水力機組輔助設備課程設計

水力機組輔助設備課程設計目錄第一章 基本資料及任務 3一、 基本資料 3二、 設計任務 3三、 設計要求 3第二章 水電站氣系統(tǒng)的設計 4一、 基本資料分析 4二、 高壓氣系統(tǒng) 4三、 低壓氣系統(tǒng) 5四、 氣系統(tǒng)的設計要求 5五、 運行過程 6第三章 水電站油系統(tǒng)的設計 8一、 基本資料分析 8二、 潤滑油系統(tǒng) 8三、 油系統(tǒng)的設計要求 9四、 運行過程 9第四章 水電站供水系統(tǒng)的設計 10一、 基本資料分析 10二、 技術供水 10三、 消火供水 11四、 供水系統(tǒng)的設計要求 11五、 運行過程 12第五章 水電站排水系統(tǒng)的設計 13一、 基本資料分析 13二、 檢修排水 13三、 滲漏排水 13四、 排水系統(tǒng)的設計要求 14五、 運行過程 14第六章 課程設計總結 15參考文獻 15附錄 16

基本資料及任務基本資料某一擬建的壩后式水電站，地處我國南方地區(qū)，該水電站尾水無灌溉及供水要求，電站設計水頭為65m，裝機容量為:3×5000kW,聯(lián)合供水方式，機組進水閥為液壓操作，壓力油灌無液氮包（氣囊），調(diào)速器油壓值為16MPa，壓力油灌有液氮包，水導與下導軸承均為油潤滑，主軸無水密封要求，機組配備有消火供水環(huán)管，發(fā)電層層高為10.0m，主廠房長為40.0m，機組配備有氣動剎車裝置。根據(jù)選機型號參數(shù)及電站海拔高度計算的：Hs=-0.8m，水輪機尾水管容積為:60m3，單機技術供水量5L/s,單機潤滑油用量為3.0m3，電站為擴大單元接線，絕緣油用量為2.5m3。設計任務設計該電站的油系統(tǒng)圖。設計該電站的水系統(tǒng)圖。設計該電站的氣系統(tǒng)圖。設計要求1.計算機繪圖要規(guī)范，布置應合理，信息應齊全。2.所繪圖紙中，必須有一張手繪圖。3.設計說明書（設計報告）中對各系統(tǒng)的設計思路方案確定及各系統(tǒng)的具體運行詳細論述。水電站氣系統(tǒng)的設計空氣具有極好的彈性，是儲能的良好介質(zhì)。壓縮空氣是用方便，易于儲能和輸送，在水電站中得到了廣泛的應用，在機組的安裝檢修和運行過程中，都有要用到壓縮空氣?；举Y料分析根據(jù)本電站的基本資料整理可以得到本電站的用氣部分主要有以下幾個方面：油壓裝置的壓力油槽充氣，為水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的油壓操作設備提供操作能源；機組的制動用氣，壓力一般在0.7MPa；（3）檢修維護時風動工具及吹掃用氣，壓力一般0.7MPa；（4）水輪機檢修密封圍帶充氣，壓力一般0.7MPa；（5）蝶閥止水圍帶充氣，壓力一般比作用水頭大0.1~0.3MPa；（6）本電站是南方河流，故沒有防凍吹冰用氣；從以上所有的用氣項目中除（1）以外所有的用氣均為低壓用氣，所以電站氣系統(tǒng)基本可以分成兩部分，分別為高壓氣系統(tǒng)和低壓氣系統(tǒng)。高壓氣系統(tǒng)高壓用氣主要是蝶閥和調(diào)速器中的油壓操作系統(tǒng)用高壓氣體來儲壓能，以此來保證油壓，使接力器能夠正常工作。在畫高壓氣系統(tǒng)的過程中需要用到一些氣壓設備如空壓機、高壓儲氣罐、逆止閥、常開閥等許多管路，按照一定的要求連接所有的設備就能夠組成高壓氣系統(tǒng)。用于高壓氣系統(tǒng)比較重要，因此高壓用氣單獨組成一個合適的系統(tǒng)。