电工术语 水轮机、蓄能泵和水泵水轮机[定稿]

第一篇：电工术语 水轮机、蓄能泵和水泵水轮机[定稿]

电工术语 水轮机、蓄能泵和水泵水轮机(一)电工术语 水轮机、蓄能泵和水泵水轮机

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主题内容与适用范围

一般术语类型结构部件 5 性能参数渗道参数试验方面

汉语索引

英文索引

附录A 水轮机零部件名词术语与图样对照（参考件）

本标准参照采用国际标准IEC4（秘）104A《水轮机、蓄能泵和水泵水轮机的名词术语导则》（1993年版），以及IEC41《确定水轮机、蓄能泵和水泵水轮机水力性能的现场验收试验》（1991年版）、IEC193《水轮机模型验收试验国际规程》（1965年版）、IEC609《水轮机、蓄能泵和水泵水轮机空蚀评定》（1978年版）。主题内容与适用范围

本标准规定了水轮机、蓄能泵和水泵水轮机（以下总称水力机械，简称水机）的专用术语。

本标准适用于制订标准，编写和翻译手册、教材、书刊以及图纸设计等用途。2 一般术语

2.1 水力机械 hydraulic machinery 实现水流机械能和固体机械能之间互相转换的机械。2.2 水轮机 hydraulic turbine

把水流能量转换成旋转机械能的水力机械。2.3 蓄能泵 storage pump

抽水蓄能电站中将水从下游提升至上游的水泵。2.4 水泵水轮机 reversible turbine，pump-turbine

既可作水轮机运行又可作蓄能泵运行的水力机械，亦称可逆式水轮机。2.5 旋转方向 direction of rotation

从发电机轴端看到的转轮［叶轮］的旋转方向。贯流式水轮机则从上游向下游方向看水泵水轮机的旋转方向取水轮机工况的旋转方向。2.6 机组 unit

用于发电或抽水蓄能的水力机械和电机的组合装置。2.7 水轮机进口测量断面 inlet measuring section of turbine

测量水轮机进口水流能量的断面［图1（a）、图1（b）、图1（c）、1断面］。2.8 水轮机出口测量断面 outlet measuring section of turbine

测量水轮机出口水流能量的断面［图1（a）、图1（b）、图1（c）、2断面、图1（d）、3断面］。2.9 蓄能泵进口测量断面 inlet measuring section of storage pump

靠近吸水管或蓄能泵壳进口处的商定断面［图1（e）、图1（f）、2断面］。2.10 蓄能泵出口测量断面 outlet measuring section of storage pump

对于开敞式排流渠道，为靠近蓄能泵出口处的商定断面［图1（g）、1断面］；对于封闭管道，为排水阀上游靠近蓄能泵压水室处的商定断面［图1（e）、图1（f）、1断面］。2.11 高压测量断面 high pressure measuring section

