技术供水系统课件.ppt
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1、4 4 技技术供水系供水系统 3 1技术供水系统的任务与组成 2用水设备对供水的要求 3 3水的净化与处理 4水源及供水方式 3 5消防供水 3 7技术供水系统设备选择6技术供水系统 8技术供水系统水力计算 14.1 技技术供水系供水系统的任的任务与与组成成4.1.1任任务 4.1.2供水供水对象象4.1.3组成成24.1.1任任务 水电厂的供水包括技技术供水供水、消防供水消防供水及生活供水生活供水。技技术供供水水又称生产供水,其主要作用是对水电站中运行的某些机电设备进行冷冷却却(发电机、空压机、变压器、油槽等)、润滑滑(如采用橡胶轴瓦或尼龙轴瓦的水导轴承)与水水压操操作作(如射流泵,高水头电
2、站的主阀等),它是保证水电站的安全、经济运行所不可缺少的组成部分。对技术供水系统,既要经济可靠,又要保证用水设备对水量、水压、水温及水质等方面的要求。消消防防供供水水主要用于主厂房、发电机、油处理室及变压器等处的灭火。生活供水生活供水是水电站生产区域的生活、清洁用水。3 技术供水的对象指的是技术供水中是用水设备。水电站用水设备随电站规模和机组形式而不同。首先首先须明确两种明确两种设备:用水用水设备与与水能水能转换设备水能水能转换设备:水:水轮机,将水能机,将水能转换为旋旋转的机械能的机械能用用水水设备:为水水能能转换服服务,是是水水能能转换设备的的辅助助设备。它它不不直直接接转换能能量量,但但
3、可可提提高高水水能能转换的的经济效效益益、是是水水能能转换设备正常高效运行的保正常高效运行的保证。水电站的用水设备主要有:发电机空气冷却器、水轮发电机组轴承油冷却器、水冷式变压器、水冷式空压机、油压装置回油箱油冷却器、水润滑的水轮机导轴承、水轮机主轴密封及深井泵轴承、水压操作的主阀与射流泵等。水电站技术供水的作用主要有:(1)冷却;(2)润滑;(3)液压操作。4.1.2供水供水对象象41、发电机空气冷却器机空气冷却器电磁磁损耗和机械耗和机械损耗耗热量量散散热不及不及时转化化降低降低发电机效率;机效率;降低降低发电机出力;机出力;降低降低线圈圈绝缘能力;能力;缩短短发电机寿命;机寿命;甚至引起甚
4、至引起发电机事故机事故发电机升温机升温4.1.2供水供水对象象冷却器;机座热风区;定子铁芯;磁极;磁轭;挡风板;转子支架;风扇 发电机在运行过程中有电磁损耗和机械损耗,即定子绕组损耗、涡流及高次谐波的附加损耗、铁损耗、励磁损耗、通风损耗及轴承摩擦机械损耗。这些损耗转化为热量,如不及时散发出去,不但会降低发电机的效率和出力,而且还会因局部过热损坏线圈绝缘,影响发电机使用寿命,甚至引起事故。水轮发电机大多采用空气作为冷却介质,用流动的空气对定子、转子绕组以及定子铁芯表面进行冷却,带走发电机产生的热量。发电机内的热空气进入空气冷却器后与冷却水进行热交换,把热量传递给冷却器中流动的冷却水带走,使热空气
5、温度降低到允许的规定温度,以保证发电机安全运行52、发电机推力机推力轴承及承及导轴承油冷却器承油冷却器4.1.2供水供水对象象机械机械损耗耗热量量散散热不及不及时轴承升温承升温转化化油升温油升温恶化化润滑条件;滑条件;加速油的劣化加速油的劣化轴承疲承疲劳;轴承承损毁轴承磨承磨损加加剧水轮发电机组的轴承一般都浸没在油槽中,用透平油进行润滑。机组运行时机械摩擦所产生的大量热量聚集在轴承中,传递给透平油并随透平油的流动带出。这部分热量如不及时导出,将使轴瓦和油的温度不断上升。过高的温度不仅加速油的劣化,而且影响轴承润滑状态,缩短轴瓦寿命,严重时可能使轴承烧毁。水轮发电机组通常设置轴承油冷却器,通过冷
