轴流转桨式水轮机
轴流转浆式水轮机桨叶密封更换安装工艺方法
苏只水电站装有3台7.5万千瓦轴流转浆式水轮发电机组，水轮机型号ZZ （K15）—LJ—840，总装机容量22.5万千瓦，多年平均年发电量为8.79亿千瓦时。
电站自2003年11月1日起开工建设，2005年12月30日苏只水电站首台机组正式并网发电。
2015年1月25日—6月12日苏只电站安排电站第一台机组（3号机组）A 级检修以下简称A修。
根据3号机组运行维护记录发现转轮桨叶存在漏油现象，每年需要补充10桶左右（一桶为175KG）46#透平油，转轮桨叶漏油现象直接影响机组安全、经济可靠运行。
在本次A修中对3号机组5片桨叶密封圈进行了更换处理，桨叶密封圈是由业主提供备品，在检修中发现密封圈备品尺寸（直径偏大）不合格需切割、粘接后使用，回装完毕后进行桨叶16小时动作试验中发现2#、3#桨叶在第3小时开始漏油，分解检查发现桨叶密封圈已破损、堆积。
为此我们重新购置合格桨叶密封圈并讨论制定了桨叶密封圈更换施工工艺后进行回装，桨叶16小时动作试验后检查桨叶无漏油现象。
现对检修时桨叶密封更换详情进行如下介绍。
1 桨叶密封第一次更换安装情况1.1 前期工作1）查阅苏只电站转轮桨叶装配图，根据图纸标明桨叶密封为两道“V型”及“凹型”密封圈组成，准备密封圈备品。
2）开启尾水管进人门进行桨叶动作实验，经检查3号桨叶密封压板出有漏油现象。
3）转轮整体吊出至转轮检修工位，分解水轮机联轴螺栓，支持盖及水轮机主轴吊至工位。
4）转轮体排油，3#桨叶分解、检查发现桨叶两道“V型”及“凹型”密封圈破损严重，枢轴与桨叶金属密封面有少量划痕。
5）分解其它4片桨叶检查发现桨叶两道“V型”及“凹型”密封圈均有少量破损，枢轴与桨叶金属密封面有少量划痕。
6）桨叶分解后发现除图纸上标注的桨叶与枢轴铜瓦接触面一道Φ8密封条以外，还在桨叶金属密封铜环内沿处有一道Φ8密封条。
1.2 处理过程1）全面清扫桨叶、枢轴接触面。
2）对枢轴与桨叶金属密封面少量划痕用天然油石进行研磨，研磨完毕后用刀口尺对金属密封面进行测量，刀口尺与金属密封面用0.02mm塞尺不通过为合格。
轴流转桨式水轮机顶盖排水系统改造
轴流转桨式水轮机顶盖排水系统改造摘要：本文以水电厂机组顶盖排水系统控制系统改造为例，对我厂顶盖排水系统的组成及功能进行了详细介绍，并重点介绍本次改进的创新点及其应用。
关键词：顶盖系统；可编程控制器；控制系统0 引言长期以来，水电厂顶盖排水系统始终是困扰机组安全运行的重要因素之一，说其大，它只不过是水轮机的一个辅助系统，说其小，它却常常使发电机组强迫停运，甚至引起水淹水导事故，严重威胁到机组的安全稳定运行。
水电厂装机容量3×60MW，水轮机为轴流转桨式，型号为ZZD394-LD-580。
众所周知，轴流转桨式水轮机顶盖排水有异于混流式水轮机，混流式水轮机顶盖排水主要依靠座环2个固定空心导叶以自流方式排至渗漏集水井，而轴流式机组顶盖排水则完全依靠水泵排水。
一旦顶盖排水出现故障，将直接影响机组安全运行。
水电厂顶盖排水设置两台排水泵，互为备用。
用常规的浮子液位开关、交流中间继电器等元件控制水泵运行。
由于主轴密封和导叶轴套漏水量较大，使水泵启停频繁，给运行、检修人员带来诸多困扰。
因此，改造项盖排水回路是亟待解决的问题。
1原顶盖排水系统状况水电厂原顶盖排水系统有2台排水泵，工作泵1台、备用泵1台。
由于设计时没有充分考虑机组漏水量的大小，且两台泵功率小抽水效率低，运行时间较长，启动较为频繁。