水轮机进口测量断面与蓄能泵出口测量断面（图2）。

图1（a）后击式水轮机，混凝土蜗壳，肘形尾水管

图1（b）反击式水轮机圆断面金属蜗壳

图1（c）卧式分击式水轮机

A 单喷嘴

B 双喷嘴

Q=QI+QII

图1（d）水斗式水轮机

图1（e）离心泵——卧轴

图1（f）离心泵—立轴

图1（g）轴流泵 灯泡式机组

图2

2.12 低压测量断面 low pressure measuring section

水轮机出口测量断面与蓄能泵进口测量断面（图2）。2.13 立式、卧式和倾斜式机组 vertical，horizontal and inclined unit

主轴呈铅直、水平和倾斜布置的机组。

2.14 可调式水力机械 regulated hydraulic machinery

用导叶、转轮［叶轮］叶片或喷嘴来调节流量的水力机械。2.15 不可调式水力机械 non-regulated hydraulic machinery

不能进行流量调节的水力机械。2.16 主阀 main valve

装设在压力管道和蜗壳（压水室）之间能切断水流的阀门。3 类型 3.1 水轮机

3.1.1 反击式水轮机 reaction turbine

转轮利用水流的压力能和动能作功的水轮机。3.1.2 混流式水轮机 Francis turbine，mixed-flow turbine

轴面水流径向流入、轴向流出转轮的反击式水轮机，又称法兰西斯式水轮机。3.1.3 轴流式水轮机 axial turbine

轴面水流轴向进、出转轮的反击式水轮机。

3.1.4 轴流转桨式水轮机 Kaplan turbine，axial-flow adjustable blad propeller turbine

转轮叶片可与导叶协联调节的轴流式水轮机，又称卡普兰式水轮机。3.1.5 轴流调桨式水轮机 Thoma turbine

仅转轮叶片可调节的轴流式水轮机，又称托马式水轮机。3.1.6 轴流定桨式水轮机 Propeller turbine

转轮叶片不可调的（或停机可调的）轴流式水轮机。3.1.7 贯流式水轮机 tubular turbine，through flow turbine

过流通道呈直线（或S形）布置的轴流式水轮机。3.1.8 灯泡式水轮机 bulb turbine

发电机置于流道中灯泡体内的贯流式水轮机（图3）。

图3 3.1.9 竖井贯流式水轮机 pit turbine 发电机置于流道竖井中的贯流式水轮机。

3.1.10 全贯流式水轮机 straight flow turbine，rim-generator unit

发电机转子直接装在转轮叶片外缘上的贯流式水轮机（图4）。

图4

3.1.11 轴伸贯流式水轮机（S形水轮机）tubular turbine（S－type turbine）

具有S形流道，其主轴自流道伸出与发电机连接的贯流式水轮机（图5）。

图5

3.1.12 斜流式水轮机 diagonal turbine

轴面水流以倾斜于主轴的方向进、出转轮的反击式水轮机。3.1.13 斜流转桨式水轮机 Deriaz turbine

转轮叶片可与导叶协联调节的斜流式水轮机。3.1.14 斜流定桨式水轮机 fixed blade of Deriaz turbine

转轮叶片不可调的（或停机可调的）斜流式水轮机。3.1.15 冲击式水轮机 impuls turbine，action turbine

转轮只利用水流动能作功的水轮机。

3.1.16 水斗式水轮机 Pelton turbine，scoop turbine

转轮叶片呈斗形，且射流中心线与转轮节圆相切的冲击式水轮机（图6），又称贝尔顿水轮机，或称切击式水轮机。

图6

3.1.17 斜击式水轮机 inclined jet turbine

转轮叶片呈碗形，且射流中心线与转轮转动平面呈斜射角度的冲击式水轮机（图7）。

图7

3.1.18 双击式水轮机 cross-flow turbine

转轮叶片呈圆柱形布置，水流穿过转轮两次作用到转轮叶片上的冲击式水轮机（图8）。

图8

3.2 蓄能泵

3.2.1 混流式（离心式）蓄能泵 centrifugal storage pump，mixed-flow storage pump

轴面水流轴向流进、径向流出叶轮的蓄能泵（图9）。

图9

3.2.2 轴流式蓄能泵 propeller storage pump，axial storage pump

轴面水流轴向进、出叶轮的蓄能泵（图10）。

图10

3.2.3 斜流式蓄能泵 diagonal storage pump

轴面水流以倾斜于主轴的方向进、出叶轮的蓄能泵（图11）。

图11

3.2.4 多级式蓄能泵 multi-stage storage pump

水流依次流过装在一根轴上的多个叶轮的蓄能泵。3.3 水泵水轮机（又称可逆式水轮机）3.3.1 单级水泵水轮机 singal stage pump-turbine

水流只流过一个转轮的水泵水轮机。3.3.2 多级水泵水轮机 multi-stage pump-turbine

水流依次流过装在一根轴上的多个转轮的水泵水轮机。3.4 主阀与阀门

3.4.1 蝴蝶阀 butterfly valve 3.4.1 蝴蝶阀 butterfly valve

活门呈凸透镜状或扁平状的主阀[图12（a）]。

3.4.2平板蝶阀 biplane butterfly valve，through flow butterfly valve

活门由双平板及隔栅组成，开启时平板间可以通过水流的主阀[图12（b）]。

图12

3.4.3 圆筒阀 cylindrical valve，ring gate

活门呈圆筒形，位于水轮机固定导叶和活动导叶之间，可沿水轮机轴线方向上下移动的主阀［图12（c）］。3.4.4 球阀 rotary valve，spherical valve

阀体呈球状，全开时活门与压力钢管形成一个直通流道的主阀［图12（d）］。3.4.5 盘形阀 mushroom valve，hollow-cone valve，howell-Bunger valve

活门呈盘形，一般用作排水的阀门［图12（e）］。3.4.6 针形阀 needle valve

活门呈锥状的进水阀门或卸载阀门［图12（f）］。3.4.7 旁通阀 by-pass valve

在开启主阀前，用来平衡主阀前后水压的阀门。3.4.8 直空破坏阀 vacuum break valve 当导叶紧急关闭时，为减小水锤引起的真空，能自动打开补入空气的阀门。4 结构部件 4.1 混流式水轮机

4.1.1 埋入部件 embedded component

埋入混凝土中不可拆卸的部件。4.1.2 引水室（turbine）flume

将水引入导水机构的通流部件，又称吸入管。4.1.3 蜗壳 spiral case

蜗状的有压引水室。4.1.4 座环 stay ring

由上、下环和固定导叶组成的基础构件，用以传递水推力和蜗壳上部混凝土及机组重量。4.1.5 固定导叶 stay vane

连接座环上、下环的支柱，引导蜗壳水流均匀流向导叶。4.1.6 蜗壳鼻端 spiral case nose

位于蜗壳终端具有特殊形状的固定导叶。4.1.7 基础环 foundation ring，discharge ring

连接底环和尾水管锥管，并在安装、大修中用于承放转轮的基础部件。4.1.8 尾水管 draft tube

位于转轮后的出水管段，借以利用转轮出口水流的位能和部分动能，又称吸出管。4.1.9 锥形尾水管 conical draft tube

流道呈直锥形的尾水管。4.1.10 肘形尾水管 elbow draft tube

流道呈肘形，并由锥管、肘管和扩散段组成的尾水管。4.1.11 尾水管锥管 draft tube cone 与基础环相接的直锥管段。4.1.12 尾水管肘管 draft tube elbow

锥管和扩散段之间的肘形弯管。4.1.13 尾水管扩散段 draft tube outlet part

肘管后的扩散形流道。4.1.14 尾水管支墩 draft tube pier

扩散段内的流线型承重支墩。4.1.15 尾水管里衬 draft tube liner

尾水管混凝土表面的钢板护面。4.1.16 机坑里衬 pit liner

水轮机机坑混凝土表面的护面。4.1.17 导水机构 distributor

引导水流和调节进入转轮流量的机构（包括顶盖、底环、导叶及其操作机构等）。4.1.18 顶盖 headcover，top cover

支持导叶上部轴颈及有关部件并构成过流表面的环状件。4.1.19 底环 bottom ring，bottom cover

支持导叶下轴颈并构成过流表面的环状件。4.1.20 导叶 guide vane，wicket gate

引导水流和调节水轮机（蓄能泵）流量的流线形零件。4.1.21 控制环 regulating ring，operating ring

把接力器的操作力传递给连杆，使全部导叶同步动作的环形件。4.1.22 导叶臂 guide vane lever，wicket gate lever

安装在导叶上轴端用以转动导叶的零件。4.1.23 分半键 split key 连接导叶和导叶臂，并传递扭矩的分半的圆柱销。4.1.24 导叶连杆 guide vanelink，wicket gate link