6、却水的流动,吸收并带走透平油内的热量。6 内部循环冷却系统是传统的油循环冷却系统。机组轴承和油冷却器浸于同一个油槽中,油的循环主要依靠轴承转动部件的旋转使油在轴承与冷却器之间流动,进行热交换;冷却器水管中通入冷却水,由冷却水把油中的热量带走,使轴承不致过热。内循环冷却系统结构简单,不需任何外加动力,广泛应用于各种机组轴承油冷却器。图5-3 推力轴承内循环冷却系统1推力头;2镜板;3推力轴瓦;4支撑;5油冷却器;6轴承座;7油槽;8推力支架;9挡轴管 7图5-6 推力轴承外循环冷却系统 1油槽;2热油管;3外加泵装置;4冷却器;5冷油管 外部循环冷却系统,是将润滑油用油泵抽到油槽外浸于流动冷却水
7、中的冷却器进行冷却。采用外循环冷却系统,油槽内部结构可以简化,阻挡物少,油槽内油路畅通,能有效降低油的流动损耗。油冷却器置于油槽外,便于检修、维护。外循环冷却系统适用于大型机组的推力轴承冷却。83、变压器油冷却器器油冷却器电磁磁损耗耗热量量散散热不及不及时变压器升温器升温转化化绝缘油升温油升温降低降低变压器的效率器的效率降低降低线圈的圈的绝缘性能性能降低降低变压器寿命器寿命甚至引起甚至引起变压器事故器事故加速油的劣化加速油的劣化降低降低绝缘强度度4.1.2供水供水对象象93、变压器油冷却器器油冷却器4.1.2供水供水对象象 电力变压器常用的冷却方式一般分为三种:油浸自冷式、风冷式和水冷式。容量
8、较大的变压器常采用水冷却。水冷式变压器有内部水冷式和外部水冷式两种。内部水冷式变压器的冷却器安装在变压器的绝缘油箱内,通过冷却器的冷却水将变压器运行时发出的热量带走。外部水冷式即强迫油循环水冷式,这种变压器用油泵把油箱中的运行油抽出,加压送入设置在变压器体外的油冷却器进行冷却。后一种冷却方式能提高变压器的散热能力,使变压器的尺寸缩小,便于布置,但需要设置一套水冷却系统。104、水冷式空水冷式空压机机空气空气压缩热量量散散热不及不及时压缩空气空气升温升温降低生降低生产能力;能力;影响气体影响气体质量量产生生汽缸升温汽缸升温润滑油炭化;滑油炭化;空空压机疲机疲劳损伤;4.1.2供水供水对象象 空压
9、机的冷却方式有水冷式和风冷式两种。大容量的空压机多采用水冷式,其特点是冷却效率高,冷却效果好。水冷式是在气缸及气缸盖周围包以水套,其中通冷却水,以带走热量。空压机中空气被压缩时,温度可能升高到180左右,因此需要对空压机气缸进行冷却,降低压缩空气温度,提高生产能力,降低压缩功耗,并且避免润滑油达到碳化温度造成活塞内积碳和润滑油分解。115、油油压装置集油槽油冷却器装置集油槽油冷却器油油泵压油和油和压油流油流动热量量散散热不及不及时油的粘度降低油的粘度降低油温升高油温升高漏油量增加漏油量增加油油压下降加速下降加速产生生油油压事故事故油劣化加速油劣化加速油油泵启启动频繁繁4.1.2供水供水对象象运
10、行中的油压装置会由于油泵压油及油高速流动时的摩擦而产生热量,使油温升高。某些水电站由于调节系统接力器或主配压阀漏油量大油泵频繁起动,致使回油箱的油温迅速上升。油温过高会使油的粘度下降,对液压操作不利,同时会加速油的劣化,造成严重后果。126、水水轮机机导轴承承水水导轴承运承运动热量量散散热不及不及时轴承升温承升温产生生轴承磨承磨损加加剧;轴承疲承疲劳;轴承承损毁相互摩擦相互摩擦4.1.2供水供水对象象水轮机的水润滑橡胶导轴承1轴承体;2润滑水箱;3橡胶瓦;4排水管;5压力表;6橡胶平板密封;7进水管;8调整螺栓 136、水水轮机机导轴承承4.1.2供水供水对象象 水轮机导轴承采用橡胶轴瓦时,为
