水泵水轮机资料

宁蓄电站水泵水轮机

采用单级、单速、混流可逆式水泵水轮机。由瑞士苏尔寿爱雪维斯（SEWZ）设计、制造和配套供应。

一 水泵水轮机主要参数：

转轮直径： 2248 mm 转轮叶片数： 9

最大毛水头： 271 m 最小毛水头： 240 m

极端运行最小毛水头： 236.6 m 额定水头： 240 m

额定流量： 19.6 m3/s 额定转速： 600 r/min

额定出力： 41.5 MW 瞬态飞逸转速： 885 r/min

稳态飞逸转速： 830 r/min 吸出高度： -23 m

水轮机工况最优比转速： 90.3 mkw 水泵工况最优比转速：144.6 mkw

机组俯视旋转方向： 水轮机工况 逆时针方向；水泵工况顺时针方向

最大轴向水推力： 113t（包括所有转动部分的重量）

二 水泵水轮机主要结构特征

1 总体布置形式

1.1 水泵水轮机型式为立轴、单级、混流可逆式水泵水轮机，水轮机轴通过中间轴与发电电动机连接。

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1.2 和常规水轮机类似，本电站水泵水轮机也是由可拆卸部件既转轮、主轴、水导轴承、轴承支座、顶盖、导水叶、导水叶操作机构、接力器、主轴密封装置和预埋部件既蜗壳、座环/底环、尾水管、机坑里衬等组成。其中可拆卸部件可利用厂房内起吊设备及机坑内起吊设备通过水轮机机坑旁侧通道进行拆卸，既能实现“中拆”方式。

下面将介绍上述各组成部件的构造、作用、工作原理、参数、安全监测装置等内容：

2.1 转轮

我厂水泵水轮机是立轴、单级、混流可逆式。它是水能转变为机械能又是将机械能转变为水能的部件。其主要尺寸材料如下：

转轮直径： 2248mm 材料： A743CrCA6NM

叶片数： 9片 水轮机工况转向： 逆时针方向

重量： 5.25吨 上迷宫环间隙: 0.8 mm

下迷宫环间隙: 0.8 mm

转轮采用不锈钢铸焊结构,另外在转轮的上冠和下环设有止漏环,止漏环采用与转轮一同整体铸造的结构,转轮拆装用厂家提供的专用工具。

2.2 主轴

水泵水轮机轴和中间轴的直径均为Ф500mm，用优质锻钢锻制而成。材料为A688CL.D。水轮机轴重量为3.15吨，中间轴重量为3.95吨。

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水泵水轮机轴一端联接转轮，另一端联接中间轴；中间轴两端都带有连接发兰，分别与水轮机轴和发电机轴联接。所有连接面均涂有金刚砂以增加摩擦，所有联接螺栓均经预应力处理并用LOCTITE粘接剂固定以防松脱。

水泵水轮机轴与中间轴的接合面高程为34.98m，中间轴与发电机轴的接合面高程为37.05m。水泵水轮机轴与中间轴配有拆装专用工具，可以从水轮机机坑侧道拆出。

2.3 主轴密封

主轴密封是水轮机结构中重要组成部分，它的作用是通过顶盖在主轴处设置主轴密封，以防止水泵水轮机转动部件与固定部件之间的漏水。主轴密封分工作密封和检修密封。

工作密封的结构形式为径向密封，密封材料采用PAS-PE10高强度塑料。在主轴的相应位置设有可更换的不锈钢衬套，以免主轴磨损。另外，为了便于检查密封圈的磨损程度在主轴密封装置外装设了一个检测装置。

检修密封布置在工作密封以下，以便在不排除转轮室内水的情况下拆卸和更换工作密封，检修密封使用0.7Mpa压缩空气充气。

2.4 水轮机导轴承

水轮机导轴承对机组轴线起限位约束作用。

我厂水轮机导轴承为筒式自润滑形式，轴承带自循环旋转油箱，保证热量消散而不需要额外的冷却水。

油循环的动力是靠油随油箱旋转惯性以及轴瓦进油口的特殊结构提供的。

导轴承体采用优质钢制造，轴瓦采用巴氏合金，导轴承配有测量油温、瓦温的温度计和温度传感器。

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导轴承油箱采用两瓣结构，为焊接件，油箱配有油位指示标和油位过高过低信号装置，以及油混水报警装置；在润滑油自循环系统中还设有示流信号器和电磁阀。