低壓氣系統(tǒng)電站低壓用氣的項目比較多，如下所示：（1）本電站處于南方地區(qū)，冬季河面上不易結冰，這樣不會影響到電站的取水，因此防凍吹冰在低壓氣系統(tǒng)中是無需的。（2）其余各項用氣的氣壓比較相近且用氣量不是很大，同一個儲氣罐完全能夠滿足機組用氣的要求，因此其余各相用氣均采用一個用氣干管，從其上取氣。其中水電站水輪機設備常用空氣圍帶止水，最常見的有軸承檢修密封圍帶和蝶閥止水圍帶，這兩項的用氣量比較小從供氣干管上就可以取到滿足要求的氣體。氣體具有良好的彈性，是良好的剎車介質(zhì)，在小電站中機組的慣性較小，氣裝置完全能夠滿足剎車要求，因此本電站也可以用氣剎來作為剎車裝置。水電站在檢修設備時經(jīng)常會使用各種風動工具，如風鏟、風鉆、風砂輪、風動扳手等。例如水輪機轉輪空蝕檢修時，就要使用風鏟鏟掉被空蝕破壞的海綿狀的金屬表面，然后進行焊補。氣系統(tǒng)的設計要求對于用氣來說供氣質(zhì)量是有一定要求的，優(yōu)良的供氣質(zhì)量不僅能夠保證電站的用氣要求而且還能夠延長設備的使用壽命，因此電站的供氣有一定的要求。具體有以下幾點，下面對這幾點進行一定的敘述。（1）壓縮空氣的氣壓要求。進入裝置的壓縮空氣，其壓力值應不低于用氣對象的額定值。對于油壓裝置的壓強近幾年有一定的提高，隨機組的增到，油壓用氣會有一定量的提高；對于低壓用氣大小電站基本上都是一致的。（2）壓縮空氣的干燥要求。隨著環(huán)境溫度的下降，壓縮空氣的濕容量減小，使油壓裝置給氣網(wǎng)中壓縮空氣的相對濕度增大，可能形成水汽凝結，產(chǎn)生嚴重后果；=1\*GB3①造成管道、管件、調(diào)速系統(tǒng)配壓閥和接力器等銹蝕；=2\*GB3②冬季可能發(fā)生水分凍結，導致管道堵塞，影響設備的正常工作；=3\*GB3③水分進入調(diào)節(jié)系統(tǒng)后會對壓力油的品質(zhì)造成一定的影響。因此要求要用干燥的空氣。（3）壓縮空氣的清潔要求。如果壓縮空氣中混有塵埃、油垢和機械雜質(zhì)等，對空壓機的生產(chǎn)效率、調(diào)節(jié)系統(tǒng)各個元件的正常運行均有影響，有可能使閥件動作不靈活或者密封不良，造成以外的事故。因此，必須提高空氣的純潔度。綜合以上所有的因素能夠繪出電站的油系統(tǒng)圖具體如后附錄所示，本圖將電站的高壓、低壓氣系統(tǒng)表現(xiàn)在一張圖紙上，為加強供氣的可靠性高低壓系統(tǒng)均設置了兩套空氣壓縮裝置，一臺工作，一臺設為備用，這樣就能夠加強整個系統(tǒng)的可靠性使得整個系統(tǒng)在電站運行中處于比較良好的運行條件之下。運行過程高壓氣系統(tǒng)：總體分析：由于該水電站機組調(diào)速器油壓值為16MPa，壓力油罐有液氮包，所以調(diào)速器不需要高壓補氣。但是，進水閥為液壓操作，壓力油罐中無液氮包，其需要高壓氣操作?？紤]到進水閥需要高壓補氣，因此，該電站有高壓氣系統(tǒng)。系統(tǒng)圖元件分析：由兩臺空壓機1KY，2KY，貯氣罐，管道系統(tǒng)和控制測量元件及壓力油罐組成。壓力油罐補氣用的空壓機，一般設置兩臺，其中一臺工作，一臺備用，并定期轉換。壓力信號器1~3YX用來控制啟動和停機，以及當壓力過高或過低時發(fā)出信號。溫度信號器1~2WX用來監(jiān)視空壓機的排氣溫度，當溫度過高時發(fā)出信號并使之停機?？諌簷C與貯氣罐之間應裝氣水分離器，使進入貯氣罐的壓縮空氣得到初步凈化。電磁閥1~2DCF當空壓機停機時打開，使氣水分離器自動排污，當空壓機啟動時延時關閉，實現(xiàn)無負載啟動。設置電磁閥DCF兩端的常開閥門，是為了方便其故障時檢修。設置并聯(lián)在電磁閥DCF兩端的常閉閥門，是為了手動備用。