灯泡贯流式机组运行与检修(刘国选)

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1、内容简介：本书是应越来越多的从事灯泡贯流式水轮发电机组的安装、检修及运行工作人员的要求，由有多年该型机组安装、检修及运行经验的专家根据我国灯泡贯流式水轮发电机组的现场运行实践，辅之必要的理论知识，参考有关资料精心编写而成。全书共二十章，从灯泡贯流式发电机组的结构开始，分别介绍了该机型的安装、检修内容，工艺方法及质量要求，对该种机型可能出现的各种故障及修理作了较全面的分析和指导。本书可供从事灯泡贯流式水轮发电机组安装、检修及运行等工作的工程技术人员使用，亦可供大中专院校水电和电力相关专业的师生学习、参考。 前 言我国水电资源居世界第一，而低水头径流式水电站的装机约占水电总装机容量的16。自20世

2、纪90年代以来，灯泡贯流式机组由于效率高、投资省、建设工期短，特别适宜于低水头电站的开发而得到迅速发展。据不完全统计，我国目前已建的灯泡贯流式电站已过百家，且尚有更多的同类型电站正在规划建设之中，在全国范围内已经出现灯泡贯流式机组开发应用的高潮。即将从事灯泡贯流式机组的安装、检修及运行工作的人员越来越多，而灯泡贯流式机组与其他类型机组比较，由于其布置方式及结构的不同，其安装、检修的工艺方法及运行维护亦有很大的差别。为此，编者根据多年从事该型机组安装、检修及运行经验，参考众多有关资料编写了本书，以满足社会需要。本书主要取材于现场实际经验，以帮助解决实际问题为主，辅之以必要的适用性理论知识。全书共

3、二十章，从灯泡贯流式发电机组的结构开始，分别介绍了该机型的安装、检修内容，工艺方法及质量要求，对该种机型可能出现的各种故障及修理作了较全面的分析和指导。本书可供从事该类型机组安装、检修及运行的工作人员使用。本书由刘国选任主编，石新华任副主编；前言由刘国选编写； 第一章由石新华、刘国选编写；第二章由石新华、沈京卫编写；第三章由沈京卫、刘鸿燕编写；第四章由石新华、李聪、余红粒编写；第五、六、七章由刘国选编写；第八、九章由石新华编写；第十章由刘国选编写；第十一、十二章由沈京卫编写；第十三章由何川忠编写；第十四章由石新华、何川忠编写；第十五章由石新华、刘国选编写；第十六、十七章由陈学全编写；第十八、十

4、九章由陈海珍编写；第二十章由陈海珍、刘鸿燕编写。在本书编写过程中，还得到了湖南省潇湘电站和广西京南电站的协助，长沙理工大学饶洪德教授对部分章节进行了审阅，在此，谨向以上单位及关心帮助本书出版的同志一并致谢。由于水平和经验所限，错误与不足之处恳请读者批评指正。编 者2006年2月目录：第一章 灯泡贯流式水轮机的结构1第一节 贯流式水轮机的分类及简介1第二节 灯泡贯流式水轮机的布置方式 11第三节 灯泡贯流式水轮机埋设部件的结构14第四节 灯泡贯流式水轮机导水机构的结构18第五节 灯泡贯流式水轮机转轮及转轮室的结构29第六节 灯泡贯流式水轮机水导轴承的结构31第二章 灯泡贯流式水轮发电机的结构34

5、第一节 灯泡贯流式水轮发电机定子的结构34第二节 灯泡贯流式水轮发电机转子绕组的结构37第三节 灯泡贯流式水轮发电机组合轴承的类型及结构 39第四节 灯泡贯流式水轮发电机灯泡头及中间环的结构 44第三章 灯泡贯流式水轮发电机辅助设备的结构及特点46第一节 概述46第二节 灯泡贯流式水轮发电机的通风与冷却46第三节 灯泡贯流式水轮发电机的润滑油系统 50第四章 灯泡贯流式水轮发电机组的安装52第一节 灯泡贯流式水轮发电机组安装概述52第二节 灯泡贯流式水轮发电机组安装流程54第三节 灯泡贯流式水轮发电机组埋设部分的安装 54第四节 灯泡贯流式水轮机主轴及轴承的安装61第五节 灯泡贯流式水轮机转轮

