水力机组辅助设备及自动化.docx

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1、水力机组辅助设备及自动化第一章：水轮机进水阀机器操作系统 一、进水阀的作用及设置条件 1、进水阀作用：岔管引水时构成检修机组的安全工作条件停机时间少机组漏水量和缩短中心启动时间防止飞逸事故的扩大 2、进水阀的设置条件：只有一根总管分给几台机组是，需在每台机组前设置进水阀当H120m的单元输水管可考虑设置进水阀H120m在进水口设置快速闸门 3、对进水阀的技术要求：工作可靠，操作简便结构简单，体积小，重量轻有严密的止水装置进水阀本身及其操作机构的结构金额强度都应满足运行要求，能承受各种工况的的水压力和振动。 二、进水阀的型式及其主要构件 常用水轮机进水阀：蝴蝶阀，球阀，筒形阀，闸阀。 1、蝶阀：

2、 主要由圆形的阀体和可在其中绕轴转动的活门和其他部件组成。据蝶阀阀轴的布置形式分为立轴和卧轴两种形式。 1）立轴的下部轴承容易沉积泥沙，需要定时清理 2）立轴照做机构的操作机构位于阀体的顶部，利于防潮，维护检修，需要一个刚度很大的支座来支撑，结构复杂。卧轴的操作机构可分部两侧or一侧，可用混泥土地基做基础，结构简单。 3）立轴的阀体组合面一般在一个水平位置，而卧轴则在一个垂直位置，安装和检修复杂。 4）立轴布置紧凑，体积小。 多泥沙电站优先选择卧轴蝶阀。 主要部件：阀体，活门，阀轴，轴承，密封装置，锁锭装置，操作机构等。 主要特点：结构简单，尺寸小，重量轻，造价低，操作方便；能动水关闭，可用作

3、机组快速关闭的保护阀门，可防机组飞逸。活门对水流流态有影响，有水力损失和汽蚀，封水性不好，密封件易损。 目前蝶阀dmin=8.23m，最高工作水头300m.。一般是用于H200m以上，dmin=3.4m。 3.筒形阀 安装在水轮机活动导叶和固定导叶之间，一般采用几台大力矩的低速油压马达和直缸接力器作为动力。 特点：水力损失小，关闭后可减轻导叶的间隙汽蚀破坏和泥沙磨损，延长导水机构的检修周期；和蝶阀比较，结构简单，造价低，节省电站空间，厂房跨度和土建投资。但检修引水部件时，要求关闭压力钢管前的进水阀，对顶盖结构设计要求更高。 常用于多泥沙电站。我国漫湾首次运用。 4、闸阀 主要部件：阀体，阀盖，

4、阀板等。 特点：水力损失小，密封性好，不会由于水的冲击而自动开关，则不需要锁定装置。但体积大，重量大，操作力矩大，启闭时间长，一般仅作为检修阀门，截断流水。 使用于水头小于400m以下，引水管道直径小于1m的小型卧式机组。 三、进水阀的操作方式和操作系统 1、进水阀的操作方式： 按操作动力的不同分类：液压、电动、手动操作三种类型。 液压操作一般采用油压或水压通过配压阀、接力器来实现。油压用于电站水头小于120150m，水压用于水头大于100150m. 液压操作机构主要有：导管式接力器常用于立轴进水阀，摇摆式接力器广泛用于大中型进水阀，刮板接力器前景好，环形接力器已广泛运用。 2、进水阀操作系统

5、： 大中型电站的进水阀操作系统一般采用自动控制方式，有控制元件，放大元件，执行元件，和连接管道等组成。 监控系统有：继电器监控方式和计算机监控方式 3、进水阀的选型：确定进水阀型式，确定阀门直径，确定操作方式 第二章：油系统 一、水电站用油种类及其作用 1、润滑油：包括润滑油和润滑脂两种 润滑油类：透平油，机械油，压缩机油 润滑脂类：钙基润滑脂，钠基润滑脂。 2、绝缘油：变压器油，开关油，电缆油。 3、油的作用 (1)透平油：润滑，散热，液压操作。 (2)绝缘油：绝缘，散热，消弧 二、油的基本性质和分析验化 1、油的基本性质及其对运行的影响 (1)粘度：绝对粘度，相对粘度油变质，粘度增加。粘度