常開閥門的設置是為了當貯氣罐發(fā)生故障時，關閉此閥門以利于貯氣罐檢修。常閉閥門的設置是為了當補氣多余時排出多余的氣體。FX是壓力油罐的油位信號器，當油位過高或者過低時發(fā)出信號，并且產(chǎn)生動作。根據(jù)該水電站的情況，由于電站較小，故只設置一臺高壓貯氣罐。為了貯氣罐的安全，需在貯氣罐上設置安全閥。當壓縮氣體通過貯氣罐時，溫度降低，使得其中的部分水蒸氣冷卻析出，留在貯氣罐底部。因此需要在貯氣罐下端設置常關閥門，當水含量達到一定程度后，可開啟此處的閥門，用于排水。另外，還需在貯氣罐上裝置一個壓力表，及時反映貯氣罐內(nèi)部的壓力信息，以便巡視人員進行觀察。圖中止回閥1，2是為了防止貯氣罐高壓氣漏氣，為了防止止回閥3前的管路漏氣，使得壓力油罐內(nèi)產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象，在壓力油罐前端設止回閥3。系統(tǒng)圖運行過程：當貯氣罐的氣壓減少時，壓力信號器1~3YX發(fā)出信號，使得空壓機開啟。氣體經(jīng)過空壓機壓縮后，經(jīng)過氣水分離器，并且在達到一定壓力后儲存在貯氣罐中。當氣壓達到要求上限值時，壓力信號器1~3YX再次發(fā)出信號，使空壓機停止。一旦壓力油罐中的氣減少時，電磁閥DCF動作，使得貯氣罐中的氣體輸入壓力油罐中，當補氣滿足要求后，補氣完畢。（2）低壓氣系統(tǒng)：總體分析：此水電站發(fā)電機組單機容量為5000kW，為立式小機組，故無需調(diào)相運行用氣。所以，低壓氣系統(tǒng)用于機組制動與檢修吹掃兩個作用。機組檢修吹掃：由檢修吹掃供氣干管引出的4個活接頭作用分別是：1個用于檢修間吹掃，1個用于發(fā)電機層檢修吹掃，另外2個用于水輪機層的檢修吹掃。機組制動過程：機組停機時，當轉速降到額定轉速的35%時，由轉速信號器發(fā)信號控制電磁空氣閥DKF開啟，使壓縮空氣向制動閘供氣；制動完畢由電磁空氣閥DKF控制排氣。當電磁空氣閥DKF有故障或檢修時，可由手動關閉閥1及2，打開旁路上的常閉閥門3供氣制動；制動完畢時，關閉閥3，打開閥4排氣。機組進行頂轉子操作過程：頂起轉子時，轉動轉向三通閥5，使制動環(huán)管與供氣管路斷開并打開閥門6而接通壓力油管路，依油泵向制動環(huán)管供油，從而頂起轉子，同時打開溢油閥8，將制動器的溢油排入回油箱；放下轉子時，先關閉閥6并打開閥7把環(huán)管及制動中的油排入回油箱，之后轉動三通閥5，接通壓縮空氣把環(huán)管中的殘油吹送到回油箱。

水電站油系統(tǒng)的設計油系統(tǒng)是用管網(wǎng)將用油設備、儲油設備、油處理設備連接成一個油系統(tǒng)，為了監(jiān)視和控制油設備的運行情況，還應裝設必要的測量和控制元件。油系統(tǒng)對電站安全、經(jīng)濟運行有著重要的意義，設計正確合理的油系統(tǒng)，不僅能夠提高電站運行的可靠性，經(jīng)濟性、靈活性和縮短檢修期，而且對管理運行等提供方便。基本資料分析本電站是一座小型的電站，機組立式安裝，擴大單元接線，只有一臺主變，且絕緣油用油量很少，檢修運轉周期長，現(xiàn)場處理簡單，故不需要絕緣油系統(tǒng)，只需設計一個潤滑油系統(tǒng)。潤滑油系統(tǒng)機組的潤滑對于設備的保護以及提高機組的發(fā)電效率都是相當重要的，因此有必要對機組的潤滑油做出一定的闡述。機組潤滑良好對于機組啟動時減小阻力矩是相當重要的，本機組是立式機組，良好的潤滑也會降低軸承的溫度，對其壽命起到良好的保護，上導、推力軸承、下導軸承和水導軸承，這些部位的摩擦損失是比較嚴重的，如果潤滑良好能夠解決這一問題。