6、的组装和吊装69第六节 灯泡贯流式发电机转子的组装和吊装75第七节 灯泡贯流式机组的盘车77第八节 灯泡贯流式水轮机导水机构的安装79第九节 灯泡贯流式水轮机导叶接力器的安装83第十节 灯泡贯流式水轮机主轴密封和转轮室的安装 84第十一节 灯泡贯流式发电机定子的组装和吊装84第十二节 灯泡贯流式发电机灯泡头及其他部件的安装 90第五章 灯泡贯流式水轮机的检修内容及质量标准92第一节 灯泡贯流式水轮机的检修类别92第二节 灯泡贯流式水轮机的检修项目及质量标准93第六章 灯泡贯流式水轮机转轮的大修95第一节 灯泡贯流式水轮机转轮大修的判定95第二节 灯泡贯流式水轮机转轮大修前的准备95第三节 转轮

7、大修的方式、步骤和方法 95第四节 灯泡贯流式水轮机气蚀的处理 97第七章 灯泡贯流式水轮机导水机构的检修102第一节 导水机构的检修分类、时间间隔及主要内容 102第二节 导水机构扩大性大修的检修工艺及标准 102第三节 灯泡贯流式水轮机导叶接力器的解体大修 107第八章 灯泡贯流式水轮机受油器的检修109第一节 灯泡贯流式水轮机受油器的结构109第二节 灯泡贯流式水轮机受油器的拆卸及绝缘检查111第三节 灯泡贯流式水轮机受油器各部件的检查及安装112第九章 灯泡贯流式水导轴承的检修113第一节 灯泡贯流式水导轴承的拆装113第二节 筒式导轴瓦的间隙测量与调整114第三节 筒式导轴瓦的研刮

8、115第四节 灯泡贯流式水轮发电机导轴承的故障及处理115第五节 灯泡贯流式水轮发电机导轴承的润滑119第十章 灯泡贯流式水轮机主轴密封的检修120第一节 灯泡贯流式水轮机主轴密封的解体检修 121第二节 灯泡贯流式水轮机主轴密封的装复与调整122第十一章 灯泡贯流式水轮发电机的检修内容及质量标准123第一节 灯泡贯流式水轮发电机的检修类别 123第二节 灯泡贯流式水轮发电机的检修项目及质量标准125第十二章 灯泡贯流式水轮发电机检修前的准备128第一节 灯泡贯流式水轮发电机检修前材料的准备 128第二节 灯泡贯流式水轮发电机检修前工具的准备140第三节 灯泡贯流式水轮发电机检修前各种措施的落

9、实141第十三章 灯泡贯流式水轮发电机定子检修142第一节 灯泡贯流式水轮发电机定子铁心的重新叠装142第二节 灯泡贯流式水轮发电机定子铁损试验 144第三节 灯泡贯流式水轮发电机定子线棒的更换 147第四节 灯泡贯流式水轮发电机定子绕组的端部连接154第五节 灯泡贯流式水轮发电机定子的局部检修 159第六节 灯泡贯流式水轮发电机防电腐蚀处理 163第十四章 灯泡贯流式水轮发电机转子的检修167第一节 灯泡贯流式水轮发电机转子的扩大性大修167第二节 灯泡贯流式水轮发电机转子的局部故障及处理171第三节 灯泡贯流式水轮发电机转子磁极线圈常见故障及处理 174第四节 灯泡贯流式水轮发电机集电环的

10、故障及处理178第五节 灯泡贯流式水轮发电机电刷装置的故障及修理180第十五章 灯泡贯流式水轮发电机组合轴承的检修184第一节 灯泡贯流式发电机发导中置组合轴承的拆卸184第二节 灯泡贯流式发电机发导前置组合轴承检修后的装复 186第三节 灯泡贯流式水轮发电机组轴线的测量与调整187第四节 灯泡贯流式发电机推力轴瓦的研刮 188第五节 灯泡贯流式水轮发电机组合轴承的常见故障及处理 196第十六章 灯泡贯流式水轮发电机检修中的检查试验200第一节 灯泡贯流式水轮发电机的试验项目 200第二节 灯泡贯流式水轮发电机定子绕组的绝缘电阻和吸收比的测量201第三节 灯泡贯流式水轮发电机定子绕组直流电阻的