6、低，闪点低。温度升高，粘度上升，压力上升，粘度减小。 (2)闪点：是保证油品在规定的温度范围内储存和运用上的安全指标。沸点低，则闪点低，使用后闪点升高，但是如果出现局部过热或电弧作用时显著下降。新透平油闪电规定需高于180，新绝缘油不低于135 凝固点酸值抗氧化性抗乳化性水分机械杂质水溶性酸和碱绝缘强度介质损失角正切tan 三、油劣化的原因及后果 根本原因：又被氧化 1、影响因素：水分，温度，空气，天然光线，电流，其他因素。 2、有的进化处理：沉清，压力过滤，真空过滤 3、油的再生：吸附处理，投入添加剂，其他再生在油服务中心进行。 四、油系统的任务、组成和系统图 1、任务：接受新油，储备净油，

7、向设备充油，向运行设备充油，从设备中排出污油，污油的净化处理，有的监督和维护，废油的收集。 2、组成：油系统是用管网将用油设备，贮油设备、油处理设备连成一个油务系统。包括：油库，油处理室，油化验室，有再生设备，管网，测量和控制元件。 3、系统图：把主机和辅机、或辅机与辅机之间的关系及其连接管道和元件，用规定的符号绘制的示意图，他只表示设备、管道之间的关系，而不表示设备、管道的尺寸和高度。 五、辅助设备的一般布置和防火要求 1、布置的一般原则：满足运行要求，满足施工、安装和检修要求、满足经济要求，满足要求。 第三章：压缩空气系统 一、水电站压缩空气的用途 1、水电站压缩空气的勇气对象：油压装置压

8、油槽用气有干燥要求，配电装置中空气断路器和气动隔离开关用气，机组停机时制动装置用气，机组作调相运行时向转轮室压力用气，寒冷地区的水工闸门、拦污栅及调压井等的防冻吹冰用气、其他用气。 2、压缩空气系统的种类、任务和组成：种类，厂内高压气系统，厂外高压气系统，厂内低压气系统，场外低压气系统。任务，及时地满足用气设备对压缩空气的气量、质量的要求。组成，一般有空气压缩装置、供气管网和测量控制元件组成。 二、活塞式空压机 1、气体基本状态参数：压力，温度，比容。 2、空压机的理论工作过程： 吸气过程：空气保持吸入前的状态 压缩过程：根据空气与气缸壁换热情况不同，可分为等温过程，绝热过程和多变过程 排气过

9、程：气体状态保持压缩终了是的状态。 功耗过程：根据压缩过程中的散热情况，空压机的理论工作过程可分为等温循环，绝热循环和多边循环。 3，活塞式空压机的压缩极限和多级压缩。 压缩机极限：当压缩比增大到某个极限时，存留在余隙容积中的空气将在气缸中做压缩膨胀压缩的循环，空压机将没有吸气和排气的过程。空压机在单级压缩时，压缩比一般不超过5. 多级压缩 定义：将几级气缸串联起来工作，使空气受到连续多级压缩。 使用原因：单机压缩的压缩比一般不超过5，但是当需要超过5时就需要采取多级压缩方式。 优缺点：省了压缩功，降低排气温度，减少余隙容积的影响。而且随着级数的增加，压缩功将进一步减小，排气温度将进一步降低，

10、余隙容积的影响减小。但级数多，结构复杂，造价高，一般不超过56级。 4、空压机的选型：排气量，排气压力 5、空压机的附属设备及其作用 空气过滤器贮气罐汽水分离器冷却器 三、机组制动供气 1、类型、原理和特点 机械制动：在机组停机过程中，当转速降低到额定转速的3040%时，投入机械制动装置，在压缩空气的作用下，通过通过制动阀上的耐磨制动块和机组制动部件产生摩擦力力矩来实现制动。运行可靠，方便，通用性强，耗能少，中东柔和；制动块易磨损，影响发电机冷却效果；磨损粉尘会污染定子绕组，妨碍散热，降低绝缘水平，检修工作量大；会因温度急剧上升变形，龟裂。 电气制动：当机组和电网解离后，倒也关闭，发电机灭磁，

