第一章
机电设备采购

第一节
主机设备采购

一、水轮发电机组调研与采购

（一）厂家调研和技术交流

2001年2～8月，龙滩公司组织考察了东方电机股份有限公司、哈尔滨电机厂有限责任公司、上海希科水电设备有限公司及天津阿尔斯通水电设备有限公司，还专程到葫芦岛水电设备大件厂，观察了三峡水轮机转轮的加工情况。考察的重点是工厂的装备和能力，科研开发及新技术、新材料的应用成果，以及企业状况。考察期间就龙滩水轮发电机组的结构、性能及各项参数，与生产厂家进行了交流和沟通。

（二）采购方式和技术要求

龙滩机组采用国内招标方式采购，招标包括7台套水轮发电机组及8号、9号机埋件。龙滩公司就此组织召开了专家咨询会，国家电力公司电源部、计投部及有关专家参加，对中南院提交的《龙滩水电工程水轮发电机组及其附属设备招标文件》的编制大纲、编制原则进行审查讨论。

龙滩水轮发电机组采购招标于2002年9月正式开标，经评标并报请国家电力公司批准，确定水轮机及其附属设备供货方为东方电机股份有限公司，主要分包商为德国伏伊特西门子水电公司（VSH）、上海希科水电设备有限公司（SHEC）。发电机及其附属设备供货方为哈尔滨电机厂有限责任公司，主要分包商为阿尔斯通（瑞士）公司。

水轮机及其附属设备合同、发电机及其附属设备合同文件在2002年12月22日正式签字生效。

龙滩机组容量大、水头变幅大、设计和制造的技术难度大，国内制造厂尚无独立设计类似机组的经验，技术储备仍显不足，关键部件仍需引进国外先进技术合作生产，选择国内厂家与有资质的国外制造厂家合作开发，联合设计。水力设计、电磁设计、通风设计、推力轴承设计以外方为主，转轮模型试验在国外进行。需进口的关键部件为转轮叶片、推力轴承、定子铁芯挤压弹簧等。后来又增加定子线棒（3台套）、空气冷却器（7台套）、定子铁芯穿心螺杆及线卷周向塞紧适应材料和径向波纹板。

龙滩公司对机电设备招标，从标书编写、设备采购、合同签订、合同执行、运输及安装、验收等，实行全过程统一管理，由龙滩公司一位副总经理主管，机电物资部统一贯彻实施。

（三）机组额定转速优选

机组招标书额定转速选择111.10转每分钟，其主要理由是：相对107.10转每分钟方案，重量可减轻163吨，造价可节省130万美元。但水科院的“龙滩水电工程水轮机稳定性研究及相关分析”认为：转速较高对稳定性不利，应力较高对强度不利，空化系数也会有所增加。从稳定性和强度考虑，选择107.10转每分钟较为有利。清华大学的“龙滩水电工程水轮机参数优化及稳定性研究”报告认为：近年来，大型水轮机组的振动和裂纹等问题已趋于普遍，严重影响机组的安全运行，极大地限制了机组的经济效益。因此在考虑机组能量性能的同时，也必须对转轮的稳定性给予充分重视。龙滩水电站在系统中担任峰荷即调频，是一座运行范围很广的电站，其稳定性问题就更加重要，研究报告选定额定转速为107.10转每分钟。龙滩公司要求在不改变厂房跨度和机组段尺寸的前提下，对机组额定转速111.10转每分钟和107.10转每分钟进行比选。经过深入论证和比较，各个制造厂家均一致推选额定转速为107.10转每分钟。

二、水轮机采购

水轮机设备水力设计和转轮模型试验由德国伏依特公司承担，转轮以外的水轮机结构设计由东方电机股份有限公司（以下简称东电）承担。转轮叶片、上冠及下环，由伏依特公司供货，整体转轮工地组装制作由伏依特公司负责。其中伏依特公司制造1号、2号、3号、4号、7号转轮，东电制造5号、6号转轮。东电是中国规模最大的几家发电设备制造厂商之一；伏依特公司是著名的跨国公司，拥有规模最大的水力试验台。龙滩工程水轮机选择东电与伏依特公司合作，引进伏依特公司水力设计的最新成果，并以伏依特公司为主体提供水轮机的关键件——转轮，这种组合比较适合龙滩工程水轮机设备选择的现状。

（一）供货责任范围

设计、制造水轮机模型，并进行模型试验；水轮机及其附属设备、备品备件和专用工器具等合同设备的设计、制造、工厂试验、装配、包装、运输和交货；提供维修设备、试验设备和仪表；提交图纸和资料；对水轮机及其附属设备现场安装、调试、试验、试运行、验收提供技术指导和监督服务；提供培训服务等。设备包括：7台套混流式水轮机及其辅助设备；另外2台套水轮机尾水管里衬、盘形阀等水下埋件备品备件和专用工器具。水轮机设备供货界定为：①土建侧，供货至设备基础板和锚固螺栓；②发电机侧，供货至与发电机轴联轴法兰的连接处（包括螺栓、专用工具和保护罩）；③压力钢管侧，供货至蜗壳0—0断面上游侧9米处；④尾水管侧，供货至尾水管肘管出口断面处；⑤测量控制系统，测量的管路、电缆及电缆管从测点供货至仪表、仪表盘和端子箱；⑥水轮机与调速系统之间的连接管路及附件；⑦卖方提供的部件或设备与其他供货商提供的部件或设备之间的连接管路及附件供货至机坑外第一对法兰；⑧卖方供货的部件或设备之间电线、电缆、管道、机坑照明及其附件。

水轮机供货方制造厂及加工地点见表5-1。

注 表中代号DFEM指东方电机股份有限公司，VSH指德国伏依特西门子公司，SHEC指上海希科水电设备有限公司，QIJU指中国水利水电第七工程局。

（二）性能保证

1.水轮机效率

（1）水轮机以额定转速在以下条件下运行时，保证的水轮机效率值见表5-2。

（2）在净水头140米和功率714兆瓦条件下的水轮机效率保证值不小于93.75%。相应的模型水轮机的效率保证不小于91.95%。

（3）在净水头125米和功率612兆瓦条件下的水轮机效率保证值不小于93.62%。相应的模型水轮机的效率保证不小于91.82%。

（4）模型水轮机的加权平均效率保证不小于92.84%。

（5）原型水轮机的加权平均效率保证不小于94.64%。

（6）模型水轮机的最高效率保证不小于94.53%。

（7）原型水轮机的最高效率保证不小于96.33%。

注 1.水头为净水头。

2. P _t 为水轮机额定功率714MW。

3.效率数值精确到小数点后第二位。

2.水轮机功率

（1）水轮机以额定转速运行时，保证原型水轮机功率和导叶开度满足表5-3中数值。

注 在净水头140m导叶开度不应超过100%。

（2）水轮机以额定转速运行时，水轮机发功率714兆瓦和612兆瓦的最小净水头分别为140米和125米。

（3）水轮机以额定转速运行，水轮机发功率790兆瓦时的最小水头为148米。

3.水轮机转速

（1）水轮机旋转方向为俯视逆时针。

（2）水轮机额定转速为107.10转每分钟。

4.水轮机比转速

（1）原型水轮机最优工况比转速156.1米千瓦；对应模型比转速155.9米千瓦。

（2）净水头140米、功率714兆瓦时，比转速188.0米千瓦；对应模型比转速187.8米千瓦。

（3）净水头125米、功率612MW时，比转速200.5米千瓦；对应模型比转速200.3米千瓦。

5.空化系数

空化系数及吸出高度见表5-4。

吸出高度为转轮中心线高程至下游尾水位的高差。计算采用的尾水位是224.20米。

6.空蚀磨损失重

水轮机在投入商业运行2年或运行8000小时内（以先到为准），由于空蚀破坏和泥沙磨损引起的水轮机转轮、导水叶和尾水管里衬等过流部件的金属损坏之和，保证不超过45千克。

