán)的連接、座環(huán)與基礎(chǔ)環(huán)的連接采用現(xiàn)場(chǎng)焊接。6水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)座環(huán)和蝸殼：座環(huán)和蝸殼進(jìn)行有限元分析，強(qiáng)度和剛度滿足合同要求。根據(jù)應(yīng)力的高低，上下環(huán)板及頂蓋連接法蘭采用優(yōu)質(zhì)抗撕裂鋼板Q345C-Z35，固定導(dǎo)葉材料為Q345C，過(guò)渡板的材料為S500M。座環(huán)整體重135t。座環(huán)由上、下環(huán)板與固定導(dǎo)葉

4、焊接組成。為滿足運(yùn)輸要求，座環(huán)分為4瓣，在廠內(nèi)進(jìn)行整體預(yù)裝。座環(huán)用地腳螺栓和預(yù)應(yīng)力拉錨固定在混凝土支墩上。蝸殼設(shè)計(jì)壓力為1.2MPa，蝸殼上敷設(shè)彈性層。蝸殼在工地與座環(huán)過(guò)渡板直接掛裝，蝸殼材料為S500M鋼板。在蝸殼上設(shè)一個(gè)直徑800mm的進(jìn)人門(mén)。蝸殼延伸段至Y軸線15.8m，延伸段進(jìn)口內(nèi)徑8.7m，蝸殼各節(jié)和蝸殼進(jìn)口段的凈重約312t。蝸殼進(jìn)口段設(shè)有1個(gè)直徑600mm的排水閥。埋入方式采用內(nèi)支撐式澆筑。7水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)環(huán)：基礎(chǔ)環(huán)由鋼板焊接而成。上段為碳鋼段，中間連接法蘭及下部錐管為不銹鋼段?；A(chǔ)環(huán)整體重量11.5t。考慮到運(yùn)輸，分為2瓣，分瓣面設(shè)分瓣法蘭，銷子定位，工地用螺栓把合，基礎(chǔ)環(huán)

5、組成整體后工地焊。8水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)輪：轉(zhuǎn)輪D1a為6.703m，13個(gè)葉片，最大外徑為6.8482m，高4.346m，轉(zhuǎn)輪重165.5t，為整體轉(zhuǎn)輪。轉(zhuǎn)輪為組焊結(jié)構(gòu)。13張葉片為福伊特巴西工廠采用AOD精煉方法冶煉和鑄造，用五軸數(shù)控機(jī)床加工。轉(zhuǎn)輪經(jīng)過(guò)有限元分析，有足夠的強(qiáng)度和剛度。上冠、下環(huán)為鑄造結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)輪全部采用ASTM A743 CA-6NM低碳優(yōu)質(zhì)不銹鋼材料制造，保證轉(zhuǎn)輪不發(fā)生因空蝕和磨損而造成的過(guò)量金屬失重。轉(zhuǎn)輪與主軸采用螺栓聯(lián)接，轉(zhuǎn)輪與主軸靠銷套傳遞力矩，螺栓不受任何剪力。主軸與發(fā)電機(jī)軸脫開(kāi)后，轉(zhuǎn)輪置于基礎(chǔ)環(huán)法蘭面上。上冠和下環(huán)上直接加工轉(zhuǎn)動(dòng)止漏環(huán)，預(yù)留足夠的厚度尺寸，當(dāng)止漏環(huán)過(guò)度

