水力机组辅助设备复习资料

主阀作用及设置条件

对主阀的要求

进水阀是机组和水电站的重要安全保护设备，因此，对进水阀的结构和性能有较高的要求。主要技术要求如下；

(1)长期关闭时漏水量小，长期使用时，密封装置不易磨损，且便于更换。
(2)关闭力矩小，开启时水力损失小，过水能力大。
(3)关闭时间任意调整。
(4)截流装置及传动机构强度足够。
(5)结构简单，造价底，工作可靠。
(6)当机组发生飞逸转速或压力钢管爆破时，应尽快截断水流。

主阀的设置条件

主阀型式及主要构件

球 阀

1.适应条件：
    适用于水头在200米以上，转轮直径小于3米的电站。球阀通常采用卧轴结构。

2.主要构件：
    主要由两个半球组成的可拆卸的阀体和圆筒形活门及附属设备（卸压阀、排污阀、空气阀、止漏装置等）组成。在开启位置时，圆筒形活门的过水断面与引水管道直通，关闭时活门旋转90度，截断水流。球阀的阀体通常采用铸钢件。阀轴和活门为整体结构时，可采用铸钢整体铸造或分别铸造后焊在一起。目前多采用双重止漏装置的球阀。

1.制动操作分:自动、手动.
　 (1)自动制动操作：机组在停机过程中，当转速降底到规定值（ 通常为额定转速的35%）时,由转速信号器控制的电磁空气阀DKF自动打开，压缩空气通过空气过滤器, 由阀1,阀2,三通阀，再进入制动闸，对机组进行制动.制动延续时间由时间继电器整定（2分钟），延时后,DKF动作复归,制动用的压缩空气通过三通阀,阀2,DKF的下部, 然后排出,制动完毕.
　 (2)手动操作：动作阀门3,压缩空气通过三通阀进入制动闸,对机组进行制动;制动完毕后,动作阀4,压缩空气排出,制动完毕。一般自动化元件失灵或检修时,可用手动操作。
　 2.顶起转子：切换三通阀,接高压油泵,并切换制动系统各元件与动闸的联系, 用手动或电动油泵打油到制动闸,顶起转子8～12毫米，开机前通过阀门排出动闸中的油致回油。

水电站的供水包括:技术供水,消防供水和生活供水.本章主要讨论技术供水.水电站的技术供水对象是各种机电远行设备,其中主要是水轮发电机组,水冷式变压器,水冷式空压机等.技术供水的主要作用是对运行设备进行冷却和润滑,有时水用作操作能源(如射流泵,高水头电站的进水阀操作等).
发电机一般采用密封通风式冷却，冷却器中通入水，靠风扇和离心力作用，热空气排到冷却器进行冷却，空气冷却后再重新进入发电机内。
　　空气冷却器是一个热交换器，它是由许多根黄铜管组成，冷却水由一端进入空气冷却器，吸收热空气的热量变成温水，从另一端排出。空气冷却器大致分为三类：半水内冷式，双水内冷式和全水内冷式。
　　空气冷却器的冷却效果与发电机的功率及效率有很大关系：当进风温度低时，发电机的效率高,发出的功率大；反之则效率低，功率减小。　　下面分别讨论各供水对象及起作用.

清除污物

滤水器是清除水中悬浮物的常用设备.按滤网的形式分为固定式的和转动式两种

取水口
　1.取水口布置应考虑下列要求：
　　(1)取水口设置在上游或下游侧时，其位位置一般应设置在最低水位2m以下;
　　(2)坝前取水口应按水库水温和含沙量情况分层设置;
　　(3)取水口布置在流水区。