顶盖排水泵控制系统设计不合理，只能人为进行主、备用泵的切换，无法实现自动轮换切换且排水泵、控制箱内空间狭窄不便于日常检修维护。
同时，控制系统存在单智能显控仪，单传感器信号反馈不准确，无PLC控制等缺点，在实际运行中暴露出诸多问题，已经远不能适应水电站自动化的要求，更不能满足水电站“无人值班，少人值守”的运行方式。
为了解决上述问题，决定对顶盖排水控制系统进行改造。
2 新系统组成及功能安装2支液位传感器、2台显控仪，实现传感器和液位控制仪相互备用；安装3台自动启动潜水泵，实现自动轮换；安装1台备用离心泵，手动投入或主泵长期启动时投入，提高抽水效率和可靠性；更换顶盖排水系统控制盘，加装PLC，排水泵启停由PLC执行，预留远程启停控制功能；安装电源自动切换装置，实现备用电源自动切换；完善信号上送，补充长期启动、液位超高等信号。
轴轮转浆式水轮机介绍(最详细)
位置
额定容量 (MW)
加拿大 越南 塔吉克斯坦 俄罗斯 苏丹 尼日利亚
3x86.5 2×55.4 2×115 1×52.5 4X80 3x120
转轮 直径 (m)
6.3
6.0 8.5 6.6 5.6 6.8
叶片数 投运 运营情况 时间
5
1984 良好
4
2023 良好
4
2023 良好
6
2023 良好
6
转轮 直径 (m) 10.2
8.0
10.4 6.4 8.0 9.0 10.1
叶片数
5 6 5 5 5 5 4
投运 运营情况 时间
1982 1996 2023 2023 2023 2023 2023
良好 良好
良好 良好 良好 良好 安装中
国际大型轴流水电站
项目
尼伯温 西山 山图迪斯II 切姆良 上阿特巴拉 凯恩吉
水力开发
先进旳设计手段
水力设计
CFD— 水力设计计算
模型试验 — 指导与修正
Ansys
先进旳设计手段
刚强度分析
I-deas
Hale Waihona Puke 轴系动态特征分析 三叶动态涡频分析
先进旳设计手段
推力轴承支架 直缸接力器 混凝土蜗壳 弯肘形尾水管
总体布置
机坑里衬 顶盖 轴承 密封 主轴
推力轴承支架 支持盖 导叶 座环 蜗壳 转轮 转轮室 尾水管
转轮室
分为上、中、下三段 流道表面采用马氏体不锈钢 流道表面全部精加工
里衬
尾水管锥管段
流道里衬范围
蜗壳导流段
尾水管中墩导流段
并能够根据顾客要求增长
感谢！
总体布置
轴流转浆式水轮机转轮漏油处理
轴流转浆式水轮机转轮漏油处理摘要:八盘峡水电站经过多年的检修，已经积累了不少水轮机部件检修、安装的经验，通过对轴流转浆式水轮机转轮漏油故障的原因分析及处理，总结出了在施工现场进行密封漏油处理的经验，为确保机组正常安全、经济运行及水资源不受水轮机转轮漏油污染做了有益的探索和试验。
关键词：轴流转浆式水轮机转轮；漏油问题；处理随着社会经济的快速发展，商业、工业和生活对电力的需求不断增加，我国电力供应紧张，传统火电发电具有高污染、高成本的弊端，开发新能源替代传统发电形式迫在眉睫。
火电发电是继传统火电站之后最重要的发电形式，水电发电已成为缓解供电紧张、克服传统火电发电不足的重要手段。
而水轮机主要由转轮、导叶、导水控制机构、尾管、蜗壳等基本部件组成。
因此，科学合理地维护水轮机，保证水轮机的高效、安全运行是十分必要的。
1 轴流转浆式水轮概述轴流式浆状水轮机又称卡普兰式水轮机，因为水轮机转轮叶片进出的水流是轴向的，所以又称轴流式水轮机。
轴流式水轮机适用水头为2～70米，是一种低水头大流量水轮机，单个设备的容量从几千瓦到几百千瓦不等。
八盘峡水电站是黄河干流上的一座低水头、河床式径流电站，位于甘肃省兰州市西固区，距兰州市中心52公里。