6、磨損或嚴(yán)重?fù)p壞后，便于采用可更換的熱套止漏環(huán)進(jìn)行修復(fù)。止漏環(huán)具有良好的抗腐蝕、抗磨損和抗空蝕性能。9水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主軸：主軸直徑2.03m, 主軸水機(jī)端法蘭外徑2.35m，主軸發(fā)電機(jī)端法蘭外徑2.95m，滑轉(zhuǎn)子外徑2.49m，主軸長(zhǎng)5.425m，重約56.65t。水輪機(jī)主軸的材料采用20Mn5N。與發(fā)電機(jī)軸連接形式為外法蘭結(jié)構(gòu)，水輪機(jī)主軸上端法蘭與發(fā)電機(jī)下法蘭接合面高程為372.9m。主軸是帶導(dǎo)軸承軸領(lǐng)的中空結(jié)構(gòu), 主軸采用4段鍛造、焊接成整體加工而成。主軸有足夠剛度的結(jié)構(gòu)尺寸和強(qiáng)度，以保證在任何轉(zhuǎn)速包括最大飛逸轉(zhuǎn)速下均能安全運(yùn)轉(zhuǎn)，而無(wú)有害的振動(dòng)或變形。計(jì)算的機(jī)組軸系在最大出力最大水頭下臨界轉(zhuǎn)

7、速393rpm，最大飛逸轉(zhuǎn)速175rpm ，安全系數(shù)為2.2。水輪機(jī)主軸與發(fā)電機(jī)主軸連接的法蘭孔在各自機(jī)加工車(chē)間用同一副模板同鏜。水輪機(jī)主軸與轉(zhuǎn)輪連接采用中法蘭銷套傳遞扭矩結(jié)構(gòu)。10水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)：導(dǎo)水機(jī)構(gòu)由頂蓋、底環(huán)、上、下固定止漏環(huán)、抗磨板、控制環(huán)，導(dǎo)葉及導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)和導(dǎo)葉接力器等組成。頂蓋上的導(dǎo)葉軸承孔將采用數(shù)控加工以保證與底環(huán)上的軸承孔同心。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)在車(chē)間進(jìn)行預(yù)裝預(yù)檢查各零件的設(shè)計(jì)。頂蓋和底環(huán)在工地用螺栓與座環(huán)連接，11水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)頂蓋：頂蓋外徑8.9m，高1.125m，為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，分為2瓣，螺栓把合，重約94t，并將在工廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)裝。頂蓋具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能安全可靠

8、地承受最大水壓力（包括水錘壓力）、側(cè)向推力和所有其它作用在它上面的力，還將能支承導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、導(dǎo)軸承、主軸密封、和其它部件，并且在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)包括最大飛逸轉(zhuǎn)速下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而不產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)和有害的變形。頂蓋上將裝有用于導(dǎo)葉軸的自潤(rùn)滑軸承和密封，均勻設(shè)置導(dǎo)葉軸承孔24個(gè)。頂蓋上的導(dǎo)葉軸承孔將采用數(shù)控加工以保證與底環(huán)上的軸承孔同心。頂蓋上設(shè)有不銹鋼固定止漏環(huán)，焊接在頂蓋上。料為0Cr18Ni9。并設(shè)有止漏環(huán)抗磨板，材料為X3 CrNiMo13 4。頂蓋過(guò)流面上焊有不銹鋼抗磨板，頂蓋上予留有強(qiáng)迫補(bǔ)氣孔和管路。并設(shè)有6個(gè)DN300mm頂蓋泄壓管。12水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)底環(huán)：底環(huán)作為單獨(dú)件，為鑄焊結(jié)構(gòu)，即上、下

9、環(huán)板采用鋼板與鑄造的導(dǎo)葉下軸座裝焊，分為兩瓣。底環(huán)置于座環(huán)上，用螺栓與座環(huán)連接，并能從座環(huán)上拆下。底環(huán)外徑8.465m,高385mm，結(jié)構(gòu)上分為2瓣，螺栓把合，重約21t。在底環(huán)過(guò)流面上焊有不銹鋼抗磨板。予留有強(qiáng)迫補(bǔ)氣孔，用于需要時(shí)強(qiáng)制補(bǔ)氣。底環(huán)裝有用于導(dǎo)葉軸的無(wú)油自潤(rùn)滑軸承，將在底環(huán)上均勻地設(shè)置導(dǎo)葉軸孔24個(gè)。底環(huán)上的導(dǎo)葉軸承孔將采用數(shù)控加工以保證與頂蓋上的軸承孔同心。底環(huán)將設(shè)計(jì)成能安全可靠地支承最大水壓力和所有作用在其上的其它負(fù)荷而不產(chǎn)生有害的變形。13水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制環(huán)：控制環(huán)設(shè)計(jì)成能把接力器的操作力和力矩同時(shí)均勻地分配給所有導(dǎo)葉，并與接力器推拉桿以及所有的導(dǎo)葉連桿和銷相連接?？刂骗h(huán)采