连接控制环和导叶臂的传动杆件。

4.1.25 导叶过载保护装置 guide vane overload protection device

导叶运动受阻时的保护装置。4.1.26 剪断销 shear pin

导叶运动受阻时剪断，并可更换的零件。4.1.27 摩擦装置 friction device

当剪断销剪断时，通过摩擦力使相邻导叶和连杆避免发生撞击的装置。4.1.28 导叶轴承 guide vane bearing

支承导叶的滑动轴承。

4.1.29 导叶止推轴承 guide vane thrust bearing

承受导叶重量和轴向水压力的轴承。4.1.30 导叶轴密封 guide vane stem seal

防止导叶轴承间隙漏水的密封。4.1.31 导叶端面密封 guide vane end seal

当导叶全关时，防止导叶体端面与顶盖、底环之间漏水的密封。4.1.32 导叶立面密封 guide vane seal

当导叶全关时，防止相邻导叶头尾叠合处漏水的密封。4.1.33 抗磨板 facing plates，wear plates

顶盖和底环过流面上的抗磨损护面板。4.1.34 导叶限位块 guide vane stop block

当导叶失控时限制导叶转动范围的零件。4.1.35 导叶接力器 guide vane servomotor 供给导叶操作力的液压装置。

4.1.36 单导叶接力器 individual guide vane servomotor

供给单个导叶操作力的单个液压装置。4.1.37 推拉杆 push and pull rod，connecting rod

连接导叶接力器和控制环的传动杆。4.1.38 调速轴 regulating shaft

传递导叶接力器与控制环之间的操作力的转动轴。4.1.39 均压管 balance pipe

将转轮上冠与顶盖间的空腔和尾水管连通以减小水推力的连通管。4.1.40 转动部件 rotating component

运行时旋转的部件及其轴承和密封。4.1.41 转轮 runner

水轮机中将水流能量转换为旋转机械能的部件（水泵称叶轮）。4.1.42 叶片 blade

转轮实现能量转换的主要构件，其过流表面呈空间曲面形状（水泵称轮叶）。4.1.43 上冠 crown

固定混流式水轮机叶片上端并与主轴连接的构件。4.1.44 下环 band

固定混流式水轮机叶片下端的构件。4.1.45 泄水锥 runner cone

连接在混流式转轮上冠或轴流式转轮体下端，用以引导转轮出口水流的锥形构件。4.1.46 转轮密封装置 runner seal

转轮与相应固定部件之间的非接触式密封，用以减小漏水量。4.1.47 转轮止漏环 runner wearing ring 在转轮上冠、下环上组成转轮密封的构件。4.1.48 固定止漏环 stationary wearing ring

与转轮止漏环相对应的固定密封构件。4.1.49 转轮减压板 decompression plate

转轮上冠与顶盖之间，用以减小水推力的环板。4.1.50 主轴 main shaft

与转轮连接，传递扭矩的轴。4.1.51 导轴承 guide bearing

保持主轴中心位置，并承受径向力的轴承。4.1.52 轴领 guide bearing collar

固定在轴上，在导轴承内旋转的筒形构件。4.1.53 轴瓦 guide bearing shoe

用耐摩擦材料制成的导轴承构件。4.1.54 轴承体 guide bearing housing

支持轴瓦的导轴承构件。4.1.55 主轴密封装置 main shaft seal

用以减少主轴与固定部件之间漏水的装置。4.1.56 检修密封 stand still seal

检修主轴密封时阻止主轴与固定部件之间漏水的可膨胀式密封。4.1.57 联轴螺栓 coupling bolt

联接水轮机主轴和转轮及发电机轴的螺栓。4.2 轴流式水轮机和斜流式水轮机。4.2.1 转轮室 runner chamber

环绕轴流式和斜流式转轮叶片外缘，并连接底环和尾水管的壳体。4.2.2 内顶盖（支持盖）inner head cover，inner top cover

为吊出转轮，立式轴流式水轮机顶盖可分成内外两部分，其中内圈称为内顶盖。4.2.3 转轮体 runner hub

用以支承叶片并与主轴连接的转轮的中心回转体。4.2.4 转叶机构 mechanism of runner blade

装在转轮体内腔，操作叶片转动的连杆机构（包括转轮体、叶片及其操作机构等）。4.2.5 叶片枢轴 runner blade trunnion

与叶片相连接，把转叶机构的转动力矩传递给叶片的短轴。4.2.6 转臂 rocker arm

安装在叶片枢轴上使叶片转动的构件。4.2.7 连杆 link

连接转臂和操作架的杆件。4.2.8 操作架 crosshead

将接力器操作力同步传递给叶片连杆的构件。4.2.9 转轮叶片接力器 runner blade servomotor

供给转轮叶片操作力的液压部件。4.2.10 协联装置 combination device

调速器中用来保证转轮［叶轮］叶片与导叶或折向器与喷针之间协联关系的装置。4.2.11 受油器 oil head

装在转桨式水轮机上，承接来自转轮主配压阀的压力油，使转轮接力器动作的装置。4.3 贯流式水轮机

4.3.1 外导水环 outer guide ring

支持导叶轴和控制环的锥形外环，是流道外壁的一部分。4.3.2 内导水环 inner guide ring 支持导叶轴的内环，是流道内壁的一部分。4.3.3 灯泡体 bulb

位于流道中装设发电机的流线形壳体。4.3.4 灯泡体支柱 bulb support

支承灯泡体的流线形支柱。4.4 冲击式水轮机 4.4.1 水斗 bucket

过流表面呈双瓢形，是转轮实现能量转换的构件。4.4.2 叉管 branch pipe

向两个喷嘴均匀供水的分支管。4.4.3 分流管 manifold

立式冲击式水轮机中，向多个喷嘴支管均匀供水的环形管。4.4.4 喷嘴支管 bifurcation

位于喷嘴前向喷嘴供水的短管。4.4.5 机壳 housing

防止转轮水流飞溅并支承喷嘴的外壳。4.4.6 喷嘴 nozzle

形成高速射流喷射到水斗上的收缩管嘴。4.4.7 喷针 needle

装于喷嘴内腔头部呈针状的可移动部件，用以调节射流的流量。4.4.8 折向器 jet deflector

装于喷嘴前，当停机和甩负荷时，迅速偏转全部或部分射流，使之不射在水斗上的装置，又称偏流器或分流器。4.4.9 制动喷嘴 brake nozzle 为缩短停机过程，向水斗背面射流以制动转轮的附加喷嘴。4.4.10 喷针接力器 needle servomotor