但是這些位置有比較狹小，加潤滑油時候不易測量其油位的高低，因此在這些位置裝置了溢油管路并裝置上常開閥門與退油管路接通，這樣就能夠保證各位置的優(yōu)良供油。此外對于潤滑油的清潔要求也是比較高的，不能將機械雜質(zhì)及水分等混入油路之中，這樣會影響潤滑效果，如果是機械雜質(zhì)還可能磨損軸承，影響到機組的運行狀況。油系統(tǒng)的設計要求油系統(tǒng)的合理性直接影響到設備的安全運行和維護是否方便，因此油系統(tǒng)應能夠滿足用油設備及各項操作的基本要求，設計時應當根據(jù)電站的規(guī)模、布置方式機型等，參照同類型電站運行的實踐經(jīng)驗，合理的加以確定。油系統(tǒng)設計應滿足下列要求：（1）凈油和污油宜有各自的油泵、油泵及管路等；（2）通過全廠供排油管對各用油設備供排油和添油；（3）能方便地接受新油和排出污油；（4）油處理系統(tǒng)為手動操作，在機組各用油部位設置位信號器、油溫信號器和油混水信號器。運行過程向設備供油：接通油槽車的活接頭和需油設備軟管，油槽車的新油通過閥門1、2、3、4、5、6可完成各種油位置的充油。機旁循環(huán)過濾：通過閥7、8、9、10、11、15、軟管，將運行油送至壓濾機LY-50過濾，再通過軟管、閥門1、2、3、4、5、6送回至用油設備。廢油排出：通過閥門7、8、9、10、11、15、軟管，與油槽車活接頭接通，將廢油送至油槽車運走。

水電站供水系統(tǒng)的設計水電站的供水包括技術供水、消火供水和生活供水，中小型水電站常以技術供水為主，兼顧消火及生活供水，組成統(tǒng)一的供水系統(tǒng)。技術供水主要是向水輪機組及輔助設備供應冷卻用水，有時也包括水壓操作用水。消火供水是為廠房、發(fā)電機等提供消火供水，以便發(fā)生火災時進行滅火，生活供水是水電站生產(chǎn)區(qū)域的生活供水是水電站生產(chǎn)區(qū)域的生活、清潔用水。供水系統(tǒng)和輔助設備其他系統(tǒng)一樣，是保證水電站安全、經(jīng)濟運行所不可缺少的重要組成部分?；举Y料分析本電站是南方地區(qū)的一座壩后式電站，該水電站尾水無灌溉及供水要求，電站設計水頭為65m，技術用水主要在機組冷卻用水以及生活、消火供水。電站當?shù)氐牡叵滤Y源比較豐富，水質(zhì)也比較好，而且埋深比較淺。技術供水水電站用水設備隨電站規(guī)模和形式而不同，水電的用水設備主要有：發(fā)電機的空氣冷卻器、水輪機發(fā)電機組軸承冷卻器、水冷式空壓機，油壓裝置以及水輪機頂蓋的密封等。（1）發(fā)電機的空氣冷卻器發(fā)電機在運行過程中有電磁消耗和機械消耗，即定子繞組損耗、渦流及高次諧波等，這些耗損轉化成熱量，如果不及時散發(fā)出去將會影響機組的出力和效率，甚至會影響發(fā)電機組的使用壽命，更嚴重則會造成一定的事故，所以一般要保持在70到80攝氏度，水輪發(fā)電機大多采用空氣作為冷卻介質(zhì)，但是要保證溫度的一定值，空氣冷卻器中的水量就非常大，所以說該項用水是電站用水最多的一項。（2）水輪機發(fā)電機組軸承冷卻器水輪機發(fā)電機組軸承要在一定的溫度下才能夠正常工作，控制軸承的工作溫度是機組正常運行的重要條件。水輪發(fā)電機軸承一般都浸沒在油槽中，長時間的發(fā)生摩擦，這部分熱量如不及時到出，將使軸瓦和油的溫度不斷的升高，影響水輪機的工作及軸瓦的壽命嚴重時會將軸承燒毀，因此也需要及時的冷卻。（3）水冷空壓機空壓機中空氣被壓縮時，溫度可能升高到180攝氏度左右，因此需要對空壓機氣缸進行冷卻，降低壓縮空氣的溫度，提高生產(chǎn)能力，降低壓縮功率，并且避免潤滑油達到碳化溫度造成。消火供水水電站廠房有很多易燃物，如廠房木結構、油類及電氣設備等，存在發(fā)生火災事故的可能性。