10、用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，分2瓣結(jié)構(gòu)，控制環(huán)最大外徑6.17m，高1.375m，重約20t。分瓣面將設(shè)計(jì)在應(yīng)力最低的部位。有限元分析在正常工況下的控制環(huán)的峰值應(yīng)力只有 39 MPa。控制環(huán)底面內(nèi)圓處裝有徑向抗磨板和軸向抗磨板，抗磨板具有自潤(rùn)滑性能。上環(huán)板設(shè)2個(gè)大耳孔和接力器的推拉桿、下環(huán)板設(shè)24個(gè)小耳孔與導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)中連桿相連接，連接處有自潤(rùn)滑的軸襯。支承控制環(huán)的結(jié)構(gòu)部件將有足夠的強(qiáng)度和剛度，設(shè)置2個(gè)導(dǎo)葉接力器。當(dāng)一個(gè)接力器閉鎖而控制環(huán)受到另一接力器的不平衡推力時(shí)，控制環(huán)的峰值應(yīng)力76MPa，其結(jié)構(gòu)部件非常安全。頂蓋和控制環(huán)之間設(shè)置壓板，以防止導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)因受力不均而引起的控制環(huán)上抬。14水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

11、導(dǎo)葉：導(dǎo)葉將采用ASTM A743 CA6 NM不銹鋼整體鑄造。導(dǎo)葉總高為3.778m，導(dǎo)葉數(shù)為24個(gè)，每件導(dǎo)葉重約3t。每個(gè)導(dǎo)葉將使用3個(gè)自潤(rùn)滑導(dǎo)軸承支承，與活動(dòng)導(dǎo)葉相對(duì)應(yīng)的上、中、下軸承，采用DEVA公司生產(chǎn)的自潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承，一個(gè)在底環(huán)中，另2個(gè)在頂蓋中。導(dǎo)葉軸上部將設(shè)置1個(gè)可調(diào)整的自潤(rùn)滑推力軸承以承受導(dǎo)葉的重量和阻止任何作用在導(dǎo)葉上向上或向下的水推力引起的上下移動(dòng)。導(dǎo)葉最大開(kāi)度為39。每個(gè)導(dǎo)葉有限位裝置，當(dāng)導(dǎo)葉保護(hù)裝置動(dòng)作、導(dǎo)葉處于失控狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)葉不會(huì)碰撞轉(zhuǎn)輪、固定導(dǎo)葉和相鄰的活動(dòng)導(dǎo)葉。15水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)：導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)由導(dǎo)葉臂、連接板、連桿、連桿銷等組成。導(dǎo)葉與導(dǎo)葉臂之間設(shè)置

12、兩個(gè)錐銷和膨脹銷套，用于傳遞導(dǎo)葉操作力矩。在導(dǎo)葉臂與頂蓋之間設(shè)置由自潤(rùn)滑材料制成的推力環(huán)和反向止推環(huán)。在導(dǎo)葉臂與連接板之間設(shè)置摩擦環(huán)，以防止導(dǎo)葉在剪斷銷斷開(kāi)后反復(fù)急速擺動(dòng)。在頂蓋上設(shè)有雙向?qū)~限位塊。每個(gè)導(dǎo)葉將設(shè)置摩擦限位裝置以防止導(dǎo)葉在保護(hù)裝置動(dòng)作后反復(fù)擺動(dòng)。如果在任何一對(duì)導(dǎo) 葉之間有障礙物，該裝置不會(huì)妨礙控制環(huán)向開(kāi)或關(guān)方向運(yùn)動(dòng)。16水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)：連桿為雙夾板帶偏心銷結(jié)構(gòu)，用偏心銷的偏心量來(lái)彌補(bǔ)因加工造成的各連接件間的累積誤差，在連桿與連接板的連接處設(shè)有自潤(rùn)滑軸承。在導(dǎo)葉臂與連接板之間設(shè)置有剪斷銷。每個(gè)導(dǎo)葉均將設(shè)置導(dǎo)葉限位塊。導(dǎo)葉限位塊是在最不利的工作條件下根據(jù)可能施加到導(dǎo)葉限