7.最大飞逸转速

在最大水头179米时，最大飞逸转速保证不超过214转每分钟。

8.漏水量

（1）新投入机组在水头140米时，通过关闭的导叶的最大漏水量不超过0.84立方米每秒；运行8000小时后通过关闭的导叶的最大漏水量不超过1.68立方米每秒。

（2）在密封水压0.80兆帕下，主轴密封漏水量保证不超过0.0055立方米每秒。

9.水推力

（1）在最大净水头下，转轮密封为设计间隙时，最大水推力保证不超过810吨力（正常），1460吨力（非正常）。

（2）水轮机转动部分重量为402吨。

10.尾水管压力脉动

尾水管压力脉动频率和混频双振幅（峰—峰）值保证不大于表5-5中数值。

11.振动和大轴摆度

水轮机顶盖振动值（双振幅值）和水导轴承处大轴相对摆度及绝对摆度（双幅值）保证不大于表5-6中数值。

注 1.Δ H 为实测压力脉动过程曲线峰值外包络线， H 为相应的运行水头。

2.此表系参照技术规范有关条款及经验填出。

12.噪声

在水轮机室靠机坑里衬脚踏板上方1米处的噪声不超过90分贝；距尾水管和蜗壳进人门1米处的噪声均不超过95分贝（A）。

13.可靠性指标

可用率：≥99%

无故障连续运行时间：≥18000小时

大修间隔时间：≥8年

扩大性大修间隔时间：15年

退役前的使用期限：≥40年

允许操作次数：机组年开停次数不小于750次

（三）主要部件技术参数与结构

1.水轮机技术参数

水轮机型号：HLS152-LJ-790

最大水头：179米

额定水头：140米

最小水头：97米

额定流量：554.52立方米每秒

额定出力：714兆瓦

额定转速：107.10转每分钟

飞逸转速：214转每分钟

转向：俯视逆时针

允许吸出高度（140米水头）：-5.80米

单台水轮机总重：2255吨

水轮机最大运输部件：

安装过程水轮机最重部件：

2.水轮机结构

水轮机为立轴法兰西斯式并带有焊接钢蜗壳。机组采用两根轴结构，水轮机主轴与发电机主轴直接连接。水轮机旋转方向为俯视逆时针，用一台微机电液调速器控制机组运行。水轮机部件主要包括转轮、主轴、导轴承及油润滑系统、座环、顶盖、导叶和导叶操作机构、蜗壳、尾水管、机坑里衬。

（1）转轮主要技术参数。

（2）叶片尺寸。

（3）叶片进口厚度。

3.转轮结构

龙滩工程70万千瓦水轮机转轮直径为7.90米，转轮重量达271吨。在此之前，国内外70万千瓦以上大型机组的转轮均采用工厂整体制造的方法。为保证转轮的型线和质量，龙滩工程不采用分半转轮方案，但如果采用工厂制造整体转轮的方案，限于运输条件整体转轮无法运到工地。经过考察、论证，最终决定采用在施工现场制作整体转轮的加工方案。转轮分解为上冠、下环和叶片等部件；转轮部件在工厂加工完成后发往工地；在工地组焊成整体转轮，退火后进行机加工并完成静平衡试验；避免采用分半转轮造成的变形、错位和组焊时较大的残余应力。

（1）转轮的叶片、上冠及下环全部进口，铸件采用脱氧精炼技术，叶片采用数控加工来保证叶形；上冠和下环不分半，整体运到工地；转轮的上、下止漏环将在转轮上直接加工，这样加工工序简化，定位更准确、可靠。

（2）转轮具有足够的强度和刚度，能承受可能产生的作用在转轮上的最大水压力、离心力和水体的疲劳破坏；当水轮机轴与发电机轴解联时，转轮应能放置于基础环上，并能支撑其自身和主轴的重量。

（3）转轮泄水锥与转轮上冠设计成一体作为引导水流的延伸部分；在转轮上冠上设有顶盖减压排水管，以减少顶盖的水压力和向下推力。

4.转轮材料

转轮全部采用抗空蚀、抗磨损并具有良好的焊接性能、含镍量不小于3.50%、含铬量不小于12.50%、含钼量不小于0.50%的不锈钢材料制造。泄水锥采用不锈钢材料与上冠一体制造。

转轮止漏环材料状况如下。

转动止漏环材料：ASTM A743 CA6NM（与上冠和下环一体）

转动止漏环材料硬度：HB260

固定止漏环材料：1Cr18Ni9Ti

固定止漏环材料硬度：HB180

转轮上冠和下环的外缘周围加工出与上冠和下环一体的止漏环。止漏环的设计应允许转轮向上或向下的移动量不小于20毫米。

5.水轮机主轴

（1）主要技术参数。

材料：A668 Gr.D.

最大许用应力：

正常63.75兆帕（YS=255兆帕）

异常63.75 兆帕

主轴长度：5950 毫米

主轴直径：2700 毫米

主轴法兰直径：3000 毫米

主轴重量：117 吨

临界转速：355 转每分钟

（2）结构。主轴为中空结构，外径为2400毫米，内径为1770毫米；采用两根轴的结构，与转轮连接采用内法兰，与发电机大轴连接采用外法兰；连接方法均采用销钉螺栓，螺孔采用镗模加工。主轴有足够的刚度和强度，其尺寸能适应当发电机功率因数cos φ =1时满功率的扭矩传递要求，且能在包括最大飞逸转速在内的任何转速下运行而无有害的振动和变形。主轴的最大应力符合“工作应力”的规定。

（3）加工和无损探伤。主轴在消除应力后应进行全部精加工，内外表面在最后一道机械加工后必须同心。在主轴上部合适的位置应设置用于测量主轴摆度的环带。测量环带及导轴承轴颈表面必须进行抛光。在靠近导轴承盖上方的轴上，应刻上一根圆周线，以便检查主轴的垂直位置。

