水利水电施工组织设计专项方案模块53水轮机水泵及辅助设备安装.docx
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水利水电施工组织设计专项方案模块53水轮机水泵及辅助设备安装
水轮机、水泵/水轮机及辅助设备安装
第一节概述
水轮机是将水能转换成机械能的水力机械。
水流由上游水库经过压力引水管、进水阀、蜗壳、导水机构引入转轮,然后经尾水管排至下游。
水能经转轮转换成旋转机械能,通过主轴传递到发电机转换为电能。
水泵/水轮机则由系统向发电/电动机供电,带动水泵/水轮机以水泵工况运行,向上库抽水。
1.水轮机的型式及代号
水轮机按其水流作用原理和结构特征,可分为反击式水轮机和冲击式水轮机。
转轮标称直径
D1
(cm)
转轮型号(用比转速表示)
我国反击式水轮机型号由三部分组成,其表示方法如图3-1-1。
第一部分
第二部分
第三部分
引水室特征
金属蜗壳J
砼蜗壳H
灯泡式P
明槽式M
罐式G
竖井式S
虹吸式X
轴伸式Z
水轮机型式及代号
混流式HL
斜流式XL
轴流转桨式ZZ
轴流定桨式ZD
贯流转桨式GZ
贯流定桨式GD
主轴布置形式
立轴L
卧轴W
图3-1-1反击式水轮机型号表示法
我国冲击式水轮机的型号如图3-1-2所示:
一根轴上转轮数量
水轮机型式
转
轮
型
号
主轴布置形式
转轮标称直径
(cm)
每个转轮的喷咀数
设计射流直径
(cm)
图3-1-2冲击式水轮机型号表示法
随着抽水蓄能电站的兴建和发展,出现了可逆式水轮机。
常见的水泵/水轮机有混流式、斜流式和轴流式。
其机型代号的表示法是在同类水轮机型代号前加“N”。
2.水轮机的比转速
比转速ns:
在1m水头下产生1kW功率的水轮机转速(n)。
ns=(m.kW),N—功率,马力。
目前哈尔滨电机厂和东方电机厂推荐混流式水轮机比转速与水头的关系式分别为:
哈尔滨:
ns=(m.kW),—额定水头,m。
东方厂:
ns=(m.kW),—最大水头,m。
现代水轮机的设计比转速范围
轴流式水轮机ns=450~1000
斜流式水轮机ns=250~500
混流式水轮机ns=50~300
水斗式水轮机(单喷咀)ns=10~35
3.水轮机、水泵/水轮机及辅助设备安装工程特点
水轮机、水泵/水轮机及辅助设备安装是水电站机电安装工程中的重要环节,因此,在编制施工组织设计时,合理安排施工进度,制定切实可行的施工方案,加强施工质量管理,将对降低工程造价、如期或提前发挥效益起着重要作用。
其主要施工特点如下:
1.3.1水轮机埋件为隐蔽工程,设备都在复杂水力条件下运行,直接关系电站的安全,因此对施工质量控制及其检查手段要求特别严格。
1.3.2安装工程与土建混凝土及建筑装修施工存在大量交叉、平行作业,内部也存在多
工种、多工序间的交叉、平行、流水作业。
因此,与土建部门协调好施工程序,综合平衡,合理组织各工种、工序间有条不紊地作业是加快进度的有效措施。
1.3.3水轮机大件运输、吊装方案涉及到设计、制造、土建施工及运输通道等诸多因素。
特别是水轮机埋件安装,大多是在厂房桥机尚未形成条件下进行。
因此,详细了解和研究各方面的情况,制定出合理的运输、吊装方案是施工的关键。
1.3.5水轮机的大部分设备需在工地进行组装、加工或焊接,完成最后的制造工序。
因此,应充分了解设计及制造方案,以及制造厂提供的专用工器具,必要时提出协商、修改意见。
1.3.6应对不断出现的新技术、新工艺、新设备、新材料进行深入了解、研究和试验,
并及时对施工人员进行技能培训。
4.中国水轮机发展现状
我国水资源居世界首位,其蕴藏量为6.76亿KW,可开发量为3.78亿KW。
80年代开始,水电建设进入了大发展时期,先后建成了鲁布革、乌江渡、白山、龙羊峡、大化及葛洲坝水电站,水轮机单机容量从150MW到300MW。
90年代,我国水电建设步入了快速发展时期,岩滩、漫湾、广州抽水蓄能一期、隔河岩、水口电站相继投产,并陆续建成了五强溪、天生桥一、二级、李家峡、二滩等大型水电站,水轮机单机容量从200MW、400MW到550MW。
90年代,我国抽水蓄能电站的建设取得了重大突破,潘家口、十三陵、天荒坪、广蓄一期和二期等抽水蓄能电站相继投产。