13、位塊上的最大水力矩和沖擊力而設(shè)計(jì)的。限位塊設(shè)在頂蓋和拐臂之間用以限制導(dǎo)葉運(yùn)動(dòng)角度，在保護(hù)裝置動(dòng)作的情況下防止松動(dòng)的導(dǎo)葉對(duì)相鄰的導(dǎo)葉或部件運(yùn)動(dòng)的干擾。17水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)葉接力器：水輪機(jī)有2個(gè)油壓操作雙向直缸接力器，通過(guò)導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)來(lái)操作導(dǎo)葉。額定工作油壓為6.3MPa，接力器缸徑580mm，活塞桿直徑250mm，行程640mm。接力器設(shè)計(jì)成在關(guān)閉方向有5mm的壓緊行程用以對(duì)關(guān)閉的導(dǎo)葉施加一個(gè)壓緊力?；钊麠U與桿頭采用螺紋連接，采用超級(jí)螺母鎖緊結(jié)構(gòu)。在活塞外圓上裝有活塞密封環(huán)，以防止兩腔串油；在接力器前、后缸蓋上裝有導(dǎo)向用的自潤(rùn)滑軸承和成型橡膠密封圈。接力器設(shè)置可調(diào)的慢關(guān)閉裝置用以減慢從空載位置至

14、全關(guān)閉速度，以減小導(dǎo)葉體互相接觸時(shí)導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)中的沖擊負(fù)荷。在接力器上在導(dǎo)葉全關(guān)位置將設(shè)置自動(dòng)鎖定裝置，以便于水輪機(jī)導(dǎo)葉可靠地鎖定在關(guān)閉壓緊位置上。在導(dǎo)葉全開(kāi)位置將設(shè)置機(jī)械手動(dòng)鎖定裝置，在檢修過(guò)程中，防止導(dǎo)葉異常關(guān)閉。18水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主軸密封：在導(dǎo)軸承下方，主軸通過(guò)頂蓋的部位設(shè)置有動(dòng)平衡水壓式主軸工作密封。水壓式密封旋轉(zhuǎn)部分(即滑環(huán))材料為不銹鋼，固定部分(密封條)材料為HGW2082Mo，可自動(dòng)補(bǔ)償磨損量，允許磨損量12mm，采用位移傳感器動(dòng)態(tài)監(jiān)控磨損量。工作時(shí)依靠密封環(huán)的自重力、密封環(huán)與壓緊環(huán)間的彈簧力、密封腔內(nèi)的清潔水壓力及密封處的水壓力四者的合力，將密封塊與滑環(huán)之間形成較為穩(wěn)定的密封

15、間隙，達(dá)到密封的效果。方便更換主軸密封及停機(jī)檢修時(shí)止水，配備了充氣式檢修密封，氣壓為0.70.8 MPa。19水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水導(dǎo)軸承：水導(dǎo)軸承采用稀油潤(rùn)滑、具有巴氏合金表面的分塊瓦軸承結(jié)構(gòu)。水導(dǎo)軸承由10塊280 x280的瓦塊、軸瓦支承、楔子板、帶油槽的軸承箱、箱蓋和附件組成。水導(dǎo)軸承能支承包括飛逸轉(zhuǎn)速工況的任何工況的徑向負(fù)荷。水導(dǎo)軸承主要特點(diǎn)是：能根據(jù)負(fù)荷和圓周速度自動(dòng)調(diào)節(jié)至最佳位置；水導(dǎo)軸承軸瓦現(xiàn)場(chǎng)不需要研刮。水導(dǎo)軸承的冷卻系統(tǒng)為強(qiáng)迫外循環(huán)冷卻方式，一個(gè)主用和一個(gè)備用的冷卻器；冷卻器設(shè)置在水輪機(jī)機(jī)坑里襯內(nèi)壁坑襯里。在油槽中裝配有油混水裝置、油位信號(hào)計(jì)、空氣過(guò)濾器，油槽中配有兩個(gè)測(cè)油溫的測(cè)