11、测量及三相电流的平衡 207第四节 灯泡贯流式水轮发电机定子绕组直流耐压及泄漏电流的测定 212第五节 灯泡贯流式水轮发电机定子绕组的交流耐压试验218第六节 灯泡贯流式水轮发电机转子绕组的试验 222第七节 灯泡贯流式水轮发电机在线检测与诊断技术224第十七章，灯泡贯流式水轮发电机检修安装后的试验233第一节 灯泡贯流式水轮发电机空载特性和短路特性的测量 233第二节 灯泡贯流式水轮发电机的温升及效率试验236第三节 灯泡贯流式水轮发电机参数的测定 247第四节 灯泡贯流式水轮发电机的甩负荷试验 259第五节 灯泡贯流式水轮发电机的干燥和试验 260第六节 灯泡贯流式水轮发电机组的零起升压试

12、验263第七节 发电机定子绕组相序的检查264第八节 某水电厂灯泡贯流式水轮发电机组扩大性大修的各种试验报告265第十八章 灯泡贯流式水轮发电机组的试运行273第一节 灯泡贯流式水轮发电机组启动试运行的目的和组织 273第二节 灯泡贯流式水轮发电机组启动试运行的程序和基本要求 273第三节 试运行过程中的监视 282第十九章 灯泡贯流式水轮发电机组的运行和维护 284第一节 灯泡贯流式水轮发电机组的正常运行 284第二节 灯泡贯流式水轮发电机组的并网操作 286第三节 灯泡贯流式水轮发电机正常运行时的维护288第二十章 灯泡贯流式水轮发电机组运行中的常见故障与处理 293第一节 灯泡贯流式水轮

13、发电机的常见故障与处理293第二节 灯泡贯流式水轮机的常见故障及处理 295第三节 灯泡贯流式水轮发电机组辅助设备的常见故障及处理 296附录A 定子线圈绝缘交流介电强度试验标准 300参考文献301第一章 灯泡贯流式水轮机的结构 灯泡贯流式水轮机是贯流式水轮机的主要类型之一。1919年初，美国工程师哈尔扎(Harza)首先提出其设计理念。经过瑞士爱舍维斯公司(Escher Wyss)公司近20年的研究，于1936年研制成功，并开始生产。该水轮机应用水头一般在25m以下，主要应用于潮汐电站，近年来逐渐应用到江河上的低水头电站。贯流式水电站是开发低水头水力资源较好的方式。它与中、高水头水电站和低

14、水头立轴的轴流式水电站相比，具有如下显著的特点。 1效率高、结构简单、施工方便 贯流式水轮发电机组从进水到出水方向基本上轴向贯通，不拐弯，流道尺寸大而短，过流通道的水力损失少，效率高，结构简单，施工方便。 2尺寸小 贯流式水轮机有较大的比转速，所以在水头和功率相同的条件下，贯流式水轮机的直径要比转桨式水轮机的小10左右。 3土建投资少 贯流式水电站的机组结构紧凑，与同一容量的轴流转桨式机组相比，其尺寸较小，可布置在坝体内，取消了复杂的引水系统，可以减少厂房的建筑面积，减少电站的开挖量和混凝土用量。根据有关资料分析，土建费用可以节省2030。 4运行方式多 贯流式水轮机适合作可逆式水轮机运行。由

15、于进出水流道没有急转弯，使水轮机发电和抽水均能获得较好的水力性能。它可应用于潮汐电站，具有双向发电、双向抽水和双向泄排水等6种功能。因此，很适合综合开发利用低水头水力资源。 5见效快 贯流式水电站一般比轴流式水电站建设周期短、投资小、收效快、淹没移民少；电站靠近城镇，有利于发挥地方兴建电站的积极性。 第一节 贯流式水轮机的分类及简介 贯流式水轮机组按总体布置方式的不同可分为以下几种： (1)全贯流式。 (2)灯泡贯流式。 (3)竖井贯流式。 (4)轴伸贯流式。第1页(5)虹吸贯流式。 按运行工况不同可分为以下3种： (1)单向贯流式。 (2)双向贯流式。 (3)可逆贯流式。 一般习惯按总体布置