供给喷针操作力的液压部件。4.5 蓄能泵

4.5.1 吸水管 suction tube

引导水流进入叶轮的管道。4.5.2 叶轮 impeller

把机械能转换成水流能量的旋转部件（水轮机称转轮）。4.5.3 轮叶 impeller blade，impeller vane

叶轮实现能量转换的主要构件（水轮机称叶片）。4.5.4 叶轮后盖 impeller back shroud

固定轮叶后端并和主轴连接的构件。4.5.5 叶轮前盖 impeller front shroud

固定轮叶前端的构件。4.5.6 蜗室 spiral housing

汇集叶轮出口水流的蜗形构件。4.5.7 扩散管 diffuser

降低水流速度，使之转换成压力能的管段。4.6 水泵水轮机*

* 水泵水轮机的术语一般和水轮机通用，在作水泵工况运行时可采用蓄能泵术语。5 性能参数

5.1 比能

5.1.1 比能 specific energy

单位质量流体所具有的机械能，是位置比能、压力比能和速度比能的总和。

E=Ez+Ep+Ev（1）

式中 E——比能，J/kg；

Ez——位置比能，J/kg；

Ep——压力比能，J/kg；

Ev——速度比能，J/kg。5.1.2 位置比能 potential energy

单位质量流体相对于基准面所具有的重力势能。式中 g——重力加速度，m/s2；

z——相对于基准面的高度，m。5.1.3 压力比能 pressure energy

单位质量流体所具有的压力能。

式中 ρ——流体密度，kg/m3； p——流体压力，Pa。5.1.4 速度比能 velocity energy 单位质量流体所具有的动能。

式中 v——平均流速，m/s。5.2 水头

5.2.1 位置水头 potential head

相应于位置比能的水头。

Ez=gz

Ev=v2/2 Hz=Ez/g=Z（2）

（3）

（4）

（5）

量的符号：Hz

单位：m

5.2.2 压力水头 pressure head

相应于压力比能的水头。

量的符号：Hp

单位：m

5.2.3 速度水头 velocity head

相应于速度比能的水头。

Hv=Ev/g=v2/2g

量的符号：Hv

单位：m 5.2.4 总水头 head

总水头是位置水头、压力水头和速度水头之和。

Hp=Eq/g=p/ρg

6）7）（

（

第二篇：水泵水轮机结构介绍(精)

广州蓄能水电厂水泵水轮机结构介绍 肖苏平一.简介

广州蓄能水电厂分二期建设,一、二期工程分别安装4×300MW可逆式水泵水轮机,单机容量(发电工况300MW,总装机容量2400 MW。一期(称A厂工程于1994年全部建成。二期(称B厂工程于1999年全部建成。

一、二期工程于2000年3月全部投产。8×300MW 机组投产后,已成为当今世界最大的抽水蓄能电厂。

可逆式水泵水轮机在抽水、发电起动,停机操作灵活方便,在电网峰荷时放水发电,在低谷负荷时利用系统多余的电能抽水,在电网中起到了填谷调峰的积极作用,使系统中的所有各种电站的负荷趋于均匀,提高了整个电力系统的经济运行。

本电站两期工程共装设八台可逆式水泵水轮机。每台机组设备包括:水泵水轮机、调速系统、进水球阀、尾水事故闸门以及相应的操作控制系统,各种连接管路、阀门、管件、表计、自动化元件、控制电缆、备品、专用工具、实验设备等。A厂水泵水轮机由法国Neyrpic 公司承制、供货,B厂由德国Voith承制、供货。

电站工程主要特征数据如下: 上库水位:正常蓄水位 816.8 m 最低蓄水位 797.0 m 下库水位:正常蓄水位 287.4 m 最低蓄水位 275.0 m 电站毛水头:最大水头 541.8 m 额定水头 522.0 m

最小水头 509.6 m 二.水泵水轮机基本参数

水泵水轮机为竖轴单级、可逆、法兰西斯式,具有可调导水机构,与电动发电机轴直接连接。A、B厂水泵水轮机主要参数如下: A厂 B厂

额定转速:水轮机工况 500 r/min 500 r/min 水泵工况 500 r/min 500 r/min 旋转方向(俯视:水轮机工况为顺时针

水泵工况为反时针转轮直径:进口直径 3886mm 3802 mm 出口直径 2312mm 2090 mm 额定出力:水轮机工况 306 MW 308 MW 水泵工况 330 MW 330 MW 水轮机最大出力: 306 MW 352 MW 水轮机额定流量: 62.88m/s 65.95m/s 水轮机最大流量: 68.7m/s 72.92m/s 水泵最大流量: 60.03m/s 57.3m/s 水泵最小流量: 53.73m/s 50.6m/s 水泵水轮机总重: 450 t 转动惯量GD2: 3600t.m2 轴向最大水推力:正常运行时,水轮机工况 1500 kN 水泵工况 1500 kN

过渡工况时,最大向上 3600 kN 最大向下 4800 kN 蜗壳进水方向:与厂房纵向中心线成65º角最大飞逸转速:稳态 700 r/min 690 r/min 瞬态 725 r/min 725 r/min 安装高程: 205m 205 m 最小淹没深度:-70 m-70 m 三.水泵水轮机结构

水泵水轮机为单级、立轴、混流可逆式,电动发电机为悬吊式,主轴有三个径向导轴承荷一个推力轴承。水导轴承布臵在主轴密封德上方,下导轴承布臵在电动发电机下机架上,上导轴承布臵在推力轴承上方,推力轴承布臵在电动发电机上机架上。

水泵水轮机由转轮、主轴、导轴承、主轴密封、座环、蜗壳、顶盖、底环、泄流环(基础环、止漏环(迷宫环、抗磨板、导叶及其操作机构、机坑里衬、机坑内环形吊车、尾水管等组成。

水泵水轮机的拆装采用中拆方式。水泵水轮机所有可拆部件包括转轮、主轴(包括中间轴、水导轴承、轴承支座、顶盖、导叶、导叶接力器、导水机构、主轴密封装臵等。

根据设备的结构特点和习惯,我们将水泵水轮机分成三大部分,即:转动部分,固定部分和埋入部分。下面就机组的各个部件的构成和作用分别作简要介绍。

1.转动部分

转动部分及其相关部件主要包括:转轮、主轴、中间轴、主轴密封、水导轴承等。转动部分是机组的核心组成部分,是水能转换成机械能/电能的关键设备。

1.1.转轮

转轮是实现水能转换的主要部件,它将大部分水能转换成转轮的旋转机械能,并通过水轮机主轴传递给发电机主轴及其转子,所以它是水轮机的主体,水轮机转轮的设计和制造水平,是水轮机质量的主要标志。

转轮由上冠、叶片(9片、下环和泄水锥焊接而成,材料16Cr5Ni不锈钢,重量34 t。转轮与上方的顶盖及下方底环和相邻的导叶形成完整的水流通道,作用是将水能/机械能转换成机械能/水能。