16、溫裝置，每塊瓦上各有1個(gè)測(cè)軸瓦溫度的RTD。水輪機(jī)在各種工況連續(xù)運(yùn)行時(shí)，軸瓦溫度不超過(guò)65，軸承油溫不超過(guò)60。20水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)坑排水：在頂蓋內(nèi)設(shè)置兩臺(tái)潛水泵、其中一臺(tái)工作、一臺(tái)備用、以排除頂蓋內(nèi)的積水。環(huán)形吊車(chē)：在機(jī)坑里設(shè)有雙軌電動(dòng)環(huán)形吊車(chē)，起吊重量為5噸腳踏板：所有部件設(shè)計(jì)成易拆件，地板的設(shè)計(jì)載荷每平方米不小于3kN/m221水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)檢修平臺(tái)：電站配備一套檢修平臺(tái)用來(lái)機(jī)坑內(nèi)檢修轉(zhuǎn)輪，機(jī)組運(yùn)行時(shí)拆走。檢修平臺(tái)的設(shè)計(jì)載荷每平方米不小于3kN/m222補(bǔ)氣系統(tǒng)23水輪機(jī)補(bǔ)氣系統(tǒng)補(bǔ)氣裝置：為保證機(jī)組在部分負(fù)荷工況下的穩(wěn)定運(yùn)行，在發(fā)電機(jī)上端設(shè)置通過(guò)中心孔的補(bǔ)氣裝置。補(bǔ)氣管通過(guò)軸系內(nèi)孔延伸至

17、轉(zhuǎn)輪上冠，補(bǔ)氣管通徑DN450mm?？紤]結(jié)構(gòu)的限制，在發(fā)電機(jī)上機(jī)架內(nèi)采用1根DN450補(bǔ)氣管。補(bǔ)氣裝置采用自動(dòng)補(bǔ)氣閥結(jié)構(gòu)。同時(shí)還在 發(fā) 電 機(jī) 上 機(jī) 架 上 設(shè) 置 了 一 根 通 徑DN250mm補(bǔ)氣閥排水管，將滲漏水通過(guò)排水管排至排水總管。24水輪機(jī)量測(cè)系統(tǒng)25水輪機(jī)量測(cè)系統(tǒng)序號(hào)功能儀器數(shù)量?jī)x器裝設(shè)位置1蝸殼進(jìn)口壓力監(jiān)測(cè)壓力傳感器1蝸殼進(jìn)口2蝸殼末端壓力監(jiān)測(cè)壓力傳感器1蝸殼末端3頂蓋壓力監(jiān)測(cè)壓力傳感器1頂蓋4基礎(chǔ)環(huán)壓力監(jiān)測(cè)壓力傳感器1基礎(chǔ)環(huán)5尾水管進(jìn)口壓力監(jiān)測(cè)壓力傳感器1尾水管進(jìn)口6尾水管出口壓力監(jiān)測(cè)壓力傳感器1尾水管出口7蝸殼流量測(cè)量壓力傳感器1蝸殼26水輪機(jī)量測(cè)系統(tǒng)在尾水管層測(cè)量盤(pán)柜附近預(yù)留以下壓力脈動(dòng)測(cè)點(diǎn)：序號(hào) 功能儀器數(shù)量?jī)x器裝設(shè)位置1蝸殼進(jìn)口壓力脈動(dòng)監(jiān)測(cè)非VHS供貨1蝸殼進(jìn)口2頂蓋無(wú)葉區(qū)壓力脈動(dòng)監(jiān)測(cè)非VHS供貨1頂蓋3錐管壓力脈動(dòng)監(jiān)測(cè)非VHS供貨