11、了对橡胶导轴承进行润滑和冷却,避免橡胶瓦块运行时摩擦发热而烧瓦,采用水直接润滑和冷却的方式。橡胶导轴承结构简单,工作可靠,安装检修方便,其位置较稀油润滑的导轴承更接近转轮,硬质橡胶轴瓦具有一定的吸振作用,可提高机组的运行稳定性。但橡胶轴承对水质的要求很高,水中含有泥沙时易磨损轴颈和轴瓦,而且轴瓦间隙易随温度变化,轴承寿命较短,刚性不如稀油润滑轴承,运行时间稍长就易发生较大振动,目前在中小型水轮机上已很少采用。147、其它用水其它用水设备1主主轴密封:密封:主轴的工作密封采用橡胶密封结构,机组运行时需供给具有一定压力的清洁水起密封和润滑作用。2深井深井泵润滑:滑:深井泵起动前也需要注入清洁水,对
12、深井泵的橡胶导轴承进行润滑。3作作为操作能源(射流操作能源(射流泵、高水、高水头电站的站的进水水阀操作等):操作等):有的高水头水电站采用高压水操作主阀和其它液压阀,可以节省油压装置或使油系统简化,方便运行并降低费用。引入操作接力器的高压水必须清洁,防止配压阀和活塞严重磨损和阻塞,并需要注意工作部件的防锈蚀。高压水流还可用来操作射流泵,为水电站的技术供水、排水或辅助离心泵的起动提供能源。4双水内冷式双水内冷式发电机一次冷却:机一次冷却:对于双水内冷式发电机,还有定子绕组和磁极线圈空心导线的冷却用水。4.1.2供水供水对象象154.1.3组成成 技术供水系统由水源水源、水水处理理设备、管道系管道
13、系统、测量控制量控制元件元件及用水用水设备等组成。(1)水源是技术供水系统获取水量的来源。(2)水处理设备是当技术供水的水质不符合要求时对水质进行净化与处理的设备。(3)管道系统是将从水源引来的水流分配到机组各个用水设备处的管网,由干管、支管和管件等组成。(4)测量控制元件是为了保证技术供水系统安全、可靠地运行而设置。测量元件是对供水的压力、流量、温度和管道中水流的流动情况等进行量测和监视的设备;控制元件是根据运行要求对技术供水系统有关设备进行操作与控制的设备。(5)用水设备即上述各技术供水对象。164.2 4.2 用水用水设备对供水的要求供水的要求 用水设备对供水系统的水量、水压、水温、水质
14、有一定的要求,原则上是水量足够,水压合适,水温适宜,水质良好。174.2.1 水量水量 充足水量,才能够保证各用水设备的用水需求。根据我国已运行大、中型水电站机电设备用水量的统计分析:v发电机空冷器占总用水量的70%v推力轴承与导轴承冷却器占总用水量的18%v水冷式变压器占6%v水导轴承的水润滑与冷却占5%v其他约占1%用水设备对供水水量的要求,一般由制造厂一般由制造厂经过设计计经过设计计算后算后提出提出。具体步骤是:v在初步设计阶段,可参考同相类似的电站和机组,用经验公式或曲线图表估算。v在技术设计阶段,结合制造厂提供的资料进行修改和校核。18水水轮发电机机组总用水量曲用水量曲线图5.8 水
15、轮发电机总用水量曲线1全伞式发电机;2半伞式发电机;3悬式发电机194.2.2 水水压1、机组冷却器对水压的要求不能太高,也不能太低不能太高,也不能太低。最高:受制造厂冷却器铜管强度的限制,一般不超过0.2MPa;最低:取决于冷却器内部压降及排水管路的水头损失,并保证必要的流量,一般不低于0.040.075MPa。2、水冷式变压器对水压的要求水水压控制控制较严,要求冷却器进口处水压不得超过0.05MPa,对强迫油循环体外冷却装置,油油压必必须大于水大于水压0.070.15MPa,以保证在冷却水管破裂时,只能允许油进入水中而水不能进入油中。3、水冷式空压机对水压的要求水水压上限可适当上限可适当提
