1、第十一章水輪機(jī)運(yùn)行與檢修,第十一章 水輪機(jī)運(yùn)行與檢修,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 水輪機(jī)的泥沙磨損與防止 第三節(jié) 水輪機(jī)的振動(dòng)與防治 第四節(jié) 水輪機(jī)主要部件的檢修,第一節(jié) 概述,水輪機(jī)運(yùn)行是水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的一個(gè)重要方面，為使機(jī)組安全、可靠、穩(wěn)定地生產(chǎn)電能，必需對(duì)參加電能生產(chǎn)的所有動(dòng)力設(shè)備進(jìn)行定期的檢查和日常維護(hù)，對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行的操作、檢查和維修是水輪機(jī)運(yùn)行的基本任務(wù)。 若水中含有足夠數(shù)量的懸浮泥沙，堅(jiān)硬的泥沙顆粒撞擊過流表面，使其疲勞破壞，這個(gè)過程叫做水輪機(jī)泥沙磨損。實(shí)踐證明汽蝕和泥沙磨損是造成水輪機(jī)工作異常的主要原因。,第二節(jié) 水輪機(jī)的泥沙磨損與防止,一、泥沙運(yùn)動(dòng)的特征,泥沙被水流挾持通過水輪機(jī)時(shí)

2、，其運(yùn)動(dòng)必然要受到水輪機(jī)空間流道約束。從宏觀現(xiàn)象觀察，泥沙運(yùn)動(dòng)方向大體上與水流方向一致，但是泥沙本身作為剛體，還要受到本身慣性、接觸碰撞，以及動(dòng)量傳遞等多種因素的影響，從微觀角度研究，泥沙運(yùn)動(dòng)則是復(fù)雜的瞬變運(yùn)動(dòng)。 如圖11-1所示，是單顆泥沙瞬間運(yùn)動(dòng)的軌跡。,圖11-1 單顆泥沙瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡,泥沙顆粒: 一方面作跳躍式相對(duì)移動(dòng)， 另一方面又因自轉(zhuǎn)。,二、泥沙磨損的類型,1.繞流磨損,所謂繞流磨損是指在比較平順的繞流過程中，細(xì)沙對(duì)過流表面沖刷、磨削和撞擊所造成的磨損，其特點(diǎn)是整個(gè)表面磨損比較均勻。,見圖11-2,第二節(jié) 水輪機(jī)的泥沙磨損與防止,圖11-2 泥沙繞流情況下碰撞示意圖,2.脫流磨損,

3、脫流磨損是由非流線型脫流引起的。當(dāng)過流表面出現(xiàn)過大的凹凸不平（如鼓包、砂眼等），葉片翼型誤差較大或者偏離設(shè)計(jì)工況過大時(shí)，均會(huì)出現(xiàn)脫流磨損 。,第二節(jié) 水輪機(jī)的泥沙磨損與防止,三、磨損的微觀過程,1.表面狀況,泥沙磨損發(fā)生在過流表面層，弄清該層實(shí)際情況，對(duì)深入揭示磨損規(guī)律是很重要的。如圖11-3所示，是接觸處泥沙彈性碰撞局部放大示意圖。第一層為固體結(jié)晶；第二、第三層為切削加工后所呈現(xiàn)的冷硬細(xì)結(jié)晶層和氧化膜；第四層為表面吸附膜。,第二節(jié) 水輪機(jī)的泥沙磨損與防止,圖11-3 接觸處泥沙彈性碰撞示意圖,2.疲勞磨損,在含沙的高速水流中，連續(xù)的撞擊會(huì)產(chǎn)生一種高頻沖擊波，金屬材料應(yīng)力集中處會(huì)出現(xiàn)微小的疲勞