11、机组在摩擦力矩的共同作用下转速下降，当到额定转速的4060%时，合上发电机定子绕组出线端的制动断路开关，给转子绕组恒励，产生与与转子旋转方向相反的电气制动力矩，和其他摩擦力矩的共同作用下实现制动。特点：可靠性强，无磨损污染，维护工作量小，没有噪音和振动转速降低时制定力矩反而增大，制动投入转速不受限制，对高速大容量机组和承担风荷频繁启停的机组有明显的优越性，尤其适用于可逆式机组，需要有机械制动作为备用。适用于大中型机组。 反向射流制动：冲击是机组的制动一般采用专用喷嘴使反向水流冲到斗叶的背面，以产生制动力矩来实现制动。 四、机组调相压水供气 为了提高电力系统的功率和保持电压水平，有时可利用水轮发

12、电机组作同期调相运行，这时水轮机导叶关闭，发电机做同步电动机运行，从电网中吸收电能，并向系统输出感性无功功率。转轮在水中作调相运行还会产生不同程度的汽蚀，因此当机组作调相运行时，为了减少有功损失，希望转轮脱水运行，目前广泛采用的方法为：利用压缩空气把转轮室的水面压至转轮一下一定位置，以减少电能损耗，这就是调相压供气。 影响给气压水效果的因素有：给气压力，给气管道，贮气罐容积，转轮型号、尺寸、转速，给气位置，下游水位，尾水管高度，导叶漏水量等 五、油压系统供气 1、油压装置供气目的：因为有的压缩性很小，而空气具有良好的弹性，故压油槽有透平油和压缩空气组成，其中透平油站溶剂的30%40%，其余的6

13、0%70%是压缩空气，额定压力为2.5MPa或4.0MPa两种，利用油和空气来保证和维持调节系统所需要的工作压力。但是空气必须清洁和干燥。 2、空气的干燥方法：物理法、化学法、降温法、加热法等 3、油压装置供气方式：一级压力供气和二级压力供气方式两种方式。 六、配电装置供气 1、主要对象：利用压缩空气灭弧和操作的空气断路器；使用压缩空气操作的隔离开关和其他形式的开关。 2、技术质量要求：气压要求，进入配气网和断路器贮气筒内压缩空气压力应不低于电气设备的额定工作压力。干燥要求，对于一般电气设备，要求在最大日温差下压缩空气的相对湿度不大于80%清洁要求：要求采取过滤措施，以提高压缩空气的纯净度。

14、第四章、技术供水系统 一、技术供水的对象及作用 1、水电站供水包括：技术供水、消防供水和生活供水 2、技术供水主要是对运行的主机及辅助设备进行冷却和润滑。 3、供水对象：发电机供电冷却器，机组抽成冷却器，水轮机导轴承的水润滑，水冷式变压器的冷却，水冷式变压机的冷却，油压装置的冷却，其他供水对象。 二、1、用水设备对技术供水的基本要求：水量，水压，温度，水质化学杂质 三、技术供水的净化与处理 1水的净化：清除污物清除泥沙 2水的处理：除垢除盐 四、技术供水的水源及供水方式 1、水源： 上游取水下游取水，地下水源。 2、供水方式：自留供水，水泵供水，混流供水，射流泵供水，水轮机顶盖供水，其他供水方

15、式。 3、设备配置方式：集中供水，单元供水，分组供水。 五、水泵的选择方式 1、水泵工作点：水泵特性曲线和管道特性曲线的交点。 2、水泵分类：卧式离心水泵，深井泵，潜水泵。 3、取水口，排水管出口，滤水器的设置 在技术供水系统中，取水口一般设置在上游坝前、下游尾水、压力钢管、蜗壳、尾水管侧壁或顶盖上，还得设置有工作取水口和备用取水口。每个取水口的流量按供水机组最大用水量加上最大消防用水量来确定。取水管还得设有拦污栅。 机组冷却水排水管出口一般设置在最底为水位以下 滤水器装设在供水管路上，一般装设在供水系统每个取水口后或每台机组进水总管上。必须满足在清污时不中断机组的供水，滤水器应设有反映堵塞情

16、况的装置，一般采用压差信号器。 4、技术供水常用的阀门：闸阀、截止阀、旋塞阀，止回阀，安全阀，减压装置 六、消防供水系统的简介 1、灭火材料：沙土，化学灭火剂，水 第五章、排水系统 一、 排水的类型和内容 1、设置排水系统的目的：排除生产用水、生活污水、检修积水，保证电站设备的正常运行和检修。 2、水电站排水分类 生产用水排水：水量大，设备位置较高，一般靠自压直排下流，列入技术排水。 渗漏排水：排量小，不集中，且很难用计算方法确定，在场内分布广，位置低，不能靠自压排至下游。需要设置集水井，积水廊道，把水集中起来，再用说泵排至下游。 检修排水：排水量大，所处位置低洼，只能采取水泵排除。必须保证将