2.5 顶盖

顶盖的作用有如下几点：

a 是形成流道的组成部分之一；

b 是主轴密封以及水轮机导轴承支架的支承架；

c 导水叶控制机构导叶轴承以及导水叶的抗磨板都固定在顶盖上；

d 上固定止漏环也固定在顶盖的下部内侧；

e 顶盖上还设有以下管路：

连至尾水管的水力平衡管；

连至集水井的水泵启动后的顶盖排气管；

上迷宫环的润滑冷却水管；

各种测量装置。

顶盖由钢板焊接整体加工而成。顶盖的主要尺寸如下：

外径：2970mm 内径：1385mm 高：695mm 重：16 T

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顶盖排水采用自流排水，排至集水井；顶盖内设有水位传感器，以监测顶盖中的水位，水位信号为三个即顶盖水位高、水位偏高和水位过高，其中水位过高报警将导致机组QSD。

水力平衡管的作用是减轻水轮机的轴向推力。这是因为迷宫止漏装置虽可以减少漏水量，但由于运动的关系，总有一点间隙存在，故高压水流仍有一部分不经过转轮而由间隙流入转轮背部，使转轮受到轴向推力，如果轴向推力太大，对整个机组的结构和运转都有影响，为了减少轴向推力，故在转轮背部装设负荷减轻装置（既水力平衡管）。

2.6 导水机构

导水机构的主要作用是用来形成水轮机工作时转轮前必要的均匀的环流，改变过流量，调节机组负荷的大小；同时，当机组需要停止运转时，关闭导水机构，封住水流。

导水机构由导水叶、导水叶轴承、导水叶接力器、操作连杆、控制环、拐臂等组成。

活动导叶分布圆直径为2.61m,导叶高0.23m，导叶数量为20个。

导叶由不锈钢铸成，材料为A743CrCA6NM。

在导水机构上每间隔一个导水叶设置剪断销和限位装置。

a 剪断销的作用是当导水叶在关闭过程中，如果有异物卡在导水叶之间时，剪断销破断，确保其它导水叶能顺利关闭而不影响整个导水机构工作。

剪断销所用材料为ALMGSI1。剪断销的剪断截面直径是经过计算和作试验后确定的，其剪断力为 2300 NM。

在装有剪断销的每个导水叶都装有一个位置接点开关专门监视剪断销是否被破断，当发生剪断销破断时，

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则发出报警信号，同时作用于停机继电器，使机组NSD。

b 限位装置的作用是导水叶打开时万一失控而不会开过头。

c 在导叶转臂与连接板之间装有一摩擦装置。它的作用是当剪断销被剪断时，导水叶能在机械阻尼力矩作用下保持不动或缓慢动作，而不致于一下子完全失控。

导水叶的操作连杆长 2095 mm，将接力器与控制环连在一起。

我厂导水机构采用单接力器操作。导水叶接力器为双向滑动活塞型，油压操作。接力器由活塞缸、前后端盖、活塞、活塞杆以及相应的密封锁定装置组成。

接力器的主要参数如下：

接力器行程： 233mm 活塞直径： 460mm

活塞杆直径： 125mm 额定压力： 70bar

试验压力： 105bar 关闭时间： 22s

开启时间： 30s在接力器的上端盖处有一个液压自动机械锁定装置。导水叶在关闭时投入，可使导水叶有预紧力，减少导叶的漏水量。

液压自动机械锁定装置额定工作压力为 60 bar，可实现现地手动操作和远方操作。

当机组负荷发生改变时，调速器控制的接力器动作推动控制环旋转，与控制环联接的连杆一起动作而带动与之相连的拐臂转动，而拐臂是用键和导叶固定在一起的，因此全部导叶也随之转动。