4、裂紋。每當(dāng)高沖量的沙粒撞擊一次，裂紋就周期性地張開與閉合，并不斷地向縱深擴(kuò)展。金屬材料表面上的這種交變應(yīng)力，形成了金屬的疲勞磨損。,水輪機(jī)過流部件表面在遠(yuǎn)低于空氣中的疲勞極限時(shí)，就發(fā)生了損壞和破壞現(xiàn)象，這種綜合破壞的現(xiàn)象，通常稱為應(yīng)力磨蝕。,第二節(jié) 水輪機(jī)的泥沙磨損與防止,水輪機(jī)過流部件遭到破壞的原因很多，除事故損壞之外，最主要的就是泥沙磨損、汽蝕破壞和化學(xué)腐蝕。,泥沙磨損是一種物理破壞過程，并且是一種漸變的破壞過程。泥沙磨損對(duì)過流部件表面的破壞，其破壞區(qū)連成一片，就是在初期也成片狀的連續(xù)磨痕和斑點(diǎn)。此外，它的破壞深度較化學(xué)腐蝕的破壞層要深；,汽蝕破壞的特征是過流部件表面呈海面狀，金屬好似被一

5、小塊一小塊地啄成深的小孔洞，,第二節(jié) 水輪機(jī)的泥沙磨損與防止,形成蜂窩狀，在破壞初期，這些小孔洞是不連續(xù)的，小洞旁邊的金屬可以是完好的；,化學(xué)腐蝕的特征是過流部件表面的金屬被一層層地剝落，破壞只在表面進(jìn)行，破壞層很薄。,影響水輪機(jī)泥沙磨損的主要因素 ：,水流的含沙特性 過流部件的材質(zhì) 水輪機(jī)的工作條件等,第二節(jié) 水輪機(jī)的泥沙磨損與防止,第三節(jié) 水輪機(jī)的振動(dòng)與防止,機(jī)組振動(dòng)是水電站運(yùn)行中常見異?，F(xiàn)象，引起機(jī)組振動(dòng)的因素大體上可分為水力因素、機(jī)械因素和電磁因素；其中水力因素主要由水輪機(jī)引起，且大多為自激振動(dòng)現(xiàn)象。下面介紹常見的水力振動(dòng)。,一、振動(dòng)頻率,1.水輪機(jī)水力不平衡或機(jī)組旋轉(zhuǎn)部件動(dòng)不平衡引起

6、的振動(dòng)； 2.反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)口處水流脈動(dòng)壓力引起的振動(dòng)；,3.作用在反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片上的水力交變分量引起的壓力脈動(dòng)； 4.由于導(dǎo)葉個(gè)數(shù)和轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)不匹配引起的壓力脈動(dòng)； 5.由卡門渦列引起的振動(dòng)；,當(dāng)水流經(jīng)過非流線型障礙物時(shí)，在后面尾流中，將分離出一系列旋渦，稱為卡門渦列。如圖11-4所示，這種卡門渦列交替地在繞流體后兩側(cè)釋放出來，在繞流體后部產(chǎn)生垂直于流線的交變激振力，引起繞流體周期的振動(dòng)。,第三節(jié) 水輪機(jī)的振動(dòng)與防止,圖11-4 卡門渦列,6.尾水管中渦帶引起的振動(dòng),消除這種振動(dòng)的方法如下： 1）迅速避開上述低負(fù)荷運(yùn)行工況區(qū)； 2）進(jìn)行補(bǔ)氣或補(bǔ)水。,7.尾水管中空腔壓力脈動(dòng) 8.高

7、頻振動(dòng) 9.壓力鋼管水體自然振蕩 10.水輪機(jī)止漏間隙不均勻或狹縫射流引起的振動(dòng) （圖11-6）,第三節(jié) 水輪機(jī)的振動(dòng)與防止,圖11-6 止漏環(huán)間隙變化,二、振動(dòng)分析及測(cè)振,機(jī)組振動(dòng)的原因很多，彼此還可能交織在一起，甚至產(chǎn)生相互加劇的連鎖反應(yīng)；但是，在諸多因素之中，必定有主要的和次要的，只要掌握振源的特點(diǎn)和變化規(guī)律，就可準(zhǔn)確地作出判斷，及時(shí)找到和排除振源。,表111是水力振動(dòng)方面的一個(gè)分析例子，表中引出其振源、振因、振頻，以及負(fù)荷情況。,第三節(jié) 水輪機(jī)的振動(dòng)與防止,表 111 力振動(dòng)方面的振源、振因、振頻，以及負(fù)荷情況,1.經(jīng)驗(yàn)判斷,根據(jù)長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出有關(guān)振動(dòng)的一些規(guī)律。例如水力振動(dòng)是水