最大可逆式水轮机的单机容量达300MW。
随着科学技术的进步和引进新的机制,国内已先后研制和合作生产出一批高水头、大容量、高比速、高效率、高稳定性的水轮机组。
水轮机造价逐步降低,质量不断提高,施工工期大大缩短。
我国水轮机的设计制造和安装施工已日益接近世界先进水平。
国外单机容量500~700MW混流式机组已投运近70台,我国四川二滩水电站1999年已投运6台550MW混流式机组,目前正在安装的三峡电站26台700MW水轮机组已于2003年起陆续投入运行,成为当今世界装机容量最大的水电站;目前世界单机容量最大的轴流转浆式水轮机是我国水口电站的7台200MW机组;世界贯流式机组最大单机是日本的只见电站,容量达65.8MW,我国目前在建最大的灯泡贯流式机组达到45MW(湖南洪江);我国最大的冲击式机组为37.5MW(云南以礼河);世界最大可逆式机组为日本的神流川电站,单机容量为457MW,而最高水泵/水轮机的水头和扬程达955m。
我国广蓄一、二期共装机8×300MW,其最大水头/最大扬程为549.8m/541.8m。
“十五”期间,水电建设除大力抓紧三峡工程建设外,计划重点开发黄河上游、长江中上游及其干支流、红水河、澜沧江和乌江流域,开工建设红水河龙滩(6300MW)、澜沧江小湾(4200MW)、清江水布垭(1600MW)、黄河上游公伯陕(1500MW)、沅江三板溪(1000MW)、金沙江溪洛渡(12000MW)和向家坝(6000MW)、大渡河瀑布沟(3300MW)等一批调节性能好、水能指标优越的大型和巨型水电站,因地制宜开发一大批中小型水电站。
为增加电网调峰能力,将同期建设浙江桐柏(1200MW)、江苏宜兴(1000MW)、安徽响水涧(1000MW)和琅琊山(600MW)、山东泰安(1000MW)、辽宁蒲石河(1200MW)、河北张河湾(1000MW)、山西西龙池(1200MW)、北京板桥峪(1200MW)、内蒙呼和浩特(1200MW)、黑龙江荒沟(1200MW)等抽水蓄能电站。
我国水轮机和水泵/水轮机技术的发展也将随着这一大批水电站和抽水花能电站的建设有新的跨越和提高。
第二节水轮机、水泵/水轮机设备及其起重、运输
1.简述
混流式水轮机应用最为普遍,其设备结构简单、运行可靠,适用H=30~700m水头范围(见图3-3-1)。
设备由埋入部分、导水机构和转动部分组成。
埋入部分包括埋设于混凝土中的蜗壳、座环、基础环、机坑里衬和尾水管里衬等部件。
导水机构含底环、顶盖、活动导叶、导叶套筒、拐臂、连杆及控制环等部件,导叶操作机构较多采用一对平行接力器(装在接力器里衬内),通过控制环控制导叶开度,调节流量,以很小的能量损失沿圆周均匀进入转轮。
为了便于布置,有的采用单个导叶接力器或环形接力器。
转动部分由转轮、主轴、轴承装配和密封装配等组成。
为减少容积损失及轴向水推力,转轮上设有止漏环和减压装置。
大型混流式水轮机的座环、顶盖和转轮广泛采用分瓣工地组合焊接结构,其过流面上装有抗磨板。
轴流式水轮机利用的水头较低,轴流转桨式水轮机适用于水头H=30~80m。
轴流式水轮机与混流式水轮机比较,结构上最明显的差别是转轮,其次是导叶高度。
轴流式转轮上叶片数较少(4~8片)。
轴流定桨式转轮结构简单,叶片和转轮通过整铸、机械把合或焊接成整体。
转桨式转轮叶片随负荷变化与导水机构导叶协调联动,叶片的操作机构置于转轮体内,由转轮接力器驱动控制。
接力器的布置形式很多,常见的是装在转轮体叶片上部。
轴流式水轮机的导叶高度较混流式高,操作机构与混流式类似,由于轴流式水轮机过流量较大,因此导叶接力器及其行程均较大。
斜流式水轮机的结构及尺寸介于混流式与轴流式之间,适用水头H=40~120m。
埋件部分(蜗壳、座环)、导水机构、主轴及轴承等与混流式水轮机基本相同。
主要差别在于转轮叶片中心线与水轮机中心线成一定角度(45°~60°),形成锥形布置。
贯流式水轮机是一种卧式轴流水轮机。
目前,全贯流式很少采用,而普遍采用半贯流式灯泡机组,适用水头一般在25m以下。
其埋件有尾水管里衬、转轮室、外导环、座环、基础环等,由于埋件横向布置,埋件要有足够刚度,外周需布置纵、横向加强筋。
导水机构的导叶与机组中心线成60°角,采用轴向导水机构,其支撑部件有内、外导环。
