第十一章水轮机运转与检修 第十一章 水轮机运转与检修第一节 概述第二节 水轮机的泥沙磨损与防止第三节 水轮机的振动与防治第四节 水轮机主要部件的检修第一节 概述 水轮机运转是水轮发电机组运转的一个重要方面，为使机组平安、可靠、稳定地消费电能，必需对参与电能消费的一切动力设备进展定期的检查和日常维护，对水轮机进展的操作、检查和维修是水轮机运转的根本义务。 假设水中含有足够数量的悬浮泥沙，巩固的泥沙颗粒撞击过流外表，使其疲劳破坏，这个过程叫做水轮机泥沙磨损。实际证明汽蚀和泥沙磨损是呵斥水轮机任务异常的主要缘由。 第二节 水轮机的泥沙磨损与防止一、泥沙运动的特征一、泥沙运动的特征 泥沙被水流挟持经过水轮机时，其运动必然要遭到水轮机空间流道约束。从宏观景象察看，泥沙运动方向大体上与水流方向一致，但是泥沙本身作为刚体，还要遭到本身惯性、接触碰撞，以及动量传送等多种要素的影响，从微观角度研讨，泥沙运动那么是复杂的瞬变运动。 如图11-1所示，是单颗泥沙瞬间运动的轨迹。 泥沙颗粒: 一方面作腾跃式相对挪动， 另一方面又因自转。 二、泥沙磨损的类型1. 1.绕流磨损绕流磨损 所谓绕流磨损是指在比较平顺的绕流过程中，细沙对过流外表冲刷、磨削和撞击所呵斥的磨损，其特点是整个外表磨损比较均匀。 见图11-2第二节 水轮机的泥沙磨损与防止2.2.脱流磨损脱流磨损 脱流磨损是由非流线型脱流引起的。当过流外表出现过大的凹凸不平如鼓包、砂眼等，叶片翼型误差较大或者偏离设计工况过大时，均会出现脱流磨损 。 第二节 水轮机的泥沙磨损与防止 三、磨损的微观过程1.外表情况 泥沙磨损发生在过流外表层，弄清该层实践情况，对深化提示磨损规律是很重要的。如图11-3所示，是接触处泥沙弹性碰撞部分放大表示图。第一层为固体结晶；第二、第三层为切削加工后所呈现的冷硬细结晶层和氧化膜；第四层为外表吸附膜。第二节 水轮机的泥沙磨损与防止2.2.疲劳磨损疲劳磨损 在含沙的高速水流中，延续的撞击会产生一种高频冲击波，金属资料应力集中处会出现微小的疲劳裂纹。每当高冲量的沙粒撞击一次，裂纹就周期性地张开与闭合，并不断地向纵深扩展。金属资料外表上的这种交变应力，构成了金属的疲劳磨损。 水轮机过流部件外表在远低于空气中的疲劳极限时，就发生了损坏和破坏景象，这种综合破坏的景象，通常称为应力磨蚀。 第二节 水轮机的泥沙磨损与防止 水轮机过流部件遭到破坏的缘由很多，除事故损坏之外，最主要的就是泥沙磨损、汽蚀破坏和化学腐蚀。 泥沙磨损是一种物理破坏过程，并且是一种渐变的破坏过程。泥沙磨损对过流部件外表的破坏，其破坏区连成一片，就是在初期也成片状的延续磨痕和斑点。此外，它的破坏深度较化学腐蚀的破坏层要深； 汽蚀破坏的特征是过流部件外表呈海面状，金属好似被一小块一小块地啄成深的小孔洞，第二节 水轮机的泥沙磨损与防止 构成蜂窝状，在破坏初期，这些小孔洞是不延续的，小洞旁边的金属可以是完好的； 化学腐蚀的特征是过流部件外表的金属被一层层地剥落，破坏只在外表进展，破坏层很薄。 影响水轮机泥沙磨损的主要要素影响水轮机泥沙磨损的主要要素 ：l水流的含沙特性l过流部件的材质l水轮机的任务条件等 第二节 水轮机的泥沙磨损与防止第三节 水轮机的振动与防止 机组振动是水电站运转中常见异常景象，引起机组振动的要素大体上可分为水力要素、机械要素和电磁要素；其中水力要素主要由水轮机引起，且大多为自激振动景象。下面引见常见的水力振动。 一、振动频率一、振动频率1.