可逆式水泵水轮机的转轮要适应两种工况的要求,其特征形状与离心泵更为相似。

高水头转轮的外形十分扁平,其进口直径与出口直径的比率为2:1或更大,转轮进口宽度(导叶高度在直径的10%以下;叶片数少但叶片薄而长,包角很大,能到180°或更高。很多混流可逆式机组都使用6~7个叶片,近年来为向更高水头发展,使用到8~9片。因为可逆式机组的过流量相对较小,水轮机工况进口处叶片角度只有10°~12°,为改善水轮机和水泵工况的稳定性,叶片出口边经常作成有后倾角,而不是在一个垂直面上。

1.2.主轴/中间轴

主轴是水轮机的重要部件之一。其作用是承受水轮机转动部分的重量及轴向水推力所产生的拉力,同时传递转轮产生的扭矩。可概括的说成,水轮机主轴要同时承受拉、扭及径向力的综合作用。

水轮机主轴主要由上、下法兰及轴身三部分组成,上端与中间轴用螺栓联接,下端与转轮上冠法兰用螺栓和销钉套联接,联接螺栓是从定位销中间穿过,此法比较独特,螺栓数量为18个M90×6,螺栓的拉伸值为0.68mm,拉伸方法采用加热棒加热法。结构为整锻中空。材料:CK35N,主轴直径Ф990mm,长度为2700mm,水导轴承处Ф1280mm，重量23t。

中间轴为碳钢整锻,下方与水轮机主轴由18个M130×6螺栓联接,上方与发电机下端轴联接。中间轴重量14.5t。中间轴是为实现水泵水轮机组中拆而特别设计的。

1.3.转轮拆卸方式

蓄能机组的转轮在大修时需取出进行修理,立式机组转轮的拆卸要牵涉很多其他重大部件的拆卸,实际上影响整个水泵水轮机以致电动发电机的总体结构设计。现在大型立式机组转轮的拆卸可以有三种方式:或将尾水锥管和底环以及转轮由下方取出;或取出一段中间轴并拆卸顶盖后,将转轮由机坑取出;或用传统方式,吊出电机转子并拆除顶盖后由上方取出转轮,以上三中拆卸方式分别称为下拆、中拆和上拆方式。我厂一期为下拆,二期为中拆。

1.4.主轴密封及检修密封 1.4.1.主轴密封

主轴密封紧靠水轮机主轴下法兰端面,在水导轴承下方由内顶盖支撑,密封形式为弹簧复位式流体静压平衡径向机械密封。其作用是有效地阻挡水流从主轴与顶盖之间的间隙上溢,防止水

淹,维持轴承和机 组的安全运行。从其结构简图 我们可以说明其工 作原理,旋转抗磨 环⑸直接把合在主 轴⑴下端法兰上端 面与静止密封环⑷ 相对,密封环在弹

簧和尾水水压的作用下紧压着抗磨环,使其起到密封的作用,当机组在运行时,密封环内腔给适当压力的过滤后的润滑水(冷却水,在密封环与抗磨环之间建立一层水

膜,其作用相当于流体静压轴承将旋转抗磨环与静止密封环分开,使它们不发生直接摩擦从而

减少磨损量和热量。密封环内腔的冷却水水压应大于尾水压力,并保持在9.5bar,工作

流量应保持在10.5mз/h左右。

主轴密封润滑(冷却水用水,直接取直引水压力钢管经过消能环管减压,减压后经过过滤器和旋流器直接通至密封环内腔。由于在弹簧的作用下密封环压紧抗磨环,所以在机组停机时切断冷却水的情况下,密封环仍然起到密封作用。只有在机组运行时才投入冷却水。

为了监视主轴密封在运行过程的情况,设臵二种安全装臵:一种是温度监视,密封环内环端面互成120°角分别装有一个温度传感器,如果密封环与抗磨环之间间隙太小,或水膜受到破坏,则转动过程中必将造成温度升高,当温度过高必然损坏密封环,温度达45°时跳机;另一种是压力传感器,监视密封环冷却水供水压力,正常情况下冷却水供水压力必须高于尾水压力的0.4bar及以上,才能保证主轴密封的正常工作。此外,为了监视密封快的磨损程度,装设有标尺,可供读数,如果经过长时间的运行,密封快被磨损到一定程度时,则应进行更换。

主轴密封对机组过渡过程中没有特别要求,即密封有较强的抗振性。经过主轴密封内环的少量漏水会自流排至集水井。

1.4.2.检修密封

检修密封位于水轮机轴下法兰轴面,在机组停机检修或主轴密封损坏时,打开检修密封操作三通阀,将压縮空气充入空气围带使其抱紧法兰轴面从而防止水淹水车室。在机组正常运行时或机组尚未完全停止时,不得投入检修密封,所以检修密封的操作设为手动投退。

1.5.水导轴承

水导轴承的作用,一是承受机组在各种工况下运行时通过主轴传过来的径向力,一是维持已调好的轴线位臵。按润滑剂不同,导轴承主要分为水润滑的橡胶瓦导轴承油润滑的乌金瓦导轴承。乌金瓦导轴承又分为稀油自循环分块瓦导轴承和筒式导轴承。

我厂水导轴承为强迫外循环冷却分块式导轴承,位于主轴密封上方。水导轴承由12块轴瓦、支座、静止油箱及强迫外循环冷却系统组成在油箱的盖板上装有空气呼吸器和观察孔,油箱旁装有油位计,整个油箱安装在顶盖上,油箱分成上、下油盆。

有关技术参数为: 轴颈直径:Φ1280mm 线速度: 33.5m/sec 功率损耗: 66kw 水导轴承总间隙: 0.55mm 瓦数量: 12块

轴承润滑的原理如下,在机坑外的油泵将润滑油从下油盆中吸出,经冷却过滤后输送至各轴瓦之间,冷油工作后,从上油盆溢流到下油盆,油泵又将其从下油盆中吸出,如此反复,实现强迫循环。循环管路系统包括油泵、逆止阀、过滤器和冷却器,以及油位、油量、油温和瓦温传感器。

2.固定部分

固定部分的主要部件包括:导水机构、顶盖和底环等。2.1导水机构

导水机构的作用,是使水流进入转轮之前形成旋转并改变水流的入射角度;当机组出力发生变化时,用来调节流量;正常与事故停机时,用来截断水流。

导水机构由顶盖、底环、导叶、导叶轴套、连杆机构和接力器等组成。2.2.导叶和连杆机构

导叶安放在转轮与座环之间上下由顶盖和底环上的轴套固定,通过接力器和连杆机构来操纵导叶的开关,并控制流进流出转轮水流的流量。导叶是主要的通流部件之一,其导叶本体为流线型,导叶由上中下三个轴套固定,轴套为青铜自润滑确保轴套转动灵活,导叶与顶盖和底环的端面总间隙为0.40mm,导叶立面间隙原则上为零,各别允许有0.05mm 的间隙,但长度不超过导叶高度的1/3为合格。