该电站共装有五台单机容量为36MW的轴流转浆式水轮发电机组，其中一单元的1#、2#机组由哈尔滨电机厂制造，二单元的3#、4#、5#机组由瑞典KMW公司制造；在1997年扩建安装了6#机组，容量40MW，现装机共6台，总装机容量为22万千瓦。
轴流式水轮机有两种类型:轴流转桨式和轴流定桨式。
轴流式水轮机的水轮机室、导水机构、尾水管同混流式水轮机基本相同，不再重复。
轴流转桨式水轮机的转轮由轮毂、叶片、泄水锥三部分组成。
在轮毅的周围悬臂安放叶片，在轮毅的内部装置着转动叶片的操作机构，其下部连接泄水锥，叶片与轮毅接触处设有密封装置，用以防止漏油和漏水。
叶片是扭曲面，边缘薄根部厚，其外形与螺旋桨相似，根部用法兰固定在轮毅上。
水轮机发电机的分类
冲击式：反击式：1、轴流式：轴流式水轮机转轮由转轮体、叶片、泄水锥组成，叶片数少于混流式，叶片轴线与水轮机轴线垂直。
适用于中低水头、大流量的水电站。
在同样的水头下，它的过流能力比混流式大，气蚀性能较混流式差。
根据其转轮叶片在运行之中能否转动，又可分为轴流转桨式和轴流定桨式两种。
轴流定桨式水轮机：其叶片固定在转轮体上，叶片安放角度不能在运行中改变，效率曲线较陡，适用于负荷变化小或可以用调整机组运行台数来适应负荷变化的电站。
优点：结构简单，造价较低。
缺点：在偏离设计工况时效率会急剧下降。
根据其特点，一般用于出力较小，水头较低以及水头变化幅度较小的水电站。
轴流转桨式水轮机：其转轮叶片一般由装在转轮体内的油压接力器操作，可按水头和负荷变化作相应转动，以保持活动导叶转角和叶片转角间的最优配合，从而提高平均效率，这类水轮机的最高效率有的已超过94%。
但是，这种水轮机需要一个操作叶片转动的机构，因而结构较复杂，造价较高，一般用于水头、出力均有较大变化幅度的大中型水电站。
轴流式水轮机转轮主要包含转轮轮叶、转轮轮毂、泄水锥三部分组成。
图1：轴流式混流式：混流式水轮机又称法兰西斯水轮机，水流从四周径向流入转轮，然后近似轴向流出转轮，转轮由上冠，下环和叶片组成。
图2：混流式转轮图3：混流式轴流式与混流式不同之处在于转轮的不同。
如图2与图3。
3、贯流式：贯流式水轮机的引水部件、转轮、排水部件都在一条轴线上，水流一贯平直通过，故称为贯流式水轮机。
贯流式水轮机应用水头范围一般在2~25m，单机出力从几千瓦到几万千瓦。
1）灯泡贯流式：灯泡贯流式水轮机组的发电机密封安装在水轮机上游侧一个灯泡型的金属壳体中，发电机水平方向安装，发动机主轴直接连接水轮机转轮。
灯泡贯流式水轮机组的水轮机部分由转轮室、导叶机构、转轮、尾水管组成；发电机轴直接连接到转轮，一同安装在钢制灯泡外壳上，发电机在灯泡壳内，转轮在灯泡尾端，发电机轴承通过轴承支持环固定在灯泡外壳上，转轮端轴承固定在灯泡尾端外壳上，发电机轴前端连接到电机滑环与转轮变桨控制的油路装置。
轴流转桨式水轮机转轮组装工艺研究
轴流转桨式水轮机转轮组装工艺研究摘要：因轴流转桨式水轮机结构形式的特点，其转轮在现场安装时具有部件和工序多，需要独立设置转轮和水轮机轴工位，占用工位和大型起重设备时间长，且容易成为进度计划中的关键任务等特点。
本文详细介绍国外某水电站轴流转桨式水轮机组转轮组装和整体吊装工艺和特点，分析其合理性。
关键词：轴流转桨式水轮机；四体联吊；转轮；水轮机大轴1. 概述该水电站位于非洲乌干达共和国南部、维多利亚尼罗河上，主要建筑物包括黏土心墙土石坝、混凝土重力坝溢洪道、发电厂房和开关站，电站总装机容量183.2MW，装设4台额定/最大功率为45.8MW/50.4MW的轴流转桨式机组，送出电压等级为132kV，单台机组额定引用流量约为345.0m3/s，电站以发电为主，正常蓄水位下水库库容量为1.6081×108m3 ，为径流式水电站。