1.排水管出口 排水管出口应设在最低尾水位以下，排水口前设置拦污栅，防
止鱼群或飘浮物进入堵塞水管。

排水内容和方式

水电站厂内排水系统的任务是：避免厂房内部积水和潮湿，保证机组过水部分和厂房水下部分的检修。
　　需要排出的水,可概括为以下几类:
　　一 生产用水的排水
　　生产用水的排水包括:发电机空气冷却器的冷却水;发电机推力轴承和上下导轴承油冷却器的冷却水;稀油润滑的水轮机导轴承油冷却器的冷却水;油压装置的冷却水等.
　　这类排水的特征是排水量较大,设备位置较高能靠自压排至下游.所以一般都将它们列入技术供水系统 的组成部分,不再列入排水系统.
　　二 机组和厂房水下部分的检修排水
　　每当检查、修理机组的水下部分或厂房水工建筑物水下部分时,必须将水轮机蜗壳、尾水管和压力引水管道内的积水排除.
　　检修排水的特征是排水量大,所在位置较低只能采用水泵排水.为了缩短机组检修期限,排水时间短,并特别注意尾水闸门或主阀的漏水量,选择容量足够的水泵,避免不能抽干或排水时间过长等不良后果.排水方式应可靠,注意防止因排水系统的某些缺陷引起尾水倒灌入厂房,造成水淹厂房的危险.
　　三 渗漏排水
　　(1) 机械设备的漏水,水轮机顶盖与大轴密封的漏水:混流式水轮机通常用不少于两根具有足够断面的排水管,穿过固定导叶中部孔,把这一部分漏水自流排入集水井;轴流式水轮机则专门用水泵按水位自动控制启停,将这一部分漏水量直接排至下游.
　　(2) 下部设备的生产排水如:冲洗滤水器的污水;水冷式空压机的冷却水;油水分离器及贮气罐的排水;空气冷却器壁外的冷凝水;空调用水的排水等,当无法直接靠自压排至厂外时,纳入渗漏排水系统.
　　(3) 厂房下部生活用水的排水;
　　(4) 厂房水工建筑物的渗水,低洼处积水,地面排水.
　　渗漏排水的特征是排水量小,不集中,并很难用计算方法预计给以确定;位置较低,不能靠自压排出.因此需要设置集水井将上述渗漏水收集起来,然后用水泵抽出.
　　合理设计渗漏排水系统,才能保证厂房不致积水,不致潮湿.

厂内渗漏水,一般通过排水沟和排水管,引至设在厂房最低部的集水井中,再用专设的渗漏排水泵排至下游
　　一 渗漏水量的估算
　　渗漏水量是选择确定渗漏排水设备参数的重要依据,但它一般很难通过计算方法予以确定,因为它与电站的地质条件、水工建筑物的布置和施工情况、设备的制造和安装质量、季节影响等多种因素有关.
　　通常在确定渗漏水量时,先由水工部分提出厂房水工建筑物的渗漏水量的估算,然后参考以运行的类似电站的渗漏水情况,分析本电站的实际情况,并留有一定的余地,确定出渗漏水量值q(),作为设计的依据.
　　装有混流式水轮机的水单站,厂内渗漏水量主要来源是水轮机顶盖和大轴密封漏水,而大轴密封又占其中绝大部分.电站设计时所需的漏水量数值,由制造厂提供.一般,橡胶平板密封为0.5-1L/min,端面密封为5-7L/min.由于轴流式水轮机的顶盖排水,一般由制造厂配置专门的顶盖排水泵排除,因而装有轴流式水轮机的水电站,厂内渗漏水量主要是水工建筑物的渗漏水,其中以混凝土蜗壳的渗漏水为主.其它生产中排出的污水,如滤水器冲洗污水、空气冷却器冷凝水、油水分离器及贮气罐排水等,因水量很小,估算时可略去不计.
　　当下游水位很高,厂区渍水不能自流排出时,应设置专用的排水系统,不应引入厂内渗漏排水系统,以确保安全.
　　二 集水井容积的确定
　　集水井内,工作水泵起动水位与停泵水位之间的容积,称为集水井有效容积,如右图所式.
　　渗漏集水井的有效容积,一般按容纳30-60min的渗漏水量来考虑.即:

　　　　　　　　　　　　　　　　　　(5-1)

式中 q-----渗漏水量().也就是说,由于有了集水井,渗漏排水泵不必连续运转,而是每隔半小时至一小时起动一次.
　　由于影响申漏水量q的因素较多,在电站设计时,很难预计电.站建成后土建和机组设备的渗漏水情况.因此,很多电站在设计过程中往往不再估计渗漏水量值,而是根据本电站厂房布置情况,参考类似已建成电站的数据,直接确定集水井的有效容积.
　　集水井有效容积过小,则水泵电动机需频繁启停,浙江缩短设备的使用寿命.在不增加开挖和土建投资的情况下,宜增大集水井有效溶剂,减少水泵起动次数,增厂每次运行的时间.
　　集水井应布置在厂房底层,能把最低一层设备及该层地面的渗漏水,依靠自流排入集水井.采用卧式离心泵是,按此要求确定集水井井顶高程.
　　　　三 渗漏排水泵选择
　　水泵流量可按水泵工作10-20min排干集水井有效容积中积存的渗漏水来选择.即　　　　 　左式中,未计水泵工作期间流入集水井的渗漏水,因此水泵实际的工作时间要比计算所取值略大.
　　若设计中渗漏水量值q已经确定,则水泵流量Q(泵)应为渗漏水量q的3-4倍,即　　上式保证水泵有足够的排水能力,并且保证有一定的停泵时间.
　　水泵所需的扬程,应按集水井最低工作水位(停泵水位)与电站全部机组满发时的尾水位之差,并考虑克服管道阻力所引起的水力损失来确定,并按最高尾水位校核.应选择两台同型水泵,其中一台工作,一台备用.每台的流量与扬程都应满足计算所要求的数值.
　　水泵类型的选择:渗漏排水泵工作的可靠性直接关系到厂房和设备的安全,而泵的可靠性与泵的类型有关,常采用的有卧式离心泵、立式深井泵、射流泵和潜水泵等型式。