导叶由GX5CrNi134不锈钢整体铸成,共有20个,每个导叶单独配臵一个电液转换器、主配压阀和接力器,反馈装臵采用电器反馈。

导叶拐臂把合在导叶顶端并通过销键来传递来自接力器的操作力矩。导叶拐臂下方装有止推环,止推环承受整个导叶的重量,并确保导叶与底环的端面间隙,在底环上的导叶下轴套的底部开孔,将渗漏压力水用埋设管路排至尾水管,消除由于导叶上浮力大于它的自重而产生的向上移动,以防止导叶的上端面与其相对应的顶盖下部发生磨擦和碰撞。

导叶高度: 371.65mm 导叶总高度: 2409mm 导叶分布圆直径: 4500mm 导叶重量: 1.135t 2.3.导叶接力器

广蓄B厂采用单导叶接力器,每个接力器驱动一个导叶,接力器一端与拉锚环(固定环铰链式连接,另一端则与导叶拐臂连接,接力器可以在一定范围内摆动。接力器主要由缸体、活塞、推拉杆和前后端盖等组成,活塞由螺帽把合在推拉杆上,推拉杆与导叶拐臂连接,接力器由调速器液压系统控制。

单导叶接力器比传统双接力器具有很多优点: 多数水泵水轮机采用和常规水轮机一样的导水机构,用一对直线接力器通过控制环来操作导叶。由于水泵水轮机在运行中增减负荷很急速,水力振动大,泵工况时水流对导叶的冲击也很大,故导叶和调节机构的结构都需要比常规水轮机更坚固些。采用单元式接力器,其优点是:①每个导叶的操作机构减到最小尺寸,动作灵活;②每个接力器只控制一个导叶,导叶可以设计成有自关闭趋势;③导叶和接力器始终相连接,由于接力器的缓冲作用导叶不会晃动或失控,不需设臵剪断或拉断装臵;④顶盖上部空间增大,便于维护修理。

接力器主要技术参数: 活塞直径: 200mm 推拉杆直径: 90mm 接力器最大行程: 280mm 操作油压:64bar 2.4.顶盖/内顶盖

顶盖由76个的螺栓把合在座环上方,框架式焊接结构,覆盖导叶和转轮的上方。其主要作用有: ①形成流道并承受相应的流体压力;②固定和支撑活动导叶及其连杆机构;

③支撑水导轴承;④支撑并组成机组的密封,包括主轴密封、检修密封、上迷宫环等。

顶盖分成内外顶盖两部分,分别用StE355钢板焊接整体制造。外顶盖最大直径5470mm,最小内径为2400mm,高度1407mm。内顶盖外径为2480mm,最小内径为1666mm,高度为420mm,内顶盖用螺栓固定在外顶盖上,内顶盖上设有3个Φ82.5mm的转轮排气

管孔和3个Φ159.3mm的泄压孔,内顶盖主要是支撑主轴密封。顶盖总重量71.5t。

顶盖中布臵有供水、排水、水导供油、排油、释放管等管路: ①水导轴承供油、排油管路各一根DN80 ②上迷宫环冷却水管两根DN50 ③主轴密封冷却供水管一根DN50 ④主轴密封漏水排水管一根DN100 ⑤检修密封供气管一根DN10 ⑥顶盖排水管一根DN50 ⑦转轮排气管三根DN150 ⑧顶盖压力释放管四根DN150 2.5.底环

底环的作用是,与顶盖一起形成过流通道;安装导叶下轴承,将其用螺栓把合在座环的下环上。对底环的重点要求是,导叶的下轴承孔与顶盖导叶套筒同心,刚度应力求合格。

底环由StE355钢板焊接成整体,通过螺栓固定在座环和基础环之间。最大外径为5470mm,最小内径为2154.5mm,高度为1533mm,重量53t。顶盖及底环的过流表面都装有抗磨板,抗磨板采用X10CuNi13V不锈钢材料制造,并分别固定在顶盖和底环上,其位臵与导叶活动范围相对应。

2.6.止漏环(迷宫环

止漏环(固定迷宫环分上、下止漏环,采用GCuAI10Fe铜铝合金制造。分别用螺钉固定在顶盖和底环上,其位臵与转轮上、下止漏环相对应。上止漏环为梳齿式,下止漏环均由7级阶梯梳齿式组成。上止漏环单边间隙为1.20~1.35mm,轴向间隙为10mm,直径Φ2136mm,下止漏环单边间隙为1.4~1.55mm,直径Φ2220mm。

3.埋设部件

埋设部件主要由蜗壳、座环、基础环和尾水管组成,并都是机组的通流部件,通流部件的结构型式以及几何尺寸都经过模型试验决定,其性能的好坏直接影响机组的水力效率、气蚀特性和稳定运行。

3.1.蜗壳

蜗壳在座环与球阀之间,在机组作水轮机运行时,蜗壳在座环圆周方向提供均匀的

流速不变的压力水流进入转轮。在机组作为水泵抽水时,蜗壳收集转轮所泵出的水流并将水流的动能转换成压能输入引水钢管。两种工况下蜗壳的特性存在着一些相互矛盾的因素,要让同一蜗壳实现两种工况的最优化,设计时必须兼顾两方面的技术要求。从结构尺寸看,水泵水机的蜗壳接近常规水泵的蜗壳,但水泵水轮机有活动导叶可以调节水流而保持高效运行,这一点普通水泵是无法做到的。

蜗壳由StE690V钢材卷制,分接与座环在工厂焊成两块,在现场焊成整体,侧面方向设有Φ600mm的人孔门,进口直径为2100mm,进口与末端的厚度分别为44mm和25mm。

浇注混凝土时蜗壳充水压力为4.5Mpa。3.2.座环

座环的作用,是承受整个机组及其上部混凝土的重量以及水泵水轮机的轴向水推力,以最小的水力损失将水流引入导水机构。机组安装时以它为基准,所以,座环既是承重件,又是过流件,又是基准件。因此,在设计和制造时,必须保证它具有足够的强度、刚度和良好的水力性能。

