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CJYH09-L-170/6×15型冲击式水轮机系立轴单转轮六喷嘴冲击式水轮机，与发电机组成两支点水轮发电机组。该水轮机由喷嘴装配、转动部份、预埋部份、管路部份、机盖装配、油轴承、工具等部份组成。水轮机转轮与发电机主轴采用法兰连接，摩擦力传递扭矩。水轮机转轮系整体铸造而成，最大外径为φ2190.1mm，拆卸转轮采用下拆方式。该型立轴六喷嘴水轮机的喷嘴采用的是全新单元组合式结构，喷嘴、偏流器组成一体，以进水管定位装在进水管的喷嘴座上。为便于转轮和喷嘴的装拆与检修，在机座的下方设有平水栅，平水栅同时也起到均衡排水作用，减少对尾水渠的冲刷。在平水栅中间铺有两根轻型钢轨，运输小车将转轮或喷嘴，沿此轨道经运输通道运出或运入机坑。由直流式内控喷嘴和偏流器组成的双重调整机构，调节性能良好，能满足电能质量和调节保证的要求，确保机组和压力钢管的安全。每台水轮机的进水管前装有一个直径为φ1600mm的进水阀装置。喷针及偏流器接力器均采用单腔油压控制，操作油压6.3MPa，压力油取自调速器。机组和冲击式专用调速器、自动化元件组成一个完整的自动化操作系统，中控室一个脉冲，机组能自动启动带负荷、自动停止、正常运行、事故报警和停机。机组采用的内拆式水力自关闭喷嘴具有以下特点：1）喷针利用油压开启，水力自关闭，当电站的操作油失压时，喷针能在水力作用下自动关闭。喷嘴关闭后，如果关闭压力油进油阀，切断油压装置的压力油源，喷针也不会自行开启，非常安全。2）喷嘴具有负荷自锁功能，当机组并网运行时，例如油压装置出现事故低压等，能自动锁定喷针，二次回路的低油压事故停机信号应作用于调速器数字配压阀，封闭喷针控制腔油路，使机组继续带原有负荷在电网中运行，直到油压装置故障消除。因此，可减少事故停机次数。3）可单独开启喷针，排除卡塞喷针的异物。4）设有新型油水隔离装置，保证压力水不会渗入喷针控制腔，不会造成油水混合。5）设有防泥砂装置，能防止泥砂进入喷针轴，保护零件不受泥砂磨损。6）喷嘴采用新型内拆式结构，拆去喷嘴口，就能将喷嘴内的零件全部拆出（在不拆下喷嘴部件和转轮的情况下）进行检修或更换零件，大大缩短检修时间和减轻检修劳动强度7）喷嘴内的滑动部位采用新型密封和油润滑，摩阻力小，动作灵活，经久耐磨，密封性能非常好，绝对可靠。8）喷针的水力自关闭倾向，可保证喷嘴不漏水，从而减少了间隙气蚀和泥砂磨损，延长了喷针和喷嘴口的使用寿命。9）喷嘴可在压力钢管不充水的情况下，利用油压作喷针开关模拟试验，测定喷针的动作和行程。10）在调速器上可设喷嘴紧急停机电磁阀单独关闭喷嘴。电磁阀可手动、自动和遥控。调速器失灵后，喷针可自动关闭而不必动水关闭阀门。从而多一道保护功能。11）喷针控制腔装有压力表，供监测喷针工作情况。12）喷针的设计，增加了导向长度，减小了摩擦圆直径，再加上油的润滑和操作力的合理设计，保证喷针操作灵活，不会发生卡涩现象。13）喷嘴控制部份的特殊设计，保证了机组周波稳定，并网容易，调节灵敏。14)新型单元组合式喷嘴安装、维护非常方便。2水轮机型号及主要参数2.1水轮机型号：CJYH09-L-170/6×15CJ——冲击式水轮机YH09——水斗型号L——立轴170——转轮节圆直径（cm）6——喷嘴数15——射流直径（cm）2.2主要参数飞逸转速：np=600r/min喷针关闭时间：Ts1=（10-40）s（由调保计算决定）偏流器关闭时间：Ts2≤1.5s（关闭越快越好）暂态速率上升：β≤40%允许在甩负荷时压力水头升高：Hmax≤269.45m3水轮机各主要部件的作用及结构3.1喷嘴装配喷嘴为直流式内控型，采用了单向油压操作即喷针利用油压开启和水力自关闭方式。配用冲击式专用调速器，就能获得高质量电能，运行安全可靠，并网方便。喷嘴装配由喷嘴管、喷针、喷针轴、碟簧、喷嘴盖、喷嘴、偏流器、接力器、直线位置传感器等组成。喷针轴的后腔（碟簧腔）为反馈腔通大气，直线位置传感器也装在此腔。