6.水轮机导轴承及油润滑系统

（1）主要技术参数。

导轴承型式：分块瓦式

轴承瓦材料：巴氏合金（瓦衬）

轴承瓦数目：20

轴瓦设计间隙：0.20毫米

轴瓦最大许用应力：40兆帕

轴瓦尺寸（长×宽×高）：394毫米×360毫米×175毫米

重量：5.50吨

冷却水量：660升每分钟

冷却水压强：0.20～0.60兆帕

冷却水压降：0.05兆帕

冷却器设计承受压强：0.80兆帕

冷却器试验水压：1兆帕

冷却器试压时间：30分钟

用油量：约2.50立方米

（2）结构。水轮机导轴承为稀油润滑、巴氏合金表面分块瓦式自润滑轴承。导轴承能承受任何运行工况（包括飞逸转速工况）的径向负荷。导轴承设计便于安装、调整、检查和拆卸，满足在不需拆卸导轴承的情况下检修主轴工作密封，并允许转轮和主轴的轴向移动，以满足拆卸和调整发电机推力轴承或清扫主轴连接法兰止口的需要。导轴承的设计和制造，能安全地在最大飞逸工况下运转5分钟而不损坏。

（3）轴承箱。轴承箱具有足够的刚度，能承受机组运行的最大径向力并将负荷传至水轮机顶盖上。轴承支座可用铸钢制造或是钢板焊接的重型结构，在竖向分成两半，用螺栓组合和用螺栓连接到顶盖上。有防止油从轴承箱泄漏或向轴上爬油的措施。轴承箱盖上配有透明的检查孔。提供吊耳和反向拧松螺栓以方便轴承部件的安装和拆卸。

（4）轴瓦。水导采用分块瓦斜楔式调整装置和外置式冷却器结构。这种冷却系统的传热效率比常规的冷却系统约高4～5倍。水导瓦为巴氏合金瓦衬采用分子黏合剂固定在轴瓦体上，用超声波检验时至少有99%的面积被黏合，才能确认为合格。导轴承瓦在工厂研刮、装配，不容许在安装现场进行研刮。导轴承的轴瓦具有互换性。

（5）轴承的润滑。

1）轴承设置一个完整、独立的油润滑系统。润滑油能在主轴旋转的作用下通过轴瓦自循环。轴承油箱能容纳要求的所有油量。润滑油系统具有消除从轴承逸出油气和甩油的措施。轴承油箱上有合适的供、排油接口，以便在检修时排出和装入润滑油。

2）导轴承使用与发电机推力轴承及导轴承和调速器相同的润滑油，润滑油由另外的承包商提供。

7.主轴密封

（1）主要技术参数。

主轴工作密封材料：合成树脂（密封环）

主轴工作密封形式：径向水力自动恒压式

主轴工作密封冷却与润滑水流量：325升每分钟

主轴工作密封冷却与润滑水压强：0.60～1 兆帕

主轴工作密封水质要求：清洁水

主轴工作密封漏水量：≤325升每分钟

主轴工作密封使用寿命：≥40000小时

主轴检修密封用压缩空气最高气压：0.80兆帕

主轴检修密封用压缩空气最低气压：0.50兆帕

主轴检修密封用压缩空气用气量：20 升每分钟

（2）主轴工作密封。在导轴承下方，主轴与顶盖接合的部位设置恒压式主轴工作密封。采用伏依特公司特有的动态恒压密封结构。其特点是漏水量小，使用寿命长。主轴工作密封的密封环、密封压紧弹簧、恒压式水力旋转器等均为伏依特西门子德国公司生产。工作密封能在不拆卸主轴、水轮机导轴承、导水机构和管路系统的情况下进行检查、调整和更换密封元件。工作密封环材料为合成树脂，且必须耐腐蚀。密封采用水润滑和水冷却。润滑冷却水从水轮机坑外侧技术供水总管引入，压力为0.20～0.60兆帕。工作密封为自补偿型，在运行中，对磨损可进行自动调整。工作密封元件磨损裕量为12毫米，至少能运行5年而不用更换。在密封下面设置迷宫环，以防止杂物进人密封。

（3）主轴检修密封。在机组停机时，为防止水进入顶盖，在工作密封下方设置采用压缩空气充气的橡胶密封。检修密封由压缩空气系统提供压强为0.50～0.80兆帕压缩空气。检修密封用的螺栓、螺母等均采用不锈钢材料。检修密封采用优质材料，检修密封元件至少能运行5年而不用更换。

8.水轮机座环

（1）主要技术参数。

材料：NK-HITEN670

最大许用应力：183（正常）/275（异常）兆帕

外径：11460毫米

内径：8065毫米

高度：3800（max）毫米

固定导叶数：22+1

分瓣数：4

每瓣尺寸：8363毫米×4067毫米×3800 毫米/8363 毫米×3800 毫米×3058毫米

每瓣重量：70吨

总重量：280吨

（2）结构。座环由上、下环板与固定导叶组成。上、下环板采用优质的抗撕裂钢板焊接制成，固定导叶用钢板制造。座环分4瓣，分瓣座环在工厂内进行整体预装配。座环采用固定导叶不穿过上、下环板的结构。座环各分瓣件在消除内应力后，方能进行最后的机械加工。两部件的组合面应进行精加工，并配有定位销和连接法兰。各分瓣件在工地用预应力螺栓把合后现场焊接。座环与顶盖连接的法兰在工厂加工。座环表面打磨光滑，无凹凸不平的缺陷和裂纹。座环在工厂焊接好蜗壳过渡板。加工座环法兰面的工装设备必须保证精度并满足安装进度。座环用地脚螺栓固定在混凝土支墩上。

（3）灌浆和排气。为了便于浇筑和填实混凝土，在座环下环板处设置有足够数量并布置合适的灌浆孔和排气孔。

（4）现场加工。

1）卖方提供座环现场安装调整的程序、方法及经过试验的座环焊接工艺，并且负责在现场指导安装承包商的实施。

2）为了校正由于座环在现场组装、焊接和浇筑混凝土后产生的变形，卖方提供1套用于在现场车削座环与顶盖、基础环与底环接触面和铰扩连接螺栓孔的装置，该装置能用于每台水轮机的座环加工，并随第1台座环一起交货。卖方提供装置的操作说明书和在现场负责指导安装承包商进行安装和操作实施。