一　检修排水量的计算
　　检修排水量的大小,为一台水轮机通流部件内的积水和检修期间上下游闸门的漏水.
　　　　1.需排除积存水容积的计算
　　一般在蜗壳和压力钢管的最低处设有排水阀,经管道与尾水管相通.检修排水时,先将机组前的蝴蝶阀或进水口闸门关闭,打开蜗壳及压力钢管的排水阀,使蜗壳和压力钢管内要高于下游尾水位的存水自流排至下游,以减少排水设备的排水量.到压力钢管、蜗壳及尾水观中的水位等于下游尾水位时,在关闭尾水闸门,利用检修排水设备将积存余水排走.如右图:
　　这样,下游尾水位以下需用排水设备排除的积存水总容积V可按下式计算　　式中　　----压力水管积存水容积();----蜗壳积存水容积();----尾水管积存水容积()
　　各项积存水容积均取检修时的下游尾水位以下的容积.可按压力水管的结构尺寸和布置情况进行计算，和则根据制造厂提供的图纸尺寸计算。积存水多少与检修时的下游尾水位密切相关：下游尾水位越高，不能靠自流排出的积存水越多。设计计算时,应对电站的具体情况和特点进行分析,确定检修时可能遇到的最高尾水位,作为设计依据,一般按一台机组检修、其他机组以额定功率发电考虑,也有电站需考虑泄洪、通航等放水情况下的下游尾水位.
　　　　2.上、下游闸门漏水量计算
　　上、下游闸门单位时间漏水量,可按下式分别进行计算　式中　　L----闸门水封长度（m）；q----闸门水封每米长的单位时间漏水量（l/s.m）。它与闸门止水装置的构造及闸门制造安装质量等有关。一般对进水口闸门取q=1-2 l/s.m；尾水闸门取q=2-3 l/s.m；蝴蝶阀（有围带者）可取q=0.5 l/s.m；采用球阀时，则可不计其漏水量。

三　检修排水方式
　　检修排水有直接排水和廊道排水两种.
　　直接排水:检修排水泵以管道和阀门与各台机组的尾水管相接.机组检修时,水泵直接从尾水管抽水排出.
　　廊道排水:厂房水下部分设有相当容积的排水廊道.机组检修时,尾水管向排水廊道排水,再由检修排水泵从排水廊道或集水井抽水排出.由于排水廊道容积足够大,开始向廊道排水时,尾水管内水位迅速下降,在尾水闸门内外侧产生水压差(一般为1.5-2cm),将闸门压紧在门框上,因而使闸门的漏水量减少,可大大缩短排水时间.
　　采用直接排水方式，一般选用卧式离心泵．而采用廊道排水方式时，则大多选用立式深井泵．也有的电站,采用廊道、深井泵排水方案,但排水廊道的容积不按尾水管水位产生骤降来考虑,仅作为一个排水通道.
　　根据当前钢阀门设计与制造的情况来看,采用弹性反轮或其他方式也可以有效的将尾水闸门推向门框,达到减少闸门漏水的目的.

离心泵启动充水

　　 水泵起动前,泵壳、转轮室及吸水管内必须把空气完全排出,充满水.当泵的叶轮安装高程在取水位以上时,开泵前泵体内是空气,空气的密度比水小,叶轮旋转排不掉空气,形成不了真空,水就不能升到泵体里来.所以,最好把水泵叶轮布置在最低取水位以下,以便自动充水;当不能满足时,应设置启动充水设施.
　　离心泵常用的起动充水法方法有:
　　一 装底阀手动充水
　　底阀是专门装于水泵吸水管端部的止回阀。和止回阀一样也分为升降式和旋转式两种。不同点是底阀下端是开敞的，且装有拦污网，防止杂物进入水泵内。水泵吸水管入口装设底阀，防止水流掉。起动前打开灌水阀，向泵内灌水，待水灌满后，关闭灌水阀，起动水泵。亦可将灌水阀常开一小开度，经常向泵壳注入少量水，补偿底阀漏去的水量，是泵壳及吸水管内经常充满水。灌水阀可以从供水干管取水，也可以在水泵止回阀旁设小口径旁路管，管上装灌水阀门充水，见右图一：
　　二 设置真空泵，不装底阀
　　利用真空泵将水泵泵壳体内空气抽出，形成一定的真空度（负压），水从吸水管吸上，充满泵体，当被抽到一定真空度时即可起动水泵。如果在真空泵吸气管上装设示流信号器，则可利用它自动启动水泵并停止真空泵，达到自动控制的目的。
　　常用的真空泵有三种:S━水环式 Z━真空式 B━悬臂式。
　　三 设置射流泵，不装底阀
　　利用射流泵高速射流形成真空，将离心泵内的空气吸进混合室，与射流形成混合乳状的水气混合流体，通过扩散管排出。当射流泵排出的水从雾状变为清水时，就说明水泵已充满水。见右图二

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