8、輪機(jī)過流部件內(nèi)的水力不平衡和水流不穩(wěn)定而引起的振動(dòng)，一般其振幅隨負(fù)荷增加而增大。判斷方法是：關(guān)閉導(dǎo)葉，將機(jī)組作同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，如振動(dòng)立即消失，則表明屬水力振動(dòng)；反之，則可能是機(jī)械和電氣因素。,2.儀器測(cè)振,第三節(jié) 水輪機(jī)的振動(dòng)與防止,用測(cè)振儀作精密定量測(cè)振。測(cè)出振動(dòng)部位的振動(dòng)波形（振幅及頻率），再對(duì)照有關(guān)頻率值，進(jìn)行精密定量分析計(jì)算。,許多水電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，水電發(fā)電機(jī)組振動(dòng)，直接影響機(jī)組甚至水電站廠房的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)影響電廠的經(jīng)濟(jì)效益。尤其是機(jī)組向高比轉(zhuǎn)速、大容量方向發(fā)展，單機(jī)容量增大，機(jī)組結(jié)構(gòu)尺寸增大。為減少金屬用量，機(jī)組剛度相對(duì)地降低，振動(dòng)問題將更加突出。,第三節(jié) 水輪機(jī)的振動(dòng)與防

9、止,第四節(jié) 水輪機(jī)主要部件的檢修,水輪機(jī)中易受泥沙磨損的零部件主要有：,水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪； 轉(zhuǎn)輪上下迷宮環(huán)； 頂蓋； 導(dǎo)葉； 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的底環(huán)等；,一、轉(zhuǎn)輪修復(fù),對(duì)遭受破壞的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，修復(fù)的主要手段是采用抗蝕耐磨材料補(bǔ)焊。,二、導(dǎo)葉修復(fù),當(dāng)導(dǎo)葉樞軸損壞不太嚴(yán)重時(shí)，可以采用補(bǔ)焊修復(fù)，然后在車床上精加工。對(duì)含沙量大的中、高水頭水電站，導(dǎo)葉損壞往往比較嚴(yán)重，甚至在導(dǎo)葉全關(guān)時(shí)也不能切斷水流。此時(shí)通?？刹捎弥苯痈鼡Q導(dǎo)葉進(jìn)行處理。,三、水輪機(jī)頂蓋和底環(huán)的修復(fù),第四節(jié) 水輪機(jī)主要部件的檢修,通常水輪機(jī)頂蓋與底環(huán)裝有抗磨板，由于抗磨板尺寸大而薄，補(bǔ)焊時(shí)極易產(chǎn)生扭曲變形，為避免出現(xiàn)這一情況，常采用螺栓加固后在施焊。如

10、抗磨板因磨損嚴(yán)重?fù)p壞，修復(fù)困難，應(yīng)更換新的抗磨板。,四、導(dǎo)葉樞軸套的修復(fù),導(dǎo)葉樞軸套磨損一般發(fā)生在端面上，可將損壞的端面車掉，重新配制一鋼護(hù)環(huán)補(bǔ)償被車掉的部分，用螺栓擰緊在軸套端面上，表面磨光打平。導(dǎo)葉軸瓦磨損后應(yīng)更換新件。,第四節(jié) 水輪機(jī)主要部件的檢修,五、水輪機(jī)迷宮環(huán)的修復(fù),迷宮環(huán)損壞后很難在修復(fù)，一般采用更換新件的方法處理。在磨損量不大時(shí)，也可采取輪流更換轉(zhuǎn)動(dòng)迷宮環(huán)和固定迷宮環(huán)的方法處理。,六、軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室的修復(fù),軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室遭受泥沙磨損或汽蝕破壞后，一般采用補(bǔ)焊的方法修復(fù)。,七、其它零部件,八、水輪機(jī)運(yùn)行常見故障及處理,第四節(jié) 水輪機(jī)主要部件的檢修,一）機(jī)組過速,1機(jī)組發(fā)生