一旦設備事故或由人為過失而引起火災，可能蔓延擴散造成設備或建筑物的毀壞，甚至造成人身傷亡，全廠停電等嚴重事故。水電站設有消防報警系統(tǒng)，由報警器和若干感溫、感煙探測器組成，發(fā)生火情時能自動報警并顯示著火位置。同時設有消防供水系統(tǒng)，專門供給廠區(qū)、廠房，發(fā)電機和油系統(tǒng)的消防供水。供水系統(tǒng)的設計要求各種用水設備對供水系統(tǒng)的水量、水壓、水溫、水質(zhì)均有一定的要求，其總的要求是：水量充足、水壓合適、水質(zhì)良好、水溫適宜?，F(xiàn)分述如下：水量，用水設備的供水量，通常由制造廠家經(jīng)濟計算以后提出，其中用水對象有發(fā)電機、空氣冷卻劑、空壓機以及消火和生活用水。其中空氣冷卻劑的用水量是最大的其余總用水量不到總水量的30%，設計室要以空氣冷卻劑為主體。水壓，為達到機組的冷卻效果，冷卻需要一定的進口水壓，以保證所需要的水量。因此，冷卻器的水壓是滿足流量要求為主的。冷卻器進口水壓的水壓上限其強度條件所決定的，一般不超過0.2MPa，超過上述強度水管是不允許的。而消火用水則一般要求壓力在0.3~0.5MPa，水槍的實用水柱不得小于10m。水溫，冷卻器的冷卻效果，不僅與通過的冷卻水量有關，而且受冷卻水溫的影響。因此，供水水溫是供水系統(tǒng)設計中一個十分重要的條件，一般按夏季經(jīng)常出現(xiàn)的最高水溫考慮。為了設計與制造的方便，根據(jù)我國的具體情況，制造廠通常以進水溫度20攝氏度作為依據(jù)。水質(zhì)，水電站的供水中不管來自地下水還是庫區(qū)水，都會含有一定的雜質(zhì)，包括大量的泥沙、懸浮物、有機物及雜質(zhì)。對于水質(zhì)方面總的要求是限制水中的機械雜質(zhì)、生物雜質(zhì)和化學雜質(zhì)，保證供水。運行過程主水源取自壓力引水管，壓力管道取水口設置兩處，互為備用，取水口按三臺機組用水量考慮，以作為其他機組的備用。經(jīng)濾水器過濾后，引至技術干管，分四路供機組上導軸承、發(fā)電機空冷器、下導軸承及水導軸承冷卻用水，最后經(jīng)排水干管排至下游。備用水源取自壩前取水口，當主水源壓力管道無水時，如消防、生活及水冷空壓機等，均由備用水干管引至相關部位進行供水。技術供水干管和備用水干管通過電磁閥相連，當主水源出現(xiàn)問題時，備用水源可自動投入供水，保證其可靠性及迅速性。發(fā)電機消防同樣采用由電磁閥、集水罐及水位信號器等組成的自動控制裝置，探知火情后，立即將信號送至中控室報警、記錄，并使消防自動控制裝置中的電磁閥開啟，壓力水進入環(huán)管滅火，排水電磁閥平時開啟，將電磁閥的漏水泄如排水系統(tǒng)。該自流供水系統(tǒng)較為簡單，運行靈活、可靠，設備分散布置在地面上，方便安裝、運行和維修。

水電站排水系統(tǒng)的設計水電站的排水系統(tǒng)一般分為檢修排水系統(tǒng)和滲漏排水兩大部分。水電站的排水系統(tǒng)的任務是及時可靠的排除引水管道、蝸殼和尾水管等機組過流部件的積水，保證機組和廠房水下部分檢修；排除生產(chǎn)和滲漏水，避免廠房內(nèi)部積水和潮濕。水電站的排水系統(tǒng)比較簡單，但稍有疏忽就會發(fā)生水淹廠房的事故，因此設計施工人員要注意安全運行?；举Y料分析本電站是一個小型的水電站，尾水管容積為60m3。電站的排水主要涉及到技術排水、滲漏排水以及檢修排水。檢修排水當機組水下部分或廠房水工建筑物水下部分檢修時，必須將低于尾水的壓力管道中的積水、蝸殼中的積水和尾水管中的積水抽排干凈。檢修排水的特點是排水量大，設備的位置低