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2.7 机坑里衬

机坑里衬从座环处延伸到发电电动机下机架，用钢板制作，钢板厚度为10mm。机坑内安装一套2x10吨葫芦及起吊框架，轨道及滑车等，以便能“中拆”水泵水轮机的部件。

2.8 蜗壳、座环/底环、泄流环和固定止漏环

蜗壳和座环/底环在工厂组焊,整体运输,蜗壳进口延伸管在现场与蜗壳焊接,泄流环和固定止漏环也在现场安装。

a 蜗壳

常规水轮机的蜗壳是使从高压管道来的水均匀地进入转轮四周(导叶也起部分均匀水流的作用),常规水泵蜗壳除了收集转轮水流外还需要同时完成转换水流动能为压能的任务.作为常规水轮机来说,希望蜗壳截面积越大越好.而常规水泵则希望蜗壳扩散程度必须适当.可逆式水泵水轮机的蜗壳希望能同时满足两种工况的要求,这使两者在设计上有一定的矛盾.但由于水泵水轮机在转轮的外面都装有活动导叶和固定导叶,泵工况经过对这两道叶栅已得到相当程度的扩散,对蜗壳作用的依赖性已大为减少,所以两种工况对蜗壳断面的不同要求容易调和一些,这样从具体尺寸看,水泵水轮机的蜗壳接近常规水轮机的蜗壳而与常规水泵的蜗壳有较大差别。

蜗壳进口直径为Ф1400mm，蜗壳的外形尺寸为5.305x5.798x1.91m，在蜗壳进口延伸管上设有一个直径为Ф600mm的进人门，进人门向外开启。在蜗壳进口延伸管的最底处设有一根DN50的排水管，以便在检修机组时将蜗壳中的少量积水排掉，在排水管上装有阀门。

蜗壳进口延伸管上设有测压孔，以测量蜗壳进口水压；此外，在蜗壳上设有测流断面，以Vinter Kennedy法测量水轮机工况流量。

当蜗壳和座环焊接打磨结束后，要进行打压试验，蜗壳压力先升到29bar维持15分钟，再升至60bar维持30分钟，然后降到34bar再维持30分钟，继续将压至22.5bar并在整个蜗壳混凝土浇筑过程中维持此

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压力以防蜗壳在浇砼时被压扁。

b 座环/底环

座环/底环为整体，在座环上设有20个固定导叶，在底环上设有活动导叶的下部轴承，在活动导叶转动的区域设有不锈钢抗磨板，用不锈钢凹头螺钉固定在底环上。

座环是起支撑作用，它的固定导叶也有起导流作用。

底环也是形成流道的组成部件之一，下固定迷宫环和导叶下抗磨板也分别安装在底环的内圈和外圈。

c 泄流环和固定止漏环

泄流环用螺栓固定在座环/底环上，用以完成从下环到尾水管直锥段的流道过渡，泄流环由材料为A167T.304L的不锈钢制成，设有4个和抽水启动压水供气管联接的进气孔。

在靠近转轮出口侧对应转轮下止漏环位置设有不锈钢固定止漏环，用螺栓固定在座环/底环上，与转轮下止漏环形成迷宫式止漏环，迷宫环设有润滑冷却水进水孔。上、下迷宫止漏环是靠结构部分的水力阻力来达到止漏目的。

2.9 尾水管

尾水管性能好坏直接影响到水泵水轮机的效率，汽蚀特性和运行稳定性。尾水管里衬从尾水管进口起到下游侧离机组中心线水平距离10m外止，采用钢板焊接结构。我厂尾水管里衬可分三部分：第一部分是尾水管直锥段，第二部分是尾水管肘管及水平扩散段，第三部分是尾水管延伸段。

在尾水管直锥段设有测压孔水位信号器接口和圆形进人门，进人门直径为Ф600mm。

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在尾水管肘管及水平扩散段设有技术供水取水管、技术供水排水管、压力钢管检修排水管、尾水管检修排水管、水力平衡管（均压管）等接口和水力测量测孔。

在尾水管延伸段上设有消防取水管接口。

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