座环通常由上环、下环和支柱(既固定导叶三大部分组成。

座环为平行边型结构,共有20片固定导叶,采用20MnMoNi55钢材分半铸成,外、内直径分别为6170mm、5025mm,高度为388mm,重量为50t。

3.3.基础环

基础环的作用是,在机组安装时放座环,成为座环的基础;在水泵水轮机安装及检修时,用来放臵转轮。基础环有铸造和钢板焊两种结构。上法兰与座环的下环相连,下法兰与尾水管的锥管里衬上口相连。

3.4.尾水管

尾水管位于转轮的下方是主要的通流部件,作用是引导进出转轮的水流。尾水管由锥管段、肘管段和扩散段组成,用Rst37-2钢板焊成,并设有600×900mm的人孔门,尾水管完全埋入混凝土中。

尾水管有如下管路出入:尾水管排水管,蜗壳增压管,顶盖压力释放管,压水进气管,转轮回水排气管,压水水位指示管,机组技术供水泵取水管等。

4.埋设管路

抽水蓄能机组运行工况复杂且各种工况转换频繁,为使机组能安全可靠运行,机组配有较常规机组要多的多管路系统。主要包括:机组排水管路,机组测压管路,压水系

统管路,排气管路,机组冷却润滑系统管路,顶盖蜗壳平压管路。这里不再作详细介绍。

四.水泵水轮机辅助设备

蓄能水电厂的动力设备分为主机和辅助设备两大部分。两者的工作是相辅相成的,辅助设备运行的好坏,直接影响着主机的安全运行。水泵水轮机的辅助设备主要包括:进口球阀、尾水闸门、油系统、压缩空气系统、技术供水系统和排水系统等。

由于球阀、尾水闸门、压缩空气系统、技术供水系统和排水系统有专题授课,在这里就不再重复。下面主要简单介绍电厂用油的分类和作用: 1.用油种类

电厂的机电设备在运行中,由于设备的特性、要求和工作条件不同,需要使用各种性能的油品,大致有润滑油和绝缘油两大类,绝缘油不作介绍。

1.1.润滑油的分类

润滑油分为:透平油、机械油、压缩机油和润滑脂。

①透平油:一般有HU-

22、HU-30、HU-46和HU-57四种,符号后的数值表示油在

50℃时的运动粘度(mm2/s,供机组轴承润滑及液压操作用(包括调速器系统、球 阀系统、尾闸系统、液压操作阀等;

②机械油:一般有HJ-

10、HJ-20、HJ-30等三种,供机床、水泵轴承和起重机等润

滑用;③压缩机油:有HS-13和HS-19等两种,供空气压缩机润滑用;④润滑脂(黄油:供滚动轴承润滑用。1.2.润滑油的作用

润滑油的种类很多,这里主要介绍透平油,其主要作用是润滑、散热以及对设备进行操作控制以传递能量。

①润滑

机组在运行中,轴领与轴瓦或推力瓦与镜板接触的两个金属表面间,因摩擦会使轴承发热损坏,甚至不能运行。为了减少因这种固体摩擦所造成的不良情况,在轴与轴瓦间加了一层油膜。因油有相当大的附着力,能够附在固体表面上,使其由固体的摩擦转变为液体的摩擦,从而提高了设备运行的可靠性,延长了使用寿命,保证了机组的安全运行。

②散热

水泵水轮机结构 油在轴承中，不仅减少了金属间的摩擦，而且还减少了由于摩擦产生的热量。在机 组的轴承油槽中设有油的循环系统，通过油的循环把摩擦产生的热量传给冷却器，再由 冷却器中的水把热量带走，使轴瓦能经常地保持在允许的温度下运行。③ 传递能量 由于油的压缩性极小，操作稳定、可靠，在传递能量过程中压力损失小，所以水电 厂常用它来作为传力的介质。把油加压以后，用来开闭球阀和进行机组的开、停机操作 等。在调速器系统中，油用来控制配压阀、导水机构接力器活塞的位置。另外油还可以 用来操作其它一些辅助设备。1.3．机组润滑油系统 1.3．机组润滑油系统 润滑 我厂的机组的用油主要有：机组导轴承润滑采用 Ɛ SSO32 透平油，液压传动用油 采用 Ɛ SSO68

透平油。水泵水轮机的水导轴承是用透平油来润滑和散热的，由于我厂机组的生产厂家的不 同，水导轴承的结构也有所不同。A 厂的水导轴承采用筒式瓦结构，B 厂的水导轴承采用 分块瓦式结构。以下简单介绍两种轴承的油循环方式： ① A 厂筒式水导轴承 筒式瓦的油循环方式是采用自循环，润滑油的自循环工作原理：当机组运行时，安 装在大轴上的水导轴承旋转油盆与大轴一起旋转，旋转时油盆中油也跟着旋转，由于离 心力的作用，油盆中的油位形成边缘高，中心低的状态，即形成一个抛物面。在压差的 作用下，油经固定不动的轴承体圆周外部的进油孔进入瓦面的下环形油槽，由于大轴的 转动使油沿轴瓦面上的斜向油沟上移，并流经整个瓦面，使大轴与轴瓦之间的润滑良好，同时带走热量，热油流到上环形油槽经排油管流至冷却器，热油经冷却后通过进油管进 入油盆，以上润滑油的路径为一次工作过程。机组运行时润滑油如此往复进行不停的循 环，来满足轴承的运行需要。② B 厂分块瓦水导轴承 分块瓦式的油循环方式是采用强迫循环，强迫循环主要是用油泵来实现。在机组运 行时，通过油泵把轴承油槽内的热油抽出，热油经过冷却器冷却后，再送回油槽，润滑 油不停的循环来满足轴承的运行需要。1.4．润滑油系统的运行及维护 1.4． ① 油位 11 水泵水轮机结构 在轴承油槽上部装有油位标尺（油位计）用来观察和记录油位。，油位计的零位线（正 常油位）就是导轴承轴瓦抗重螺丝的水平中心线。当机组运行时，在大轴旋转的离心力 和油的热膨胀等作用使油位有所升高，属正常现象。一般导轴承的油位变动范围在±10mm。② 油温 油是把轴承摩擦面生产的热量传递给冷却水的媒介质。在冷却条件不变，运行稳定 的情况下，轴承温度应保持稳定。一般要求在 35℃～45℃之间为宜。油温过高，油本身 的氧化作用要加快，易于劣化；油温过低，油的粘度大，润滑和散热作用变差，也不利 于运行。③ 油质 油质的合格与否，应通过化验来决定。但在运行中，也可根据油的颜色进行初步的 分析和判别。如滤网经常出现有堵塞现象时，说明油中的杂质过多；油槽下部放出的油 进行燃烧，如有“啪啪”声，说明油中有水分；如果油呈乳白色或轴承有生锈现象，也 说明油中有水分。合格的透平油呈橙黄色，如发现油色变黑，说明油温过高，有大量碳 化物存在。1.5． 1.5．油劣化的原因及预防措施 油在运输、使用和保管过程中，因种种原因，发生了物理、化