该国无港口，最近邻国的蒙巴萨港口距项目现场1141.5Km，公路运输条件较好，全线只有一座桥梁。
设备和材料主要通过海运至邻国港口后，公路运输至现场；项目所在国有机场，但运输承载能力有限；该电站水轮发电机组和主要设备均由国内厂家制造后海运至现场。
2. 水轮机主要参数及特点（1）机组额定水头15.01m，最大水头（1台机组满发时）为17.9m，最小水头11.1m，机组额定转速88.24r/min，飞逸转速219.2 r/min，俯视机组旋转方向为逆时针方向。
（2）水轮机转轮整体吊装相关主要部件尺寸和重量参数见下表1。
（3）转轮中心体采用ZG06Cr13Ni4Mo材料、活动桨叶（单个转轮设置5片）采用ZG06Cr16Ni5M材质，均在厂内整体铸造后加工而成；活塞杆采用Forged 35CrMo材质；在超出转轮上法兰面276mm处设置操作油管和活塞杆连接法兰。
（4）转轮本体内所有零部件在工厂安装完成，进行转轮所有部件的预装、叶片密封试验、耐压试验、操作油缸的动作试验和转轮整体静平衡试验后，拆下叶片、泄水锥并排空本体内透平油，转轮整体和其余部件分别运往工地现场；转轮整体运输重量约为86t，运输尺寸2.89m×2.89m×3.4m（长×宽×高）。
水轮机轴流转浆说明书
3.1.2转轮室
转轮室法兰与底环法兰连接，内壁接口采用焊接，下法兰与尾水锥管连接，转轮室与机组轴线必须保持同心，保证其内壁与转轮叶片之间四周间隙均匀，转轮室中心的调整可使用螺栓顶紧装置。
3.1.3座环
座环是水轮机的重要部件，也是机组安装时的基准件。它承受蜗壳中的部分水压力和整台机组及混凝土重量，并将这些重量传递给电站基础。
转臂用卡环、销和叶片枢轴固定在一起。卡环在工作中要承受很大的离心力，分成两半。装入后，再装上限位环，以防止卡环脱落。
在转轮上凡零件之间有相对转动或滑动的部分，均设有用铸青铜制成的轴套或抗磨板，以减少相互之间的摩擦力。
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ZZ660-LH-300产品说明书
ZS235-SM
共12页
为缩短停机检修时间，主轴密封下部装有空气围带式的检修密封。检修密封耗气量为4.5L/次。
3.5主轴装配(ZS235-5)
主轴装配由中、下两根操作油管和主轴等零件组成，重约5t。主轴是由锻钢35A制成的空心轴，上端采用法兰和发电机轴用12个联轴螺栓M56×4联接。下端通过大法兰用16个联轴螺栓M56×3和转轮联接。并分别通过4个圆柱销A50×100、圆柱销A50×60传递扭矩。
3.2.5控制环
控制环由钢板焊接而成，安装在导流盖的环形槽中，由两个接力器驱动使之转动。下部法兰上均布有24个小耳孔通过连杆销与连杆相连，再通过导叶臂转动导叶，控制导叶转角及开度。
轴流转桨机组运行特性及常见问题
机组运行风险分析及预控
（4）关于导叶与桨叶协联关系破坏风险 当调速器轮叶协联关系不正确时，首先检查水头整定值是否与实际 运行的机组水头值一致，若不一致则立即调整一致，同时检查水头传 感器输出是否准确。然后，调整机组的工况，通过快速开启导叶，或 是缓慢调节负荷来将轮叶拖入协联曲线内，进而改善机组的运行状况。 如果是导叶调节系统故障导致协联破坏时，应手动调整导叶开度，改 变轮叶的协联关系。
组停机一段时间，待漏油积累到一定量时，再开机，观察尾水是否有油花来 判断有无漏油。
机组运行风险分析及预控