9.控制环

控制环采用钢板焊接结构。控制环根据运输限制分2瓣，分半面设计在应力最低的部位。控制环底面装有环向导轨和抗磨板，抗磨板具有自润滑性能，不需要润滑系统。

10.蜗壳

蜗壳按不进行水压试验设计和制造。

（1）主要技术参数。

外形尺寸。机组中心至各轴方向距离（以厂房轴系定义）：

（2）结构。蜗壳采用钢板焊接结构。蜗壳的材料选用可焊性好的屈服极限不低于500兆帕的钢板制作，只允许便于现场实施的焊前预热、焊后保温处理。蜗壳在工地现场数控下料、加工和制作。蜗壳应包括进口延伸段，其中心线与水轮机+ X 轴线成65°夹角。延伸段上游侧长9米（以蜗壳平面图计），与压力钢管在现场进行焊接。压力钢管与蜗壳进口相接处的内径为8.70米。压力钢管的材料为压力容器钢610级，厚度58毫米。蜗壳按在不考虑与混凝土联合受力的条件下，单独承受最大内压（含水锤压力）设计。蜗壳的上半部外表面设置弹性层，蜗壳设计有排除弹性层内积水的内容。分块座环与蜗壳过渡板的接缝在工厂内焊接到运输限制规定的可行的范围内。蜗壳外表面喷涂环氧砂浆，内表面涂防锈漆。所有的蜗壳纵向焊缝及蜗壳与座环的连接焊缝要进行100%射线探伤检查，个别不能用射线检查的部位，进行100%超声波探伤检查；所有环缝进行100%超声波探伤检查，对有怀疑的地方，用射线探伤进行复查。对所有焊缝打磨平整并进行染色渗透或磁粉探伤检查。

（3）与压力钢管的连接。从蜗壳进口往上游至机组供货分界线的这一段叫蜗壳延伸段，由卖方提供。

（4）附件。蜗壳配套提供以下附件。进人门：蜗壳设置1个直径不小于650毫米的外开铰接式进人门。铰链牢固装在外侧，铰链销的材料为不锈钢。在进人门上设置“O”形橡皮密封环或相当的密封件，用不锈钢螺栓封闭进人门。进人门的内表面与蜗壳的内表面平齐。进人门法兰上钻有用于顶开进人门的顶起螺栓孔。还设置检查蜗壳内有无压力或积水的截止阀。进人门处蜗壳按ASME“锅炉和压力容器规程”的要求进行补强。蜗壳排水阀：为便于排出压力钢管和蜗壳内的积水，在蜗壳最低高程处设1个直径为800毫米的排水阀。积水经排水阀、管道排至尾水管。在蜗壳排水阀开口处按ASME“锅炉和压力容器规程”的要求进行补强。排水阀为油压操作，并有可靠的锁定装置，以限制开启、关闭位置，锁定位置醒目。排水阀阀口与阀盘采用锥形密封，不能漏水，并且密封接触面为不锈钢材料。测压计接头：①蜗壳在最合适的位置设置4个不锈钢测压计接头，用于水轮机的流量测量；②按照IEC试验规程，在蜗壳上游部分圆周段设置4个不锈钢测压计接头，以测量水轮机的净水头；③在蜗壳末端设置2个不锈钢测压计接头，以测量蜗壳末端水压力；④各测压头的位置与模型上的测头位置相一致。卖方提供所有的测压头及测压管。测压管道是不锈钢材料。

11.顶盖

（2）结构。顶盖采用钢板焊接、内外两环结构，设计成能方便地装入和拆卸水轮机转动部件，并且能利用厂房起重机将顶盖整件吊入或吊出水轮机机坑。为了满足运输条件和便于安装，顶盖分2瓣制造。顶盖在工厂进行预装。

（3）设计和制造。顶盖的设计和制造保证整体顶盖具有足够的强度和刚度，能安全可靠地承受最大水压力（包括水锤压力）、径向推力和所有其他作用在它上面的力，以及支承导水机构、导轴承、主轴密封等部件，而不会产生过大的振动和有害的变形。顶盖的刚度和强度的计算书提供给买方审查，安全裕度的选取必须在大型、巨型水轮机上验证过。顶盖设有法兰，用螺栓和定位销连接到座环的法兰上，并有用于顶起螺栓的螺孔。顶盖各组焊件在消除内应力后，方能进行最后的机械加工。两部件的组合面进行精加工，配有定位销，并设有很好的密封装置。各分瓣在工地用预应力螺栓把合，但不允许现场做结构焊接。卖方提供在现场安装时测量预应力的方法和说明书。顶盖设置平压管，引至尾水管，以减少顶盖压力和向下推力。顶盖设置2台用电动机驱动的备用排水泵，以便在蜗壳鼻端排水管排水受阻时排除顶盖内的积水。每台排水泵的排水量及扬程确保将顶盖内的积水排至尾水管。排水泵、管道、自动控制装置、水位报警信号器、止回阀和截止阀及其附件等均由卖方配套供应。所有的管道、阀门、水泵及配件必须是耐腐蚀材料，水泵为潜水泵。

12.底环和基础环

（1）主要技术参数。

1）底环。

材料：Q235B

最大允许应力：94兆帕

外径：9880毫米

内径：8041毫米

高度：535毫米

分瓣数：2

每瓣尺寸：9880毫米×4940毫米×535毫米

每瓣重量：24.50吨

重量：49 吨

2）基础环。

材料：Q345/1Cr18Ni9Ti

最大允许应力：91/68兆帕

外径：8380毫米

内径：7330毫米

高度：2950毫米

分瓣数：4

每瓣尺寸：5926毫米×2950毫米×1598毫米

每瓣重量：16吨

重量：64吨

（2）结构。底环和基础环均为单独件，底环置于基础环上，用螺栓与基础环连接，并能从基础环上拆卸。底环和基础环为钢板焊接结构，具有足够的强度和刚度。底环分2瓣制作；基础环分4瓣制作。基础环和座环应在工厂内进行预装。底环和基础环预留补压缩空气的管口，并将补气管引出。

（3）底环。底环设计成能安全可靠地支承最大水压力和所有作用在其上的其他负荷，而不产生有害的变形。底环各组焊件应在消除内应力后，方能进行最后的机械加工。两部件的组合面进行精加工，配有定位销。各分瓣件在工地用螺栓把合，但不允许现场作结构焊接。底环装有用于导叶轴的无油自润滑轴承，底环上的导叶轴承孔与顶盖上的导叶轴承孔同轴镗孔。

（4）基础环。基础环用钢板焊接制成，作为底环的支承平面。基础环设有转轮支承平面，能够支承水轮机与发电机脱开时转轮和主轴的重量。该支承平面与转轮之间有足够的空隙，允许转轮的轴向移动，并能清扫主轴连接法兰止口。基础环下端提供合适的接口，以便与尾水管里衬的顶端焊接。基础环按永久埋入混凝土中设计，采用外加肋板来增加刚度，防止变形，并锚定在混凝土中，保证基础环上的荷载可靠地传至混凝土基础。卖方提供为基础环定位和固定所需要的全部的拉紧拉杆、松紧螺栓、支撑和调水平用的千斤顶等，并有5%的余量。

13.导叶和导叶操作机构

（1）主要技术参数。

（2）导叶。导叶采用含镍量不小于3.50%、含铬量不小于12.50%的不锈钢整体铸造。导叶轴和导叶体的连接过渡区的设计应减小应力集中。导叶采用3支点轴承结构。导叶轴上部应设置1个可调整的自润滑推力轴承，导叶推力轴承和附件应防止由于水力或机械力的作用而引起导叶与抗磨板之间的过分挤压。导叶最大开口留有5%的裕量。每个导叶应有限位装置，当导叶保护装置动作或导叶处于失控状态时，导叶不应碰撞转轮、固定导叶和相邻的活动导叶。在导叶轴穿过顶盖处的轴承套上设置活动导叶轴密封。