导叶套筒及轴套类似于混流式导叶套筒及轴套。
同轴流式水轮机相似,转轮叶片可以设计成定桨或转桨,转桨式导叶的操作机构装在转轮体内。
转动部分的转轮和大轴为悬臂结构,由水轮机和发电机的卧式轴承支承,或由水轮机轴承和行星齿轮的轴承支承。
水斗式水轮机适用于H=300~1700m高水头运行的冲击式水轮机,容量较大,有立式、卧式、单转轮、多转轮、单喷嘴、多喷嘴等多种结构型式。
大型水斗式水轮机多采用多喷嘴结构,转轮由斗叶和轮毂通过整铸、机械把合或焊接成整体。
与反击式水轮机的区别在于流量依靠喷管上的针阀调节,他由喷嘴口、喷嘴压环、喷针体、喷针头、喷针杆和接力器等组成。
目前大中型水斗式水轮机广泛采用直流式喷管,接力器位于喷管的灯泡体内,用弹簧平衡轴向水推力。
水轮机、水泵/水轮机设备从制造厂运至工地成套设备库作暂时保管,然后按施工顺序和机组编号分件运到施工现场进行组装。
安装承包商将承担成套设备在工地的起重、运输,按合同要求也可承担设备保管任务,包括设备卸货、检查验收(应有业主、监理和厂家代表一道在现场验货)、分类登记入库、维护保管、发放和二次装运。
承包商应制定详细的设备起重、运输和保管方案,配备必要的起重运输设备和手段,主要设备的特殊吊装方案应通过事前研究,编写施工技术、安全措施,报监理批准后实施。
设备仓储应加强维护和保卫,应做好设备防雨、防潮、防火、防盗、防变形。
厂房桥机在正式吊装重件设备前应通过负荷试验及最终验收。
2.国内外部分水电站水轮机、水泵/水轮机主要参数
2.1国内外部分水电站典型水轮机特性参数(见表3-2-1)
2.2国内外部分抽水蓄能电站典型水泵/水轮机特性参数(见表3-2-2)
3.国内部分水电站调速器的特性参数
3.1国内部分水电站机械调速器特性参数(见表3-2-3)
3.2国内部分水电站电液调速器机械柜及其电气装置特性参数(分别见表3-2-4、3-2-5)
4.国内部分水电站油压装置特性参数
(见表3-2-6)
5.国内外部分水电站进水阀型式及主要参数
5.1球阀:
国内部分水电站球阀主要参数(见表3-2-7)
5.2蝶阀:
国内部分水电站蝶阀主要参数(见表3-2-8)
5.3筒形阀:
国内外部分水电站筒形阀主要参数(见表3-2-9)
6.水轮机、水泵/水轮机重量估算(图解法)
6.1水轮机、水泵/水轮机转轮重量估算
转桨式和混流式水轮机、水泵/水轮机转轮重量估算曲线可查看图3-2-1。
对于分半转轮应再增加10%。
6.2水轮机、水泵/水轮机整体重量估算
水轮机、水泵/水轮机整体重量指不包括调速器、油压装置和其他辅助设备的水轮机整体重量。
转桨式和混流式水轮机/水泵水轮机总重量估算曲线可查看图3-2-2。
水斗式水轮机总重量可粗略地按每千瓦出力6~10公斤估算。
图3-2-2水轮机、水泵/水轮机总重量估算曲线
⑴混流式铸造蜗壳或H>150m;
⑵混流式焊接蜗壳或H≤150m;
⑶转桨式,Z1=6~8;
⑷转桨式,Z1=3~5
图3-2-1水轮机、水泵/水轮机转轮重量估算曲线
1混流式转轮(HSJ小于200m);或转桨式转轮,叶片数Z1=7~8;
2混流式转轮(HSJ≥200m);或转桨式转轮,叶片数Z1=5~6;;
3转桨式转轮,叶片数Z1=3~4
表3-2-1国内外部分水电站典型水轮机特性参数表
序号
电站名称
水轮机型号
水轮机
出力
(MW)
水轮机基本参数
部件重量(t)
调速系统
轴承结构
设计水头
(m)
设计
流量(m3/s)
转速
(rpm)
飞逸转速
(rpm)
轴向
水推力(kN)
主轴
转轮
蜗壳或
埋件
总重
调速器
型号
轴瓦
结构
润滑方式
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
龙羊峡
刘家峡
漫湾
白山
小浪底
碧口
盐滩
葛洲坝
葛洲坝
二滩
鲁布革
三峡
依太普(巴西)
古里(委内瑞拉)
大古力(美国)
萨扬舒申斯克
(俄罗斯)
HLD06A-LJ-600
HLD001-LJ-550
HLD85-LJ-550
HL200-LJ-550
法兰西斯式
HLD001-LJ-550
HLA-LJ-800
ZZ560-LH-1130
ZZ500-LH-1020
HL181-LJ-660
法兰西斯式