17、渗漏和检修积水及时、可靠、安全地排除。 二、渗漏排水 1、生楼排水的方式你：集水井排水，廊道排水 2、渗漏水量的估计 集水井的有效容积：工作水泵启动水位与停泵水位之间的容积 集水井的备用容积：工作水泵启动水位之备用泵启动水位之间的容积 集水井的安全容积：报警水位至不允许淹没的厂房面积之间留出的安全距离 3、影响渗漏水量的因素：电站地质，地形条件，水工建筑物的布置和施工情况，设备的制造和安装质量，季节影响等等。 4、渗漏排水的常用水泵：卧式离心泵，立式深井泵，射流泵，潜水泵等 5、渗漏排水操作方式：自动操作方式，由水位信号器控制工作水泵和备用泵的启停，并在水位过高时发出报警信号，可用继电器和计算

18、机来实现。 三、检修排水 1、排水方式： 直接排水：将各台机组的尾水管与水泵吸水管用管道和阀门连接起来，机组检修时由水泵直接将积水从尾水管排除。一般采用卧式离心泵。 廊道排水：将各台机组的尾水管与排水廊道连接，机组检修时，先将积水排入排水廊道，再由水泵排水廊道中排除。立式深井泵。 2、检修排水的水泵：卧式离心泵，立式深井泵，潜水泵，新建电站一般采用立式深井泵 第六章、辅助设备系统的设计 一、辅助设备系统设计的任务 1、辅助设备系统包括：进水阀、油系统，气系统、水系统。 2、水电工程的设计阶段一般有：流域开发规划，工程可行性研究，初步设计，技术设计，施工设计等阶段。辅助设备系统包括只有后三个阶段

19、。 二、设计成果 包括：计算书，说明说，图纸 第七章、水利监测系统常用的传感器和仪表 一、非电量电测原理及传感器 1、典型的非电量电测系统包括传感器、电气测量仪表、测量电路、稳压电源四个部分。 2、传感器 应变效应：导体电阻随其机械变化而变化。 电阻应变片：既是元件式传感器，使用简便，测量精度高，体积小，动态响应好，广泛用于测量力，压力，转矩，加速度等。类型有：金属式电阻应变片，半导体式电阻应变片 压阻效应：对半导体材料施加作用力使之产生应变效应时，其电阻率随之而变化。半导体式电阻应变片特点：灵敏度系数较大，热稳定性差，非线性严重。 压电效应：当晶体发生机械变形时，晶体相对两面上发生异号电荷，

20、这种现象叫压电效应。压电式传感器是利用某些介质的压电效应来工作的，不能用于静态测量，适宜于动态测量。 二、水力监测系统常用的检测仪表 1、温度仪表：玻璃温度计、压力式温度计。 2，压力和压差仪表：弹性式压力表电接点压力表压力信号器压差计采用国际标准信号制采用集成电路采用24VDC集中供电结构合理可构成防爆系统。 3、DDZ-仪表的单元划分：变送单元、转换单元、计算单元、显示单元、给定单元、调节单元、辅助单元、执行单元、安全单元。 四、智能仪表 1、概念：以微处理器为核心，将cpu、存储器、A/D转换器和输入、输出等功能为一体，采用数字化双向通讯方式，完成检测、变换、放大、计算、存储、控制、调节

21、、通信、诊断等一体化综合功能，可实现一台设备多参数测量和多台设备公用一条总线。 2、特点：采用数字通讯，具有综合性能，减少现场信号的引线数量，简化了系统结构，使调试和维护工作量减少，自动化程度高，具有互换性和互操作性，有利于系统的更新和设备的改造。但是价格比较贵。 五、应变仪 1、种类：静态、动态、静动态、超动态应变仪。 2、组成：电桥，振荡器，放大器，相敏检波器，低通滤波器，稳压电源 第八章、水电站水力检测系统 一、水电站水力检测的目的和内容 1、检测项目：经常性测量项目：电站上、下游水位和装置水头，水轮机工作水头，水轮机流量，拦污栅前后压差，蜗壳进口压力、水轮机顶盖压力、尾水管进口压力可选