（3）导叶操作机构。导叶操作机构（包括自润滑轴承、销、拐臂、连杆、控制环和推拉杆）有足够的强度及刚度，以承受加于其上的最大荷载。有相对运动和相互接触的部件为自润滑型。整个操作机构的结构应便于检查、调整和修理。

1）推拉杆。导叶接力器活塞杆和控制环之间的推拉杆为锻钢制造，具有足够刚度并带有自润滑瓦衬。

2）导叶保护装置。当2个或多个导叶在关闭过程中被异物卡住时，导叶保护装置能保护其他导叶完全关闭。保护装置由卖方提供，并对其作用原理和实际应用作出说明。导叶保护装置配有动作信号监测系统，当保护装置动作时，发出指示和报警信号。提供所需的触头和导线，信号导线接到水轮机端子箱。导叶保护装置能在机组减负荷和紧急停机情况下，当限位装置打滑时发出指示和报警信号。

3）导叶限位装置。每个导叶设置摩擦方式的导叶限位装置，以防止导叶在保护装置动作后反复摆动。如果任何一对导叶之间有障碍物，该装置不应影响其他导叶的关闭。每个导叶均设置坚硬的导叶限位块。导叶限位块应根据在最不利的工作条件下，可能施加到导叶限位块上的最大水力矩和冲击力来设计。限位块设在顶盖和拐臂之间用以限制导叶运动角度，在保护装置动作的情况下，防止松动的导叶对相邻导叶或部件运动的干扰。限位块用减震垫保护。

14.导叶接力器

（1）主要技术参数。

（2）水轮机设置2个油压操作的直缸接力器，通过导叶操作机构来操作导叶。接力器设计成在关闭方向有少量的过行程，用以对关闭的导叶施加压紧力。接力器的额定操作油压为6.30兆帕。接力器零部件按调速器最大操作油压设计。

（3）接力器布置在机坑上游侧里衬内专设的接力器支座上，支座必须是机坑里衬的一个组成部分，接力器的反作用推力通过机坑里衬传到周围混凝土上。

（4）接力器缸。接力器缸和盖采用钢制造，并设有油管法兰连接件、填料箱或密封以防止漏油。活塞采用铸钢，活塞杆采用不锈钢，并进行高精度抛光。接力器设双层活塞环和刮油圈，使油缸壁的压力均匀并通过活塞的漏油最小。每个接力器缸应设置控制油管接口、2个排油接口，并配备压力表、全套管道、配件、阀门以及从接力器缸排气的2个液压针阀。活塞杆设有双重青铜导轴承，以使活塞不承受侧向力。外侧轴承是自润滑型。接力器作150%设计压力并保持30分钟的耐压试验。

（5）刻度尺。为指示导叶的实际开度和接力器的行程，设置带指针的刻度尺。刻度尺以接力器活塞行程和导叶开度的百分数来分度。

（6）分段关闭装置。接力器设置可调的分段关闭装置，以改变导叶空载至全关位置的关闭速度，但该慢关闭装置不应限制空载和全开导叶位置之间的正常移动速度及开启速度。

（7）锁定装置。在接力器上或导叶控制环上设置可靠的锁定水轮机导水机构的油压操作锁定装置，以便于水轮机导叶能可靠地锁定在关闭位置。导叶锁定机构包括带接点的限位开关，限位开关在锁定装置完全啮合或脱开时动作，锁定装置应能远方操作。在接力器上和导叶控制环上还设置合适的手动操作的机械锁定装置，以便能可靠地锁定水轮机导叶在开启的位置上，在手动锁定装置上装设挂锁。

15.水轮机机坑里衬、过道和楼梯

（1）主要技术参数。

材料：Q235B

内径：10470毫米

壁厚：16毫米

高度：7685毫米

重量：39.70吨

（2）机坑里衬。水轮机设置钢板焊接的机坑里衬，从座环到发电机下风洞盖板之间全部衬满，机坑里衬的最终高度在第一次设计联络会上确定。里衬钢板的最小厚度不小于16毫米。机坑里衬允许工地现场制作。机坑里衬能允许整体顶盖吊入和吊出。机坑里衬上设置放置接力器、端子箱、阀门、照明灯具或其他附件的凹室，还设置所有必需的管道、导管和入口通道的孔口。机坑里衬外侧用型钢或筋板加强，在埋入处每平方米设置约8根锚杆。在筋板中设置足够的孔洞，以防在里衬和混凝土之间产生气腔。

16.水轮机室内环形吊车

主要技术参数：

起吊重量10吨

吊车重量1.20吨

电动机功率0.80/3.40千瓦

电动机电压380伏

在水轮机机坑内设置1套电动单轨环形吊车，以便在检修时能方便吊运、拆卸和安装水轮机部件。环形吊车的动力线应采用环形滑线结构、布置在发电机下机架下盖板上。

17.尾水管和里衬

（1）主要技术参数。

（2）尾水管施工控制。水轮机安装高程（以导叶中心计）为215米，尾水管最低底板高程不低于187.60米，扩散段宽度不超过14.60米，出口底部高程不低于187.60米，尾水管的长度（机组中心线至尾水管出口断面）不超过65.50米。金属尾水管里衬自基础环开始延伸至肘管出口，尾水管扩散段由其他承包商根据卖方设计的流道形状施工。

（3）尾水管里衬的设计及制造。尾水管里衬允许卖方在工地现场制作。锥管厚度不小于30毫米，肘管厚度不小于25毫米；1500毫米长的不锈钢段采用抗裂纹性能良好的钢板，其内表面应光滑无波浪状不平，无凸、凹或其他表面缺陷，板块应配合良好。里衬外侧要用筋板和型钢加强，提供每平方米不少于8根的锚固件；特别注意加强筋的位置，在加强筋中设置足够的孔洞，以防里衬和混凝土之间产生空腔。里衬末端要用槽钢或筋板加固并与水流成垂直。里衬钢板、加强筋及进人门和锚固件应能承受“水轮机运行条件”中最高尾水位时的内水压力以及承受任何可能的正或负的压力。在尾水管里衬锥管上部有不小于1500毫米的不锈钢段，下段衬料为普通碳钢。里衬与基础环的连接采用现场焊接。

（4）进人门。在尾水管锥管段设置2个对称的净尺寸为宽不小于800毫米、高不小于1000毫米的进人门。进人门采用“O”形密封。进人门装向外开启的铰链，铰链必须坚固，铰链销和螺栓为不锈钢。有足够的间隙以保证门能启闭自如，不漏水。门的内表面与里衬的表面齐平，设有顶起螺栓以方便启门。进人门上设置手柄。在进人门下面设置1个黄铜或青铜的小型旋塞，以检查进人门处是否有积水。