学变化，使之不能保 证设备的安全经济运行，这种变化称为油的劣化。油劣化的原因很多，主要有以下几点： ① 水分的影响 水分混入透平油后，造成油乳化促使油的氧化速度加快，同时也增加了油的酸价和 腐蚀性。油中水分的来源；干燥的油可吸取空气中的水分，当空气在油的表面冷却时，空气中的水分可大量进入油内；冷却器的水管破裂，使水进入油中；被劣化的油有时还 会分解出水分等。为了避免和预防油中混入水分，除了在机组运行中要尽可能使润滑油 与空气隔绝外，运行人员还应该注意监视各导轴承的冷却器水压，并注意油位和油色的 变化。② 温度的影响 当油的温度很高时，会造成油的蒸发、分解、碳化，并使闪光点降低，同时使油氧 化加快。一般油温在 30℃时不氧化，油温在 50℃～60℃时氧化较快，油温在 60℃以上时 每增加 10℃氧化速度就增加一倍，所以透平油油温一般不得超过 45℃。油温升高的原因主要是设备运行不正常所造成的。如机组过负荷，冷却水中断，设 备中的油膜被破坏，均能造成全部油或局部油的温度升高。因此在运行中应注意监视，12 水泵水轮机结构 防止由于不良现象造成的油温升高。③ 空气的影响 空气能使油引起氧化，增加水分和灰质等。当空气增加时，油的氧化速度加快，油 和空气直接接触或空气以气泡的形式和油接触，会造成不同的接触面，接触面愈大则油 和速度愈快。油中产生气泡的原因：运行人员充油速度快，因油的冲击而产生泡沫；油 泵工作时吸油的速度太快，冲击产生泡沫；空气和油在轴承。齿轮中搅动可能引起泡沫 等。油系统中有泡沫。使油和空气中的氧接触面积增大，加快了油的氧化并促使油的劣 化，这不仅影响油的润滑作用，而且也使油的体积增加并从油箱中溢出来，所以在运行 中要设法防止泡沫的发生。④ 混油影响 任意将油混合使用，会使油质较快的劣化。因此必须严格防止不同牌号的油任意混 合，需要混合使用时应进行化验后无影响时再混合。⑤ 天然光线的影响 含有紫外线的光线对油的氧化起媒介作用。新油经日光照射会更加混浊，所以要防 止日光对油的长时间照射。⑥ 轴电流的影响 当轴承绝缘损坏时，轴电流通过油膜能很快地使油颜色变深甚至发黑，并产生油泥 沉淀物，如发生此种现象应及时设法消除。五．水泵水轮机保护装置 水泵水轮机保护装置是当机组在启停和运行过程中发生危及设备和人身安全的故障 时，自动采取保护或联锁措施，防止事故产

生和避免事故扩大，从而保证人和设备的安 全不受损害或将损害降到最低限度。保护装置主要包括：振动保护装置、压力保护装置、温度保护装置和导轴承油位保护装置等。六．其它 1． 水环 水环是抽水蓄能机组中所特有的现象，在水泵启动和调相时，为了减少有功功率的 损耗，转轮要在脱水状态转动，因转轮在空气中转动所消耗的功率约为在水中的十分之 一。在转轮室内的水被高压气体压至转轮以下，形成流道中的局部充气空间，使转轮处 于空气中，机组在水泵启动和调相运行时，来自上下迷宫环的冷却水和蜗壳内的水经导 13 水泵水轮机结构 叶端面间隙漏至转轮室，由于转轮旋转离心力的作用，这些水就会堆积在转轮与活动导 叶之间并形成水环，但是水环会越集越多，厚度会越来越厚，达到一定的厚度时就会与 转轮叶片碰撞，并增加了调相或水泵启动时的有功功率，这就达不到转轮在空气中旋转 的作用。因此，保持转轮室内空气压力与其周围水压的相对平衡是利用水环作用的关键。所以，水环不能没有，但又不能太多，为了消除过多的水环厚度，在顶盖上装有四根压 力释放管并排至尾水。水环的形成有两个作用：一是冷却转轮；二是密封压缩空气。2． 水泵工况启动和调相运行 水泵水轮机作水泵工况启动和调相运行，所设置的装置由压水装置、限制水环装置 和转轮注水排气装置组成，系由 VOITH 配置。2．1．压水装置 水泵水轮机作水泵工况启动和调相运行时，用压缩空气将转轮室内的水压至离转轮 底部约 1.25m，使转轮在空气中旋转以减小机组的启动力矩和功率损耗。每台机组设置有 两个 4m3 储气罐，其气压为 7.4Mpa，作为压水的气源。转轮脱水在空气中旋转的水位控制元件为电导式信号器。维持转轮脱水水位补气由 MFL01AA112 的旁通阀 MFL01AA114 来控制。2．2．限制水环装置 水泵水轮机作水泵工况启动或调相运行时，需要向转轮迷宫环提供冷却水。这冷却 水在转轮旋转的离心力作用下，在导水叶内侧将形成水环，水环过厚将增加水泵水轮机 轴功率。为此，必须把形成水环的水排掉，其办法是在蜗壳设置压力释放管，利用水环 与蜗壳间的压力差，把水环通过导水叶端部的间隙排至蜗壳，再由蜗壳压力释放管排至 尾水管。2．3．转轮注水排气装置 机组作水泵启动完成或调相工况转换时，需要排走转轮室内的压缩空气进行注水。为此装置了自动排气系统，其排气管从内顶盖排气管接出，通过液压控制阀 MFW01AA042 排至集水廊道，为了便于液压控制阀的检修，在内顶盖排气管出口装有 3 个 DN80 的手动 阀门。14