16、方式的不同来分类，而很少按运行工况分类，所以本节按总体布置方式的不同分类，介绍贯流式机组的类型。 一、全贯流式水轮机 全贯流式水轮机的流道平直，水流可沿轴向一直流过导叶、转轮叶片和尾水管，故称为全贯流式水轮机，也称为直线流动的水轮机管型水轮机。由于全贯流式发电机转子布置在水轮机转轮的外缘，故称为轮缘贯流式水轮机，如图11所示。 世界上第一台贯流式水轮发电机是全贯流式水轮机，由瑞士爱舍维斯(EscherWyss)公司于1937年制造，并安装在德国的莱茵河上。单机容量为1753kW，转轮直径为205m。经过若干次改进，目前单机容量最大的全贯流式机组也是由爱舍维斯公司制造，安装在加拿大的安纳波利斯电

17、站，于1983年投产发电。该机组最大出力达20MW，转轮直径76m，最大应用水头71m。目前全世界已有100多台这类机组投入运行。由于全贯流式水轮机的发电机密封止水较困难，因此它在世界上应用不多，我国应用得更少。目前正在研制500kW的机组，已通过鉴定。正在运行的机组有1958年哈尔滨工业大学试制的功率为200kW的全贯流式水轮机，该水轮发电机组安装在黑龙江青年水电站：湖北白莲河水库渠首的机组容量为120kW，转轮直径12m，最大运行水头5m。 全贯流式水轮机的优点是：无传动轴、结构紧凑、便于整装，这可直接放在溢洪道内或大坝溢流段的下部闸墩内。因该机组的发电机布置在过流道以外的宽敞处，所以通风

18、好，检修方便。当发电机布置在轮缘外时，转子飞轮力矩大，运行易于稳定。实际上这类机组的发电机转子和水轮机的转轮已经结合为一体，所以厂房跨度很小，可节省大量土建投资 第二章 灯泡贯流式水轮发电机的结构 灯泡贯流式水轮发电机由贯流式水轮机驱动。贯流式水轮机是一种带有固定或可调转轮叶片的轴流式水轮机的特殊型式，它的主要特征是转轮轴线采取水平或倾斜布置，并与水轮机进水管和出水管水流方向一致，整个机组置于水中。贯流式水轮发电机具有结构紧凑、重量轻的优点。发电机总体结构通常采用两支点悬吊型结构，发电机与水轮机共用一根主轴。发电机通风冷却系统通常采用径、轴向混合强迫通风冷却方式。灯泡贯流式水轮发电机主要包括定

19、子、转子、泡头、组合轴承。位于水轮机的上游侧，泡头与定子相连，定子与水轮机座环相连，水轮机座环作为发电机定子及泡头的主要支撑。为增加机组刚度，防止振动，在泡头部分设有辅助支撑。转子为无轴结构，悬垂于水轮机主轴上。 第一节 灯泡贯流式水轮发电机定子的结构 一、定子结构方式 目前，灯泡贯流式机组定子结构采用较普遍的结构方式，定于机座式结构方式和定子贴壁式结构方式。 1定子机座式结构方式 该结构方式与一般立式机组相同。发电机定子铁心叠压成形后，通过螺栓将其固定在定子机座上，定子机座再同灯泡体外壁结合在一起，如图21所示。 这种结构方式的优点是定子机座机械强度高，运输中变形小，发电机定子安装容易，适用

20、于直径大、发电机采用强迫通风密闭循环、冷却采用空气冷却器的通风冷却方式的发电机。 2定子贴壁式结构方式 该结构方式与一般立式机组不同，省去了定子机座，利用灯泡体外壳作为发电机定子机座，要求机座壁与定子铁心接触良好，如图22所示。在机座内、外壁表面喷涂一层软质的传热材料，如铜、锡、铝等，使铁心热态膨胀时与机座壁充分贴紧，增加发电机贴壁结构的散热能力。由于定子铁心同灯泡体外壁结合在一起，可充分利用灯泡体的外壁将定子产生的热量直接传散到流道中的河水中，并可减小发电机和灯泡体外壳直径，缩小发电机组灯泡比，进一步优化过流条件，是一种经济、效率高的结构方式。但这种结构方式因定子机座利用了灯泡体外壳，必须加厚灯泡体外壳才能保证其强度和刚度。同时，对定子安装技术也要求较高，对于定子发热后的变形，也要充分考虑。第33页