（5）排水管及盘形阀。在尾水管最低点，安装2套直径为800毫米的盘形阀。2个盘形阀分别安装在尾水管两边，采用油压操作；盘形阀操作机构布置在操作廊道内。油缸上设有机械闭锁装置，用以把阀盘闭锁在关闭位置。锁定的关闭位置直观醒目。机械锁锭螺杆、螺母采用不锈钢材料。盘形阀不漏水。

（四）设备汇总

龙滩375米方案的水轮机设备总共7台套，单台套水轮机设备汇总见表5-7。

注 其余设备包括蜗壳、尾水管等。

三、发电机采购

发电机电磁设计、通风设计及推力轴承设计由法国阿尔斯通公司承担，结构和工艺设计由哈电负责。除发电机的线棒、定子铁芯紧固件、线棒适形材料及波纹板、空气冷却器及推力轴承钨金瓦和支撑结构由阿尔斯通公司提供外，其他发电机设备由哈电提供。阿尔斯通公司是世界著名的跨国集团公司，哈电是我国最早、最大的发电设备制造厂。龙滩工程发电机选择哈电与阿尔斯通公司合作，这是强强联合，尤其是阿尔斯通公司在发电机结构设计上的斜元件概念，体现了最新技术水准。

（一）供货责任范围

对发电机及其附属设备、备品备件和专用工器具等设备的设计、制造、工厂试验、装配、包装、运输和交货全面负责；提供维修设备、试验设备和仪表；提交图纸和资料；对发电机及其附属设备现场安装、调试、试验、试运行、验收提供技术指导和监督服务；提供培训服务等。设备包括：7台套发电机、备品备件及专用工器具。

设备供货范围：土建侧，供货至设备基础板、锚固螺栓和基础螺栓；水轮机侧，供货至与水轮机轴连轴法兰的连接处，主轴连接件及螺栓由水轮机厂供货；主引出线侧，定子绕组引出线端的供货应至机坑墙外400毫米，包括穿机坑引线的密封件、支撑和对钢筋发热的磁屏蔽保护设施；中性点，供货应包括中性点引线和全部中性点设备；监视、测量和控制系统，除另有规定外，电缆供货至发电机端子箱及有关的盘柜；油、气、水、灭火等辅助系统根据买方的图纸和技术规范所规定的范围和数量供货，与其他承包商提供设备之间连接的油、气、水、灭火等管路应供至风洞外第一个法兰；供货的部件或设备之间的电线、电缆、管道、机坑照明以及其他附件。

发电机供货方制造厂及加工地点见表5-8。

注 HEC指哈尔滨电机厂有限责任公司，ALSTOM指阿尔斯通（瑞士）公司DFEM指东方电机有限公司。

（二）性能保证

1.发电机型式

发电机为三相立轴半伞式同步发电机，采用密闭循环空气冷却方式。

2.发电机参数

发电机型号：SF700-56/16090

额定功率：777.8兆伏安

发电机总重：3028吨

定子绕组连接：8Y形连接，经中性点接地

额定容量：777.80兆伏安

额定电压：18千伏

额定电流：24948安

额定频率：50赫兹

额定功率因数：0.90（滞后）

额定转速：107.10转每分钟

飞逸转速：214转每分钟

相数：3相

效率：98.67%

绝缘等级：F级

额定励磁电流：3439.80安

额定励磁电压：456伏

飞轮力矩：220000吨力平方米

推力负荷：30410吨

转动方向：俯视逆时针方向

定子铁芯长度：3300毫米

槽数：624

空气间隙：34毫米

3.可靠性指标

发电机可用率：≥0.99

发电机无故障连续运行时间：≥18000小时

大修间隔时间：≥8年

退役前的使用期限：≥40年

定子绕组退役前的使用期限：≥25年

4.轴承温度

当发电机在额定电压、额定转速和功率因数为1.0，且在额定容量运行时，导轴承和推力轴承巴氏合金瓦的温度均不得超过75℃。

（三）总体结构

发电机具有2个导轴承和1个推力轴承，即位于转子上方的上导轴承、位于转子下方的下导轴承和推力轴承；推力轴承和下导轴承支撑在下机架上。发电机轴与水轮机轴采用法兰连接，法兰分界面安装高程221.70米。发电机定子机座安装在埋设于机坑混凝土中的基础板上；机座基础板、紧固件应能安全承受运行时由于地震力、突然短路引起的暂态力矩及半数磁极短路的单侧磁拉力，并能避免定子机座产生有害位移；基础板下面设有楔子板，以方便安装时调整。发电机的定子在现场组装；根据龙滩机组安装进度（年投产3台）的要求，发电机定子机座的组圆、铁芯组装、压紧和铁芯磁化试验除在安装间进行外，能在其他机坑内进行，并在下线后吊入所在的机坑进行其他安装和试验。转子采用无轴结构，由转子中心体、转子支架、磁轭和磁极等部件构成。卖方提供必需的平台、支撑、防火密封进人门、人孔、梯子（或活动梁和楼梯）、栏杆、吊物孔盖板、护栏及类似保证运行维护人员巡视及人身安全的设施；梯子和栏杆由镀铬钢管或不锈钢管或铝合金管制成。发电机在设计时考虑到结构固有频率和振动特性，避免与流道中水体自振频率、水轮机水力脉动、电网频率及其倍频、电站建筑物等发生共振；在所有带电的零部件上方或周围提供适当的保护罩；为防止轴电流通过轴承，集电环和各轴承应与底板、管路系统和其他部件完全绝缘；设计用的绝缘材料应能够承受所可能受到的机械应力。定子机座、上机架、下机架、风罩内油冷却器和空气冷却器在两相对侧设置接地端子，以便与厂房主接地网连接；机坑内的所有金属管路、栏杆、扶手、护栏、进人门等金属构件以及所有要求接地的发电机其他部件均可靠接地，并形成自己的接地系统；接地铜排在买方指定的位置与全厂接地系统相连，并提供供货设备接地用的全部接头、端子和螺栓。发电机的设计考虑厂内桥式起重机能顺利起吊发电机转子、定子以及各个部件。