11、過速時(shí)的現(xiàn)象有 （1）機(jī)組噪音明顯增大； （2）發(fā)電機(jī)的負(fù)荷表指示為零，電壓表指示升高（過電壓保護(hù)可能動(dòng)作）； （3）“水力機(jī)械事故”光字牌亮，過速保護(hù)動(dòng)作，出現(xiàn)事故停機(jī)現(xiàn)象； （4）過速限制器動(dòng)作，水輪機(jī)主閥全開位置紅燈熄滅。若過速保護(hù)采用事故油泵，則事故油泵起動(dòng)泵油，關(guān)閉導(dǎo)水葉。,第四節(jié) 水輪機(jī)主要部件的檢修,2機(jī)組過速時(shí)的處理 （1）通過現(xiàn)象判明機(jī)組已過速時(shí)，應(yīng)監(jiān)視過速保護(hù)裝置能否正常動(dòng)作，若過速保護(hù)拒動(dòng)或動(dòng)作不正常，應(yīng)手動(dòng)緊急停機(jī)，同時(shí)關(guān)閉水輪機(jī)主閥（或快速閘門）； （2）若在緊急停機(jī)過程中，因剪斷銷剪斷或主配壓閥卡住等引起機(jī)組過速，此時(shí)即使轉(zhuǎn)速尚未達(dá)到過速保護(hù)動(dòng)作的整定值，都應(yīng)手動(dòng)操

12、作過速保護(hù)裝置，使導(dǎo)水葉及主閥迅速關(guān)閉。對(duì)于沒有設(shè)置水輪機(jī)主閥的機(jī)組，則應(yīng)盡快關(guān)閉機(jī)組前的進(jìn)水口閘門。,第四節(jié) 水輪機(jī)主要部件的檢修,二）機(jī)組的軸承事故,1.巴氏合金軸承的溫度升高,有許多因素可以導(dǎo)致巴氏合金軸承溫度升高，一般常見的原因及處理辦法如下：,（1）潤(rùn)滑油減少：由于軸承油槽密封不良、排油閥門關(guān)閉不嚴(yán)密，造成大量漏油或甩油；此時(shí)應(yīng)視具體情況，對(duì)密封不良處進(jìn)行處理，并對(duì)軸承補(bǔ)注潤(rùn)滑油。 （2）油變質(zhì)：軸承內(nèi)的潤(rùn)滑油因使用時(shí)間較長(zhǎng)，或油中有水份或其它酸性雜性，使油質(zhì)劣化，影響潤(rùn)滑性能，這時(shí)應(yīng)更換新油。,第四節(jié) 水輪機(jī)主要部件的檢修,（3）冷卻水中斷或冷卻水壓降低：冷卻水管堵塞、閥門的閥瓣損

13、壞、管道內(nèi)進(jìn)入空氣等都會(huì)影響冷卻器的過流量，使冷卻器不能正常發(fā)揮作用，引起軸承油溫升高，這時(shí)應(yīng)立即投入機(jī)組備用冷卻水，或?qū)⒐艿琅艢狻?（4）主軸承擺度增大：當(dāng)主軸擺度增大時(shí)，軸與軸瓦間的磨擦力增加，發(fā)熱量增大，致使?jié)櫥瑮l件變壞，不能形成良好的油膜，這時(shí)應(yīng)設(shè)法減小機(jī)組擺度。,第四節(jié) 水輪機(jī)主要部件的檢修,2水導(dǎo)軸承的潤(rùn)滑水中斷,（1）潤(rùn)滑水中斷的原因與后果：由于水質(zhì)不潔或有雜物，致使取水濾網(wǎng)或過濾器堵塞，造成水壓降低；或自動(dòng)供水閥門因某種原因誤關(guān)；當(dāng)用水泵供水時(shí)，由于機(jī)械或電氣原因造成水泵供水中斷。 當(dāng)潤(rùn)滑水中斷或水量減少時(shí)，會(huì)使軸領(lǐng)與軸瓦間潤(rùn)滑、冷卻條件變壞，甚至發(fā)生干磨擦，導(dǎo)致軸承燒毀，此時(shí)水輪機(jī)失去了徑向支承，造成振動(dòng)和擺度急劇增大，有時(shí)會(huì)發(fā)生竄水現(xiàn)象，從而影響機(jī)組的正常運(yùn)行。,第四節(jié) 水輪機(jī)主要部件的檢修,（2）處理方法：一般采取以下措施 1）當(dāng)潤(rùn)滑水中斷或水壓降低時(shí)，首