（2）关于空蚀磨损风险 桨叶采用抗空蚀、抗磨损并且具有焊接性能的不锈钢材料制造。 在叶片外缘采用不锈钢抗汽蚀裙边，可以减小转轮室的容积损失, 改善 叶片背面空蚀，加强了叶片端部强度，提高机组稳定性。 两个振动区：一个是机组本身的振动区，另一个是轮叶进入协联之 前的振动区；安宁河中泥沙含量较大，如水轮机运行在偏离最佳工况， 将加深空蚀的破坏强度。 日常运行中应根据水库来水情况及时向电网调度机构申请合理的负
3号机受油器存在漏油现象，导致油压装置压力突然降低，压油泵 频繁启动。 受油器回复杆存在轻微磨损情况。 5.真空破坏阀 真空破坏阀外观检查无异常，对真空破坏阀进行密封性能试验，发 现#24真空破坏阀阀盘渗水，分解#24真空破坏阀检查，发现阀盘 上的φ 6密封条老化破损。
6.主轴密封
机组经常出现主轴密封水流量低的情况，主要原因为主轴密封的材 料和安装原因。 本次2号机检修中发现，上层密封块磨损严重，下层密封块压紧弹簧 断裂一根，对上层密封块进行全部更换，对断裂的下层密封块压紧 弹簧进行更换，并在每个密封块内侧沟槽进水边增加了一个进水孔， 回装后通清洁水检查，流量计显示流量为7m³/h。 7.盘形阀 盘形阀关闭不严或无法关闭至全关位置。对尾水盘形阀、蜗壳盘形 阀进行检查，发现蜗壳盘形阀阀盘处有大量渣滓和淤泥。
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• 尾水管是反击式水轮机过流通道的最后部 分，其型式和尺寸对转轮出口动能的恢复 有很大的影响，而且在很大程度上还影响 着厂房基础开挖和下部块体混凝土的尺寸。 增大尾水管的尺寸可以提高水轮机的效率， 但却使水电站的工程量和投资增大，因此 合理的选择尾水管的型式和尺寸在电站设 计中是有很大意义的。
• 座环位于导叶的外围，它是 由上、下碟形环和中间若干 立柱组成的整体铸钢件。 • 座环顶部承受着发电机混凝 土机墩及其传来的荷载，外 缘与蜗壳焊接，内缘与顶盖 和底环相固定。 • 座环有整个水轮机中起着骨 架作用，并把所承受的荷载 传递到下部基础上去。
座环
转轮
• 转轮主要是由 叶片和轮毂组 成 • 上部与主轴的 下法兰以螺栓 联接 • 下部与泄水锥 相联接
进水设备
金属蜗壳：
• 当水轮机的最大工作水头在40以上时， 蜗壳通常是由钢板焊接或由钢铸造而成 （如下图），统称为金属蜗壳。 • 为了改善蜗壳的受力状态，金属蜗壳的 断面形状均采用圆形断面。 • 适用于高水头的混流式水轮机
进水设备
金属蜗壳形式：
导水机构
• 作用：导水机构的主要作 用是根据机组负荷变化来 调节水轮机的流量，以达 到改变水轮机输出功率的 目的，并引导水流按必须 的方向进入转轮，形成一 定的速度矩。 • 组成：通常导水机构是由 导叶及其转动机构（包括 转臂、连杆和控制环等） 所组成。
(2.00)
4
Hr 8 H Hmax
12
16
20
24
28
32
(6.00)
(10.00) N(MW)
第三节 特性曲线
原型机运转特性曲线：
36.0
87% 88% 89% 90% 91% Hs=-2
出力限制
32.0
Hs=-1
28.0
Hmin=24.7 24.0 4.0 8.0 12.0 16.0 N(MW) 20.0 24.0 28.0
接力器
导水机构
接力器的工作原理：
• 导叶的转动是通过其转动机构来实现的，每个 导叶轴的上端穿过水轮机的顶盖并用分半键与 转臂连成整体，转臂通过连接板，剪断销钉和 连杆与控制环相铰接。当接力器的油压活塞移 动时，推拉杆带动控制环转动，使导叶的开度 发生变化。