（四）主要部件结构与技术参数

发电机主要部件包括定子、转子、主轴和上端轴、上机架、下机架、冷却系统、高压油顶起系统、轴承润滑系统、制动系统等。

1.定子

（1）主要参数如下。

定子直径（至定子机座外缘）：

不包括空气冷却器 17430毫米

包括空气冷却器 17930毫米

定子铁芯内径：15000毫米

定子铁芯外径：16090毫米

定子铁芯高度：3300毫米

（2）定子机座。定子机座采用大齿压板结构。定子机座由多层环板和16个垂直的斜元件垂直筋板及外壁组成。定子下环板有足够的径向刚度，能承受定子铁芯和绕组的重量，并通过斜元件传递到定子基础上。定子机座由轧制钢板焊接而成，并根据运输的限制条件分成6瓣运至工地，在工地进行组圆焊接。为便于现场组装，分瓣机座应在工厂内进行预组装，并配有钻好螺栓孔的工艺法兰和销钉。需到工地焊接的部位应预先在工厂加工好坡口，到工地后不再进行机械加工。定子采用斜立筋结构。当定子铁芯热膨胀时，斜立筋向机械阻力最小方向偏转，并与环板一起偏转，以保持同心；在电磁扭矩作用下，斜立筋向机械阻力最大的方向变形，以保证定子具有很高的稳定性。定子机座的设计，完全满足在机坑组装定子的要求，并能确保将整体定子（带绕组）从一个发电机坑吊入另一发电机坑过程中引起的应力对定子不产生有害变形。定子机座有足够的刚度，可承受磁拉力引起的变形和振动，最大振动值（水平分量）不大于0.30毫米。定子铁芯以1/2的叠片方式交错叠片，铁芯分段预压，然后整体热压，使铁芯紧量稳定。穿心螺杆上端设置蝶形弹簧，使铁芯压紧后不会松动。穿心螺杆及蝶形弹簧从国外进口。铁芯采用双鸽尾筋浮动结构，适应铁芯热膨胀变位。

（3）定子铁芯。

1）定子铁芯采用高质量、高导磁率、低损耗、无时效、机械性能优良的进口优质冷轧薄硅钢冲片叠装成整圆。每片扇形片冲压成形后，应严格去毛刺、磨光，并在两面涂F级绝缘漆或其他相当的经批准的材料，以减少涡流损耗。冲片应叠装于防水并放有干燥剂的集装箱内发运至工地。

2）定子铁芯以1/2的叠片方式交错叠片，铁芯分段预压，然后整体热压，使铁芯紧量稳定。穿心螺杆上端设置蝶形弹簧，使铁芯压紧后不会松动。穿心螺杆及蝶形弹簧从国外进口。铁芯采用双鸽尾筋浮动结构，适应铁芯热膨胀变位。

3）铁芯上、下两段叠片采用F级环氧硅钢片粘接胶粘成整体，以增强铁芯刚度，减少铁芯振动和降低端部附加损耗。

4）定子铁芯内通风槽的布置，使空气流动通畅、平稳，使铁芯冷却均匀、高效和充分，并使风阻损耗最小。通风沟“工”字形撑条采用非磁性材料制成，以减少损耗，能承受安装和运行时所施加的压力而不产生有害变形。

5）所有铁芯齿压板的压指、固定定子绕组的端箍等都用非磁性材料制造。铁芯采用套管绝缘的进口高强度低碳合金钢穿心螺栓压紧，压紧螺栓应配置进口蝶形弹簧，采取措施防止在发电机的各种运行工况下，特别是欠励工况下因漏磁引起定子铁芯各部件和压紧部件的有害过热。

6）定子铁芯内径的尺寸应允许通过定子内腔吊出发电机下机架及水轮机的所有可拆部件。

7）在不吊出发电机转子和不拆除上机架的情况下，能更换定子绕组和转子磁极，检查绕组端部，以及对定子绕组进行预防性试验。

（4）定子绕组。前三台机定子绕组从阿尔斯通公司进口。定子线圈股线间采用260毫米空换位，以减小端部温差。定子绕组接头采用中频感应加热、银铜钎焊。线圈槽部和端部有可靠的防晕措施。线圈周向塞紧的适形材料和径向波纹板全部从国外进口。

1）定子绕组由单匝线圈组成，各支路并联，“Y”形连接，主引出线及中性点引出线和它们的终端为线电压级全绝缘并穿越发电机机坑引至“引出线”和“中性点接地装置”所规定的位置。

2）定子绕组绝缘为IEC60034 规定的F级绝缘。绕组包括主引出线和中性点引出线的最大温升不得超过有关规定值。卖方提供组成发电机中性点以及将发电机绕组连接到中性点的设备和主引出母线所需的所有导体、接头、接线端子和材料以及绝缘材料的包扎工艺要求。

3）定子绕组采用立式嵌线方式。线棒在定子槽内与定子铁芯应配合紧密，采用进口半导体槽衬将定子线棒包成“U”形，使线棒与槽紧密配合，以降低槽电位，消除电晕对绕组主绝缘的腐蚀。所有槽垫片都应用良好的半导体材料制作。设计保持绕组上的半导体防晕层与铁芯的整个槽形接触良好，确保绕组电晕屏蔽的连续性。绕组与槽形的配合设计，能保证拆卸和更换绕组时使线圈无损伤地放入槽内或从槽中取出。定子线圈应统一尺寸并具有互换性。

2.转子

（1）主要参数如下。

重量（包括所有起吊装置）：1545吨

尺寸（长×宽×高）：14932毫米×14932毫米×5800毫米

磁轭高度（包括磁极）：3540毫米

（2）结构。

转子支架采用圆盘式斜支臂结构，这种斜支臂转子支架在热打键时，能吸收一部分能量，以改善中心体受力状况，使止口不会变形；正常运行时，能吸收热膨胀产生的径向变形，保证气隙值和气隙的均匀度。磁轭为叠装式，磁轭不设置通风槽片而将磁轭冲片切掉一角，叠片时四片一叠，切片部位即形成通风沟。冲片不开定位销孔，利用拉紧螺杆孔装设临时定位销进行磁轭叠片。磁轭叠片完成并紧固后，采用热加垫使磁轭紧箍在支架上；当机组转速达到分离转速（1.40倍额定转速）时，磁轭会浮动。磁极通过鸽尾与磁轭连接，磁极与磁轭的相对位置可通过锯状楔子和垫片调节。磁极每个转角处有4组蝶形弹簧支撑磁极线圈，在开、停机过程中不会发生径向串动；磁极绕组为F级绝缘；为增加冷却面积，各匝采用特殊外形结构，使绕组外表面形成带散热翅的冷却面。

3.主轴和上端轴

（1）主要参数如下。

发电机上端轴的直径：1650毫米

发电机上端轴的高度：2375毫米

发电机轴的直径：2400毫米

发电机轴的高度：6256毫米

（2）结构。

1）轴系由上端轴、转子中心体、主轴以及作为一个完整轴系所需的其他所有部件构成。与水轮机轴连轴所需的连接件和专用工具由水轮机卖方提供，发电机主轴及与转子中心体的连接件和专用工具由发电机卖方提供。

2）发电机主轴由上法兰、中空轴体和下法兰组成；通过下法兰与水轮机轴连接，通过上法兰与发电机转子中心体连接。上法兰是整体内法兰结构，下法兰是整体外法兰结构。主轴上下法兰及中空轴体由整体锻钢制成。

（3）上端轴。在转子上方设有上端轴，用于配置上导轴承、安装发电机励磁集电环。为方便机组的安装和维护，7台机组设置一套专用转子起吊轴，该起吊轴由卖方设计制造和供货。上端轴能方便装设水轮机补气装置，补气装置由水轮机卖方提供。