传感器主体部分装在传感器座上固定不动，磁环装在喷针轴上随喷针一起运动，传感器有效行程为150mm。传感器为四线制，红色：24V-DC;黑/蓝色：电源地；绿色：信号输出；黄色：信号地。前腔为喷针控制腔，其压力油来自调速器，由调速器的数字阀切换油路来控制喷针的动作：（1）压力油进入控制腔，喷针就开启；（2）喷针需要要关闭时，控制腔排油；（3）控制腔封闭时，喷针则保持不动；在压力钢管充水前，应模拟试验喷针开、关动作，调整喷针开关位置，并排除管道空气。喷针的开启和关闭时间均由调速器控制，其操作油压均为6.3MPa。喷嘴装配用螺钉固定在进水环管的法兰上，喷嘴管进口直径为φ550mm，喷针最大行程为120mm。压力水流进入喷嘴后，被逐渐加速，至喷嘴出口，将所有压力能转化为动能，形成一股自由射流，冲击转轮作功，将水能转化为机械能，最后经电机转化为电能。喷嘴、喷针均系不锈钢制造，并经过硬化处理提高其耐磨性能。喷嘴装配的动作原理如下：喷嘴装配中的喷针和偏流器是冲击式水轮机中调节流量的两个主要调节元件，冲击式水轮机出力的调整就是靠改变射流直径的大小来实现。本机的喷针和偏流器的调节采用非协联动作方式。喷针负责正常运行时的流量调节，而偏流器则是在机组甩负荷时或大波动负荷变化时迅速改变射流方向，防止机组飞逸，并在负荷突变时起一定调节作用，使机组在额定转速下运行。如果喷针关闭很快，将使压力钢管内压力急剧增高，产生水锤，为了保证压力钢管内不致产生破坏钢管的水锤压力，喷针的关闭时间应整定较长约10-40s（由调保计算决定）。由调速器中的可控节流阀来调节和控制喷针的关闭时间。喷针缓慢关闭将导致机组的暂态速率上升β过大，产生过速，因此依靠偏流器迅速截断射流使其不冲击转轮来防止机组过速。偏流器投入时间应尽可能短，Ts2≤1.5s，实际上偏流器先快速动作，同时喷针慢慢关闭，这样暂态速率上升β和水压上升ξ都能保证在允许的范围以内。偏流器投入和切除时间亦由调速器控制。喷针的开启和关闭动作如下：3.1.1开启：在微机调速器的命令和操作下，压力油经电磁数字配压阀进入喷针控制腔，喷针在油压力、喷针堆面水推力的作用下，克服喷针平衡腔的水作用力等，向开启方向移动，同时通过喷针反馈腔中的位移传感器将喷针行程位移量转换成相应的电信号反馈到调速器，经微机运算，最后由调速器来控制喷针的开度。3.1.2关闭：在调速器命令和操作下,通过配压阀使喷针控制腔排油,喷针在喷针平衡腔水作用力下克服喷针头部的水推力向关闭方向移动，同时通过喷针回复腔中的位移传感器将喷针行程位移量转换成相应的电信号反馈到调速器，经微机运算，最后由调速器来控制喷针的开度。3.1.3正常运行：机组在稳定负荷下运行时，喷针能稳定在与负荷相适应的某一开度不动，这是因为调速器通过一个相当于三位三通功能的电磁数字配压阀回到中间位置来封闭喷嘴控制腔使力系平衡。故喷针能稳定在这一与外界负荷相适应的平衡位置。油水隔离腔和反馈腔可观察密封损坏情况，如大量漏水则需要更换水密封，大量漏油则更换油密封。设置碟簧是为了喷针的受力在全行程范围内比较均衡。偏流器的动作亦由调速器控制，其接力器采用了单向油压操作即油压开启、碟簧力关闭的方式，操作油压为6.3MPa。偏流器只有全开和全关两种工作状态，在接力器上设置有2个行程开关，将偏流器的全开、全关位置信号准确地供给调速器。偏流器通过摇臂和叉头与安装在喷嘴盖上的带有碟簧的偏流器接力器联接，在蝶簧的作用下偏流器位于截断射流的位置时，射流不冲击水斗，接力器后腔（控制腔）通入压力油后，偏流器则让开射流，使射流冲向水斗。3.2转动部份(见图ZS1153/1-00/G)转动部份由转轮、护罩、联轴螺钉、联轴螺母等组成。转轮由22个水斗整铸而成，其材料为ZG06Cr13Ni4Mo。转轮节圆直径φ1700mm，转轮经过打磨加工，表面光滑且经样板检查，能保证水轮机的效率。水轮机转轮与发电机主轴的联接采用止口定位、法兰连接结构，并依靠预应力联轴螺钉在法兰连接端面产生足够的摩擦力来传递扭矩。