• 接力器工作原理.swf
导水机构
座环：
轴流转桨式
水轮机
第一节 概述
• 轴流式轮机的特点：水轮 机的水流在进入转轮之前， 流向已经变得与水轮机主 轴中心经平行，因此水流 在经过转轮时沿轴向进入 而又依轴向流出。
概述
• 轴流转桨式水轮机在运行时转轮的叶片是 可以转动的，并和导叶的转动保持一定的 协联关系，以适应水头和流量的变化，使 水轮机在不同的工况下都能保持有较高的 效率。 • 应用：轴流转桨式水轮机多应用在大中型 水电站上，其应用水头范围为3～80m。 • 实例：我国长江葛洲坝水电站上17万KW和 12.5万KW的水轮发电机组应用的就是轴流 转桨式水轮机。
进水设备
混凝土蜗壳：
• 混凝土蜗壳梯形断面的形式可能有四种（如下图）。
进水设备
混凝土蜗壳：
• 考虑到蜗壳顶部布置接力器的方便多采 用m=n和m>n的（a)、(b)两种形式。 • 当水电站的死水位较高，地基为岩基时， 为了减少进口段的开挖，多采用m<n (c) 的形式。 • n=0的平顶蜗壳可以减小厂房下部混凝土 量，但须注意由于断面的过分下伸会形 成水流的死角的情况。
原型机工作特性曲线：
工作特性曲线
90.0
32 86.0 24.72 82.0 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00 24.00 28.5
35.87
35.87 32 28.5 24.72
η (%)
28.00
32.00
N(MW)
第三节 特性曲线
原型机运转特性曲线：
2.00
Hmin
Hs(m)
91% 90% 89% 88% 87% Hs=-2 Hs=-1 出力限制 Hmin=24.7
H(m)
出水设备
直锥形尾水管：
• 特点：直锥形尾水管 一般用钢板制成，其 结构简单性能良好， 在各部尺寸选得合宜 时，其动能恢复系数 可达0.8～0.85.它仅 适用于小型水轮机。
出水设备
弯锥形尾水管：
• 特点：它是由一个等 直径的90°弯管和一 直锥管组成。水力损 失较大，尾水管的动 能恢复系数一般为 0.4～0.6。适用于小 型卧轴混流式水轮机。
叶片 泄水锥
轮毂
转轮
叶片：
• 叶片的表面为曲面，圆 柱断面为翼形，根部较 厚边缘较薄 • 叶片的数目主要依水头 大小来确定，一般为 4～8片。 • 叶片的转角一般在15°～+20°之间。
叶片
转轮
转动机构：
• 叶片的转动机构装在轮毂 内，其动作是同调速器自 动控制的。 • 机理：当压力油进入活塞7 的上方，就推动活塞上移， 活塞杆6随之上移，同时带 动操作架5上移，与操作架 相连的连杆4上移，这样就 拉着转臂3的右端围绕枢轴 2转动。
出水设备
弯肘形尾水管：
• 特点：它是由进 口直锥段、肘管 和出口扩散段三 部分组成，可以 减少厂房基础开 挖深度，适用于 大中型水轮机。
第三节 特性曲线
模型综合特性曲线：
• 从图可以看出， 转桨式水轮机 有比较宽广的 的高效率区， 因此它适宜于 在水头和流量 变化范围较大 的情况下工作
第三节 特性曲线
第二节 主要构造
进水设备 导水机构 转轮 出水设备
进水设备
混凝土蜗壳：
• 一般当水轮机的最大工 作水头在40以下时， 为了节约钢材，多采用 钢筋混凝土浇制的蜗壳， 简称为混凝土蜗壳。
进水设备
混凝土蜗壳：
• 它的断面形状多采用梯形断面。 • 由于断面可以沿轴向上或向下延伸，在断面 积相等的情况下它比起圆形断面则有较小的 径向尺寸，这对减小厂房尺寸和基建投资较 为有利。 • 特别适用于低水头大流量的轴流式水轮机。