法兰西斯式
法兰西斯式
法兰西斯式
法兰西斯式
法兰西斯式
326.32
250
255.1
306
306
102.6
302.5
176
129
582
172
700
700
610
700/600
640
122
100
89
112.
112
73
59.4
18.6
18.6
165
312
80.6
118.4
130
86.9
194
298
259
321
307
296
160
580
1130
825
367
53.5
991.8
125
125
125
125
107.1
150
75
54.6
62.5
142.8
333.3
75
90.9/92.3
112.5
85.7/72
142.8
256
250
250
260
244
310
145
125
140
275
560
150
170
215
158/131
280
13700
6500
8200
8080
25200
4500
15100
28000
25000
1019
1000
1200
47.0
41.0
50.2
47.0
43.4
23.0
87.0
102.0
90
88
13.8
135
150
110
115
102
129
44.5
295
468
421
120
31.0
407
315
136
408/453
156
180
120
174
403
80
584
667
560
521
200
1550
1000
650
867
654
1049
310
2440
2100
1650
1150
367
2988
2371
3000/2767
DT-150
DT-150
WDT-150-40
JDT-150
DT-100
DTL595-SCU10-20
JDST-200-40
JDST-200A-40
MIPRE600
LV26b
DIGIPD1500
分块瓦
筒式瓦
分块瓦
橡胶瓦
分块瓦
筒式瓦
分块瓦
分块瓦
分块瓦
筒式瓦
筒式瓦
分块瓦
稀油
稀油
稀油
水润滑
稀油
稀油
稀油
稀油
稀油
稀油
稀油
稀油
注:
表格中空白处有待补充数据(下同)
表3-2-2国内外部分抽水蓄能电站典型水泵/水轮机特性参数表
项目
电站名称
广蓄一期
广蓄二期
天荒坪
潘家口
日本葛野川
水轮机型号
立轴、单级、可逆法兰西斯式
转轮直径(mm)
3919/2410
3865/2090
4030/2045
5600
水轮机工况
最小/最大水头(m)
496/535.7
509.6/549.8
526.5/610.2
70
728
设计流量(m3/s)
68.73
72.5(最大)
67.7
145
额定转速(rpm)
500
500
500
125
500
飞逸转速(rpm)
700
725
680
750
旋转方向
顺时针
顺时针
顺时针
顺时针
顺时针
水轮机出力(MW)
306
352(最大)
306
90
412
轴向水推力(kN)
2100
6191
10200
水泵工况
最小/最大扬程(m)
514.4/550
509.6/541.8
570
77
714/779
设计流量(m3/s)
52.75/60
57.4
57.7
104/120
额定转速(rpm)
500
500
500
125/142.8
500
旋转方向
逆时针
逆时针
逆时针
逆时针
逆时针
电动机功率(MW)
326/308.9
326.0/308.9
336
90/96
438
部件重量
主轴(t)
27.6
23.70
28.2
转轮(t)
29.6
28.10
26.8
蜗壳或埋件(t)
196
195.00
192
总重(t)
486
508
478
调速系统
调速器型号
双微机PID
电液调速器
可编程PLC
电液调速器
TC210型数字式电液调速器
WBDT-150型微机步进式调速器
同轴型电
液调速器
轴瓦结构
轴瓦结构
筒形瓦
分块瓦
筒形瓦
筒形瓦
分块瓦
润滑方式
稀油
稀油
稀油
稀油
稀油
表3-2-3国内外部分电站机械调速器特性参数表
型号
最大工作油压
(Mpa)
缓冲
强度
(%)
缓冲时间常数
(s)
接力器全关闭时间
(s)
残留不均衡度
(%)
变速机构工作范围
(%)
调速器或
飞摆灵敏度
(mm/100)