16、高但不超0.3MPa,下限由其水力损失决定,一般不低于0.05MPa。4、水轮机橡胶导轴承对水压的要求 水水压的高低主要由的高低主要由润滑条件决定滑条件决定,以保证轴颈与轴瓦之间形成足够的承力水膜。但水压过高时可能造成轴承润滑水箱破坏。204.2.3水温水温进水温度()25262728冷却器有效高度(mm)1600180020502400相对高度(%)100113128150 技术供水的水温是供水系统设计中的一个重要条件。一般按夏季经常出现的最高水温来考虑。技术供水的水温与很多因素有关,如取水的水源、取水的深度、各地气温变化等等。根据我国的具体情况,制造厂一般按进水温度为25作为设计依据。对于
17、水温超过25的南方地区,制造厂需专门设计特殊的冷却器。水温对冷却器的影响很大。如果进水温度增高,则冷却器的有色金属消耗量将增加,冷却器的尺寸也将增大,造成布置上的困难。一般冷却器的高度与冷却水温的关系如下表所示。21 由表可见,若冷却水温增高3,冷却器高度将增加50%,同时,水温超过设计温度时冷却效果变差,发电机的出力和效率均下降。因此,正确地采用水温非常重要,一般一般进进水温度最高水温度最高应应不超不超过过3030。冷却水温过低也是不适宜的。因为水温过低,会使冷却器黄铜管外凝结水珠。一般要求一般要求进进口水温不低于口水温不低于44。同时冷却器进进出口水的温差一般要求保持出口水的温差一般要求保
18、持2 244,而不能太大,以避免沿管长方向因温度变化太大而造成裂缝和漏水。进水温度()25262728冷却器有效高度(mm)1600180020502400相对高度(%)100113128150224.2.4水水质 水电站的技术供水,不管是取自地表还是地下,总或多或少会有各种杂质。杂质进入用水设备,对用水设备的安全和经济运行是非常不利的。v地表水:如河流、湖泊及水库的水往往会夹带大量的泥沙及不能溶解的悬浮物、有机物及杂质。v地下水:由于地层的渗漏过滤而溶解了各种无机盐类,使水中含有较多的矿物质和具有较大的硬度。23 为保证各冷却器的安全和经济运行,冷却水的水质一般应满足如下几点要求:水中不含有
19、悬浮物 杂草碎木等无机物、有机物及生物体等悬浮物会堵塞管道、影响导热,有机物还会腐蚀管道,滋生水草,促使生殖微生物,从而堵塞管道。含沙量少且颗粒小 含沙量在50g/l以下,且所含沙的粒径在0.025mm以下。对多泥沙的河流要特别注意防止水草与泥沙的混合作用,以防堵塞管道。24硬度较小 硬度由水中钙盐和镁盐的含量而定,以度表示。硬度1相当于1L水中含GaO 10mg或MgO 7.14mg。暂时硬度大的水,在较低温度下易形成水垢,降低传热性能,降低水管的过水能力(酸式碳酸盐硬度)。永久硬度大的水,在较高温度时的析出物能腐蚀金属,形成的水垢富有胶性,坚硬难除并易引起阀门粘结(钙、镁的硫酸盐或氯化物)
20、。为避免形成水垢,冷却水的硬度应比较小,其硬度不大于812。硬度分暂时硬度和永久硬度。25PH值为中性 PH值过大(碱性)或过小(酸性)都会腐蚀金属,产生沉淀物和堵塞管道。力求不含有机物、水生物及微生物含铁量小 铁在水中以碳酸氢铁的形式存在,与空气、日光接触后,逐渐被氧化成胶体状的氢氧化铁,在管路系统和冷却器中生成沉淀,使传热效率和过水能力都下降。不含油分26 总之,对于冷却水的水质,应以水对冷却管道的腐蚀、结垢和堵塞等情况来衡量。而对于作为轴承润滑和轴承密封的用水,则要求更高:含沙量和悬浮物必须控制在0.1g/l,泥沙的粒径在0.01mm以下;润滑水中不允许含有油脂及其它对轴承和主轴有腐蚀性