水轮机水力不平衡或机组旋转部件动不平衡引起的振动； 2.还击式水轮机转轮进口处水流脉动压力引起的振动； 3.作用在还击式水轮机转轮叶片上的水力交变分量引起的压力脉动； 4.由于导叶个数和转轮叶片数不匹配引起的压力脉动； 5.由卡门涡列引起的振动； 当水流经过非流线型妨碍物时，在后面尾流中，将分别出一系列旋涡，称为卡门涡列。如图11-4所示，这种卡门涡列交替地在绕流体后两侧释放出来，在绕流体后部产生垂直于流线的交变激振力，引起绕流体周期的振动。第三节 水轮机的振动与防止6.尾水管中涡带引起的振动 消除这种振动的方法如下： 1迅速避开上述低负荷运转工况区； 2进展补气或补水。7.尾水管中空腔压力脉动 8.高频振动 9.压力钢管水体自然振荡 10.水轮机止漏间隙不均匀或狭缝射流引起的振动 图11-6第三节 水轮机的振动与防止二、振动分析及测振二、振动分析及测振 机组振动的缘由很多，彼此还能够交错在一同，甚至产生相互加剧的连锁反响；但是，在诸多要素之中，必定有主要的和次要的，只需掌握振源的特点和变化规律，就可准确地作出判别，及时找到和排除振源。 表111是水力振动方面的一个分析例子，表中引出其振源、振因、振频，以及负荷情况。 第三节 水轮机的振动与防止1. 1.阅历判别阅历判别 根据长期运转阅历，总结出有关振动的一些规律。例如水力振动是水轮机过流部件内的水力不平衡和水流不稳定而引起的振动，普通其振幅随负荷添加而增大。判别方法是：封锁导叶，将机组作同步电动机运转，如振动立刻消逝，那么阐明属水力振动；反之，那么能够是机械和电气要素。2.2.仪器测振仪器测振第三节 水轮机的振动与防止 用测振仪作精细定量测振。测出振动部位的振动波形振幅及频率，再对照有关频率值，进展精细定量分析计算。 许多水电站的运转阅历阐明，水电发电机组振动，直接影响机组甚至水电站厂房的平安稳定运转，同时影响电厂的经济效益。尤其是机组向高比转速、大容量方向开展，单机容量增大，机组构造尺寸增大。为减少金属用量，机组刚度相对地降低，振动问题将更加突出。 第三节 水轮机的振动与防止第四节 水轮机主要部件的检修 水轮机中易受泥沙磨损的零部件主要有：l水轮机转轮；l转轮上下迷宫环；l顶盖；l导叶；l导水机构的底环等；一、转轮修复一、转轮修复 对蒙受破坏的水轮机转轮，修复的主要手段是采用抗蚀耐磨资料补焊。 二、导叶修复二、导叶修复 当导叶枢轴损坏不太严重时，可以采用补焊修复，然后在车床上精加工。对含沙量大的中、高水头水电站，导叶损坏往往比较严重，甚至在导叶全关时也不能切断水流。此时通常可采用直接改换导叶进展处置。 三、水轮机顶盖和底环的修复三、水轮机顶盖和底环的修复第四节 水轮机主要部件的检修 通常水轮机顶盖与底环装有抗磨板，由于抗磨板尺寸大而薄，补焊时极易产生扭曲变形，为防止出现这一情况，常采用螺栓加固后在施焊。如抗磨板因磨损严重损坏，修复困难，应改换新的抗磨板。 四、导叶枢轴套的修复四、导叶枢轴套的修复 导叶枢轴套磨损普通发生在端面上，可将损坏的端面车掉，重新配制一钢护环补偿被车掉的部分，用螺栓拧紧在轴套端面上，外表磨光打平。导叶轴瓦磨损后应改换新件。第四节 水轮机主要部件的检修五、水轮机迷宫环的修复五、水轮机迷宫环的修复 迷宫环损坏后很难在修复，普通采用改换新件的方法处置。在磨损量不大时，也可采取轮番改换转动迷宫环和固定迷宫环的方法处置。 六、轴流式水轮机转轮室的修复六、轴流式水轮机转轮室的修复 轴流式水轮机转轮室蒙受泥沙磨损或汽蚀破坏后，普通采用补焊的方法修复。