主配压阀
外形尺寸
长×宽×高
(mm)
重量
(t)
直径
(mm)
最大行程
(mm)
T—100
T—150
2.5
0~140
0~20
2~10
0~8
+10~-15
0.4
100
150
±25
800×800×1900
1.86
ST—100
ST—150
2.5
0~140
0~20
以上
2~8
0~8
+10~-15
0.4
100
150
±25
800×800×1910
2.0
3.0
CT—40
2.5
0~43
0~20
2~8
0~8
+10~-15
0.4
40
±16
1180×2100×2460
3.5
表3—4国内外部分电站电液调速器机械柜*特性参数表
型号
最大工作油压
(Mpa)
主配压阀
直流操作电压
(v)
直流保护电压
(v)
永磁机供电
电压
(v)
回复轴的最大转角
电液转换器输入
工作电流
(mA)
协联机构
外形尺寸
长×宽×高
(mm)
重量
(t)
直径
(mm)
最大行程
(mm)
最大行程(mm)
最大行程
(mm)
凸轮
轴向
滚轮
轴向
DT—100
DT—150
2.5
100
150
±25
220
220
(48)
110
50Hz
60°
0~8
1500×1200×1350
1350
DST—100
DST—150
2.5
100
150
±25
220
220
(48)
110
(50Hz)
60°
0~8
110
50
270°
1700×1500×1550
2300
JDST—150
2.5
150
±16
220
220
(48)
110
60°
0~8
110
50
270°
1400×2000×2000
3000
*主要生产厂家有:
哈尔滨电机厂、东方电机厂、天津水电控制设备厂、江西水电设备厂。
表3-2-5国内电液调速器电气装置
型号
额定交流电压(v)
静态灵敏度
过渡过程时间常数
(s)
频率整定范围
残留不均衡度
缓冲时间常数
缓冲强度(%)
外形尺寸
长×宽×高
(mm)
重量
(kg)
永磁
供电
厂用电
负荷阻抗2kΩ
(ma/Hz)
±0.5Hz
范围非
线性度
单机
(Hz)
并网
(Hz)
空载
(s)
并网
(s)
空载
并网
ZDT
(ZDTA)
110
220
48
705
8.5
≯1%
≯0.05
42~52
49~51
0~10%
0~30
0~10
0~60
0~60
804×550×2360
250
表3-2-6国内部分电站油压装置特性参数表
型号
压力油罐
回油箱
总量
(t)
容积
(m3)
外径
(mm)
总高
(mm)
净重
(kg)
容积
(m3)
油泵
电机型号
功率
(kW)
电压
(v)
长×宽×高
(mm)
净重
(t)
型号
输油量
(l/s)
YS—1.0
YS—1.6
YS—2.5
YS—4
YS—8
YS—10
1.0
1.6
2.5
4.0
8.0
10.0
930
930
1132
1336
1848
1848
2457
3397
3654
4160
4150
4925
1185
1600
2270
2820
5500
6500
2.5
2.5
4.0
4.0
8.0
10.0
LY—3.0
LY—3.0
LY—5.8
LY—5.8
LY—10
LY—10
3.0
3.0
5.8
5.8
10.0
10.0
JO252—2
JO252—2
JO272—2
JO272—2
JO291—4
JO291—4
13
13
30
30
55
55
220/380
220/380
220/380
220/380
220/380
220/380
1916×1900×890
1916×1900×890
1916×1900×1440
1916×1900×1440
2560×2800×1440
2560×2800×1750
2.03
2.03
3.61
3.61
5.80
6.50
3.2
3.6
5.9
8.0
10.0
10.0
表3-2-7国内部分电站球阀主要参数表
型号
外形尺寸
D×H×B(m
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- 水利水电 施工组织设计 专项 方案 模块 53 水轮机 水泵 辅助 设备 安装