21、的杂质。274.3 水的水的净化与化与处理理 4.3.1水的水的净化化 4.3.2水的水的处理理4.3.4水生物防治水生物防治 4.3.3水垢的清除水垢的清除284.3.1水的水的净化化 水的净化可分为二大类,一为清除污物,二为清除泥沙。1、清除污物u拦污栅:设置在管道的取水口上,用来阻拦树枝、杂草等一些较大的悬浮物。水电站多用平条型(细分为顺水平条型与正交平条型两种)。顺水平条型虽进草量多些,但水力损失小,吹扫方便,因此从蜗壳或压力钢管引水的取水口,其拦污栅宜采用这种类型。29u滤水器的作用是清除水中的悬浮物,分为固定式与旋转式两种。固定式需定期采用反冲法进行清污;旋转式滤水器则可在运行中清
22、污,适用于悬浮物较多的电站。1进水管;2出水管;3排污管;4转柄;5滤网;6转筒 3031行星摆线针轮减速器 滤筒检修孔 滤水器本体 出水口 进水口 排污口 *全自全自动滤水器水器*该滤水器主要由电动行星摆线针轮减速机、滤水器本体、电动排污球阀、差压控制器及带PLC控制器的电气控制柜组成,它具备自动过滤、自动清污、自动排污,且在清污、排污时不影响正常的供水量。正常过滤时,电动减速机不启动,排污阀关闭。当达到清污状态时,排污阀打开,减速机启动,带动滤水器内转动机构旋转,使每一格过滤网与转动机构下部排污口分别相连通,沉积于滤网内的悬浮物反冲后经排污管排出。322、清除泥沙u水力旋流器:水力旋流器是
23、利用离心力来分离泥沙的。其优点是被分离的混合液体在装置内停留时间短,效率高,结构简单,占地少,投资省,易于制造、安装维护及自动控制。但是水头损失大。水电站技术供水系统中常用的是圆锥形水力旋流器。工作原理是:含沙水流由进水管沿圆筒切向进入旋流器,在进出水压力差作用下产生较大的圆周速度,使水在旋流器内高速旋转。在离心力的作用下,泥沙颗粒被甩向筒壁并旋转向下,经出沙口落入储沙罐内;清水旋流到一定程度后产生二次涡流向上运动,经清水出水管流出。储沙罐连接排沙管,当储沙罐内沙量达到一定高度(可由观测管看出),打开控制阀门,进行排沙、冲洗。33u沉淀池:用以分离水中颗粒和比重较大的物体。多泥沙河流的水电厂一
24、般采用平流式沉淀池或斜流式沉淀池。平流式沉淀池结构简单,施工方便,造价低;对水质适应性强,处理水量大,沉淀效果好,出水水质稳定;运行可靠,管理维护方便。缺点是占地面积较大,需设机械排泥沙装置;若采用人工排沙则劳动强度大,常用两池互为备用交替停池排沙。图3 平流沉淀池示意图 34视频35 斜流式沉淀池是根据平流式沉淀原理,在沉淀池的沉淀区加斜板或斜管而构成,分别称之为斜板式和斜管式。斜流沉淀池具有沉淀效率高、停留时间短、操作简单、占地面积少等优点,效果可提高35倍。斜板一般与水平方向成60角。斜管式沉淀池是在斜板式沉淀池的基础上发展起来的。从水力条件看,斜管比斜板的湿周更大、水力半径更小,因而雷
25、诺数更低,沉淀效果亦更显著。36蜂窝斜管式沉淀池管路系统图 蜂窝斜管式沉淀池结构图1蜂窝冲洗管;2出水管;3进水管;4压力冲沙管;5不定期排泥管;6连续排泥管;7压力吹沙管8蜂窝斜管区;9布水帽;10溢水管;11集水孔眼;12辐射式集水槽;13环形集水槽 374.3.2水的水的处理理 对水中化学杂质的清除称为水的处理。由于化学杂质的清除比较困难,设备复杂,投资和运行费用较高,因此中、小型水电站大多在确定供水水源时选用化学杂质符合要求的水,一般不进行水的处理。大型水电站当水中化学杂质不满足运行要求时,需对技术供水水质进行处理。水的处理方式因用户不同而有所区别。对一般冷却器用水的处理主要是采用物理
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