为保证有足够大的摩擦力将转轮的转矩递给主轴，联接转轮和主轴的联轴螺钉的螺母必须拧紧。判断螺母拧紧的标准是联轴螺钉的伸长量达到设计值要求。螺母的拧紧步骤如下：首先，将转轮起吊至安装位置并与水轮机主轴联接，初装联轴螺钉及螺母（注意，应保证在主轴螺纹孔内的旋入深度达ZS1153/1-00/G要求）。其次，在对称位置安装液压拉伸器（YH-YLD72(×4)-00）并参照拉伸工具（LSG100）图，使用其中的专用工具拧紧液压拉伸器。最后，参照拉伸工具（LSG100）图连接好拉伸器油管路开始拉长联轴螺钉，直到联轴螺钉产生弹性变形，且弹性变形量达到0.26+0.30mm为止（此值应为泄掉拉伸器中油压后得到的变形量）。测量联轴螺钉拉长的方法是使用一具有测深度的、非常普通的精密小游标卡尺（测量长度：100或150mm、测量精度0.02mm）。测量联轴螺钉螺母拧紧前、后深度的差值即可（详见图ZS1153/1-00/G转动部份）。例如：未拧紧螺母前测量深度为5mm；拧紧螺母后测量深度为5.26+0.30mm即可。每个螺钉都必须拉长0.26+0.30mm。采用预应力螺钉、端面摩擦传动的优点是便于备件转轮互换。3.3预埋部份(见图ZS1153/2-00/G)预埋部份由叉管、弯管、里衬、平水栅、轻轨等组成。来自前池的压力水通过压力钢管经蝶阀、伸缩节，进入由叉管、弯管组成的进水环管。水流经过五个叉管时被一分为六，分别进入六个喷嘴。进水环管的进口与阀门伸缩节相连，其进口直径为1600mm；出口与喷嘴管相连，其出口直径为550mm。进水环管为焊接结构，法兰材料为ZG230-450H,管子材料为Q345。为保证进水管的强度，各叉管和弯管在厂内经过超声波探伤检查和4.5MPa的水压强度试验。水轮机的喷嘴装配与进水管的连接采用法兰连接，并在进水管与喷嘴管之间设置了调整垫（属喷嘴装配），供精确调整用，使射流中心与转轮节圆直径和分水刃中心线准确相切。六块里衬与机盖（见机盖装配）组成的转轮室，引导作完功的水流流向尾水渠，并防止水流对混凝土的冲刷。里衬由10mm厚的钢板焊接而成，在里衬外部设有许多拉筋，埋在钢筋混凝土中作基础螺钉作用。在里衬下部靠近尾水渠一方，有两块分水板。设置分水板利于空气进入，防止机壳内形成负压，影响机组运行。在里衬上设有机坑里衬门作为转轮的下拆通道。为便于转轮和喷嘴的装拆与检修，在机坑里衬的下方设有平水栅，平水栅同时也起到均衡排水作用，减少对尾水渠的冲刷，同时也可作检修平台。在平水栅中间铺有两根轻型钢轨，运输小车将拆下的转轮或喷嘴，沿此轨道运出机坑。3.4机盖装配(见图ZS1153/4-00/G)机盖装配由机盖、挡水环1、挡水环2等组成，它们均采用钢板焊接结构。机盖为便于运输被分为两半，接合面经过加工，并采用螺栓连接，直销定位。在机盖下有千斤顶和地脚螺栓，作为电站调整、固定机盖用。挡水环1、挡水环2均为焊接结构，设置挡水罩是方便轴承下拆。3.5管路部份(见图ZS1153/3-00/G)管路部份主要由喷针操作油管路、偏流器操作油管路、测压管路、轴承冷却水管路、排漏管路和补气管路等组成。3.5.1喷针操作油管路由φ22×3不锈无缝钢管、管接头等组成，其作用是将调速器控制油接到喷针控制腔。3.5.2偏流器操作油管路由φ22×3不锈无缝钢管、管接头等组成，其作用是将调速器控制油接到偏流器接力器控制腔。3.5.3测压管路由φ12×1不锈无缝钢管、管接头、仪表板、压力表等组成。其作用是分别监测六个喷嘴控制腔的油压和偏流器控制腔的油压以及环管的水压（在进水环管进口和环管末端分别设有测压点）。3.5.4排漏管路由φ22×3不锈无缝钢管和φ32×3.5无缝钢管、管接头等组成。排漏管是将喷针油水隔离腔和喷针传感器腔的漏水、漏油排到阀门坑，并用软管接至集漏箱。设置软管便于观察泄漏，可确定泄漏点。设置集漏箱收集漏水、漏油可保护环境，且便于后续的处理。3.5.5轴承冷却水管为φ42×4的不锈无缝钢管。冷却水经冷却水进水管引到轴承冷却器，进行热交换后又经冷却