七、其它零部件七、其它零部件 八、水轮机运转常见缺点及处置八、水轮机运转常见缺点及处置 第四节 水轮机主要部件的检修一机组过速一机组过速1机组发生过速时的景象有1机组噪音明显增大；2发电机的负荷表指示为零，电压表指示升高过电压维护能够动作；3“水力机械事故光字牌亮，过速维护动作，出现事故停机景象；4过速限制器动作，水轮机主阀全开位置红灯熄灭。假设过速维护采用事故油泵，那么事故油泵起动泵油，封锁导水叶。 第四节 水轮机主要部件的检修2 2机组过速时的处置机组过速时的处置1 1经过景象判明机组已过速时，应监视过速经过景象判明机组已过速时，应监视过速维护安装能否正常动作，假设过速维护拒动维护安装能否正常动作，假设过速维护拒动或动作不正常，应手动紧急停机，同时封锁或动作不正常，应手动紧急停机，同时封锁水轮机主阀或快速闸门；水轮机主阀或快速闸门；2 2假设在紧急停机过程中，因剪断销剪断或假设在紧急停机过程中，因剪断销剪断或主配压阀卡住等引起机组过速，此时即使转主配压阀卡住等引起机组过速，此时即使转速尚未到达过速维护动作的整定值，都应手速尚未到达过速维护动作的整定值，都应手动操作过速维护安装，使导水叶及主阀迅速动操作过速维护安装，使导水叶及主阀迅速封锁。对于没有设置水轮机主阀的机组，那封锁。对于没有设置水轮机主阀的机组，那么应尽快封锁机组前的进水口闸门。么应尽快封锁机组前的进水口闸门。第四节 水轮机主要部件的检修二机组的轴承事故二机组的轴承事故 1. 1.巴氏合金轴承的温度升高巴氏合金轴承的温度升高 有许多要素可以导致巴氏合金轴承温度升高，普通常见的缘由及处置方法如下：1光滑油减少：由于轴承油槽密封不良、排油阀门封锁不严密，呵斥大量漏油或甩油；此时应视详细情况，对密封不良处进展处置，并对轴承补注光滑油。2油蜕变：轴承内的光滑油因运用时间较长，或油中有水份或其它酸性杂性，使油质劣化，影响光滑性能，这时应改换新油。第四节 水轮机主要部件的检修 3冷却水中断或冷却水压降低：冷却水管堵塞、阀门的阀瓣损坏、管道内进入空气等都会影响冷却器的过流量，使冷却器不能正常发扬作用，引起轴承油温升高，这时应立刻投入机组备用冷却水，或将管道排气。 4主轴承摆度增大：当主轴摆度增大时，轴与轴瓦间的磨擦力添加，发热量增大，致使光滑条件变坏，不能构成良好的油膜，这时应设法减小机组摆度。第四节 水轮机主要部件的检修2 2水导轴承的光滑水中断水导轴承的光滑水中断 1光滑水中断的缘由与后果：由于水质不洁或有杂物，致使取水滤网或过滤器堵塞，呵斥水压降低；或自动供水阀门因某种缘由误关；当用水泵供水时，由于机械或电气缘由呵斥水泵供水中断。 当光滑水中断或水量减少时，会使轴领与轴瓦间光滑、冷却条件变坏，甚至发生干磨擦，导致轴承烧毁，此时水轮机失去了径向支承，呵斥振动和摆度急剧增大，有时会发生窜水景象，从而影响机组的正常运转。第四节 水轮机主要部件的检修2处置方法：普通采取以下措施 1当光滑水中断或水压降低时，首先应投入备用水源，然后清扫取水滤网及过滤器，查找光滑水自动供水阀误封锁的缘由，处置完成后恢复原供水系统的正常供水； 2假设轴承采用水泵供水时，当出现水泵停顿供水或其出口水压下降而呵斥光滑水中断，应首先起动备用水泵供水，然后再查明水泵停顿供水或其出口水压下降的缘由，并做相应处置； 3当无法立刻恢复供水时，为了不致呵斥事故扩展，应立刻停机。第四节 水轮机主要部件的检修