22、项目：水轮机相对项目，水轮机汽蚀、振动及轴向位移其它选项：水库水温，油、气、水系统的监测。 2、要求：保证电站安全、经济运行，为促进水力机械基础理论的发展，积累和提供必要的资料，鉴定、考查已投入运行机组的性能等。 二、水轮机工作水头的测量 1、主要是测量压力水头值，然后加上位置水头和速度水头 2、测量方法：直接测量蜗壳进口处的压力值；测量蜗壳进口和尾水管出口的压力差 3、仪表选择：被测压力的最大值应按最大作用水头与水锤附近加值之和计算，并以此来确定仪表两成上线。 三、水轮机引排水系统的检测 1、检测项目：进水口拦污栅前后压差的检测 2、蜗壳进口压力的检测 3、水轮机顶盖压力的测量 4、尾水管的

23、检测：尾水管进口压力、真空的测量尾水管出口压力的测量尾水管水流特性测量。 四、机组相对效率的测量 1、机组相对效率：发电机输出的有功功率Nf与水轮机引水流量Q和水轮机工作水头H之积的比值，即Nf/QH. 五、水轮机汽蚀的测量 1、目的：为了考察原型水轮机在不同工况下的汽蚀特性，从中得出汽蚀随工况变化的规律，用以指导水轮机的运行，使其避开严重汽蚀区，确保水轮机安全、经济运行。 2、测量方法：声学法电阻法 六、机组振动和轴向位移的测量 1、机组振动目的：需要对某些水轮机组进行振动测量，以便查明振动原因，研究振动特性与规律，提出减小振动的有效措施 2、机组振动试验：转速试验，励磁电流试验，负荷试验，

24、调相运行试验，补气试验 3、机组振动测量方法：机械式示振仪，电测法 4、机组轴向位移的测量 目的：机组主轴出现较大的位移量，甚至超过允许范围，成为重大事故的隐患。为了保证运行正常，人生安全。 第九章：水轮机流量的测量 一、1、测量目的：准确的测定原型水轮机的真是效率；制定机组间和电站间负荷的合理分配；准确掌握水库的操作概况，推算出水库的渗漏水量和蒸发水量 2、基本方法：容器法，节流器，堰流阀，差压法，流速面积法，去锤法，标记法，超声波法，计量仪表法。 二、1、距机组中心越近，流速越大，压力越大；反之，流速越小，压力越高。 2、测压孔可布置在蜗壳上的任意两点，也可布置在蜗壳某一径向断面两点，只要

25、这两点能符合所希望得到的压差值即可。 3、Q=Kh：对于水轮机蜗壳，无论是金属蜗壳，还是混泥土蜗壳，流量q相当准确的正比于不同直径上两电压差h的平方根，k是常数。 三、流速仪法测流 1、特点：进度高，成果可靠，应用广，多用于水轮机原型效率试验中 2、测流断面的选择：测流断面应有一定的尺寸，具有规则的几何形状，并能进行几何测量，测量断面一水流方向垂直，断面内流速分布必须正规；测量断面应位于管道直线段，断面上游侧的直管长度L=20D,下游侧长度L5D；在测流断面与水轮机进口断面之间不允许存在流量渗漏损失；必须防止悬浮物进入测量断面。 四、水锤法测流： 1、适用于压力管道中的流量测量。 2、 水锤压

26、差示波图的分析与流量计算：确定导叶关闭的的起始点；确定倒也关闭的终止点；确定两测压端面间的水头损失；划分示波图面积；计算各分块面积交界线处的水头损失值；推求水头恢复曲线；计算流量值。 五、超声波法和浓度发测流简介 1、浓度法原理：在流过封闭管道或明渠的流体中混入适当的物质作为标记物，此标记物必须能与被测物地很好的混合，且不妨碍流体的流动和使用，通过测量混合后流体的浓度即可求得流量。 2、步骤：注入标记物，使标记物与待测流体很好的混合，对混合物进行取样分析 3、超声波法测流：时差法，相差发，频差法 第十章、水力检测系统的设计 1、步骤：搜集有关资料；确定监测目的监测设备的选择拟定水利监测系统图，绘制施工详图 2、测压管道的选择：管径选择，管长选择，管材选择 3、测压管嘴的选择：一般静压测嘴，特殊静压测嘴，斜截面反向侧嘴，斜截面正向测嘴，全压与静压测嘴，全压测嘴。