（4）加工和无损探伤。

1）主轴为两根轴结构，两端有连接法兰，一端和发电机转子中心体相连，另一端和水轮机轴法兰相连。发电机卖方应与水轮机卖方相互协调，使主轴及连接法兰各主要尺寸及制造误差取得一致。

2）发电机卖方应与水轮机卖方相互协调，采用先进的方法加工主轴联接法兰之间或主轴与转子中心体的结合面和连接螺栓孔。

3）主轴在消除应力后进行全部精加工，内外表面在最后一道机械加工后必须同心。在发电机轴上部合适的位置设置用于测量主轴摆度的环带。测量环带、上端轴导轴承滑转子表面必须进行抛光。

4）轴的径向跳动量在工厂利用车床旋转加工好的轴来检查或用找正装置检查，容差不超过ANSI/IEEE810—1987“水轮机、发电机联轴器和轴的径向跳动容差”所推荐的允许数值。

5）主轴及上端轴经机械加工后应按照ASTMA388条款规定进行超声波检查，没有裂纹和影响使用性能的缺陷。买方有权到卖方制造厂目睹检验，卖方有义务向买方提供检验报告。

4.上、下机架

发电机上机架的重量：65 吨

发电机下机架的重量：200 吨

上机架由中心体和 18 个斜支臂组成。斜支臂主要特点是轴向刚度大而且切向有适当柔度，能承受来自上导轴承、集电环和上盖板传来的力，并能沿圆周均匀膨胀，保证事故工况时发电机的稳定，使四壁混凝土承受的径向力减小。下机架为承重机架，有很强的刚度；考虑推力轴承冷却装置布置在机架内，故下机架支臂采用工字形支臂。下机架设计和制造成能通过定子吊出机坑；设计考虑轴承维修所需的充足空间和方便的通道。

5.轴承

（1）轴承参数如下。

推力轴承结构及形式：分块双层瓦小支柱弹性支撑

推力轴承的总负荷能力：3100 吨

推力轴承的有效面积：65050平方厘米

油膜厚度：48 微米

推力轴承单位面积上的近似负荷：＞4.67 兆帕

推力轴瓦间负荷不平衡量：＜5%

推力轴承滑动面的近似平均速度：20 米每秒

推力轴承外径/内径：4300毫米/2800毫米

推力轴瓦的数量/材料：20/巴氏合金

推力轴承损耗功率：640 千瓦

推力轴承油槽的油量：13200 升

额定工况时推力轴承瓦温度/飞逸转速时推力轴承瓦温度：75/90摄氏度

镜板加工硬度及精度：

镜板硬度≤200 HB

镜板硬度差≤30 HB

两平面不平行度≤0.03 毫米

镜面平面不平度≤0.02 毫米

镜面粗糙度≤0.0003 毫米

油循环及冷却方式：

油循环方式外加泵外循环

油冷却器型式管式

油冷却器尺寸（长×宽×高）：2600毫米×720毫米×640毫米

油冷却器重量：0.7 吨/个

在额定容量、水温为28℃时推力：

轴承需要的冷却水量3000 升每分钟

推力轴承冷却水工作压力范围0.20～0.60兆帕

导轴承的有效面积：

上导轴承8000平方厘米

下导轴承11000平方厘米

导轴承油槽的油量：

上导轴承1200 升

下导轴承2400 升

水温为28℃及额定容量时导轴承需要的冷却水量：

上导轴承350 升每分钟

下导轴承650 升每分钟

导轴承冷却水工作压力范围：

上导轴承0.20～0.60兆帕

下导轴承0.20～0.60兆帕

（2）轴承结构。

1）推力轴承采用双层瓦、小支柱弹性支承钨金瓦。该结构由薄瓦、托瓦和一簇不同直径、不同弹性的小支柱组成；小支柱可使托瓦的温度远低于推力瓦，使很厚的托瓦几乎没有热变形。小支柱内装有负荷传感器，可调节每块瓦的负荷，并增加结构的相对弹性。推力瓦的设计、计算，能保证最佳的油膜压力分布。通过进一步优化小支柱的弹性，还可以抵消镜板的大部分变形。钨金瓦及其支撑件由阿尔斯通公司提供。推力轴承采用外加泵、外循环冷却方式。推力油槽和下导油槽分开设置。在发电机各种运行工况下，且轴承冷却水温在规定值范围内，推力轴承和导轴承轴瓦的温度不得超过75℃。每个轴承油槽配备油位报警的油位指示计，油位计有标出油位运行范围的标记。每个油槽设置一个油混水信号器。推力轴承应设有高压油顶起系统，供发电机开、停机时使用。

2）导轴承。①发电机上、下导轴承能承受机组转动部分径向机械不平衡力和电磁力，使机组轴线的摆动在规定范围内；②导轴承为自润滑、分块、可调、油浸、巴氏合金型；③导轴承设置一个完整的、独立的润滑系统，润滑油能自油槽通过轴瓦进行自循环而无需辅助油泵。

（五）冷却、润滑和制动系统

1.空气冷却系统

发电机采用密闭自循环空气冷却方式，即定子铁芯、定子绕组及转子绕组均为空气冷却。在发电机定子机座周围，对称布置16台水冷式空气冷却器，形成一个密闭自循环的空气冷却系统。7台机组的空气冷却器均从阿尔斯通公司进口。龙滩发电机组是世界上单极容量最大的全空冷式发电机组。

国内外大容量低转速的水轮发电机采用的主要冷却方式有：空冷、半水冷（即定子线圈直接水冷）、全水冷（定子线圈和转子线圈均直接通水冷却，甚至还包括对定子铁芯和两端的压板的直接冷却）及蒸发冷却（即冷却介质加热气化吸热带走发电机热量的冷却方式）4种。蒸发冷却方式尚属初步试用阶段，设计制造经验不是很成熟，龙滩属于大型机组，不宜冒险采用；全水冷发电机多用于大中型和高速发电机，且设计、制造、安装运行维护更为复杂，在运行中存在漏水风险，费用较高，也不适宜采用。龙滩发电机的冷却方式重点在空冷和半水冷这两种方式中进行比较选择。

（1）发电机半水冷的优缺点。

1）优点。采取半水冷的冷却方式可以降低定子铁芯高度，一般可降低10%，龙滩机组定子铁芯可从3.30米降至3米之内，使发电机重量减轻。由于定子铁芯高度降低，定子和转子机座可降低，对运输有利，且在安装中定子铁片易于压紧。半水冷机组定子绕组发出的热量由水直接带走，可有效降低定子线棒的温升，使整个定子绕组温度分布较均匀，减慢绕组的老化速度，提高绝缘寿命。半水冷机组较空冷机组定子绕组温度低，定子机座与铁芯温差小，铁芯热应力明显减少，可减少铁芯与机座的变形量。由于水冷机组定子铁芯较空冷机组低，使定子轴向温度易均匀，从而使铁芯应力减小，变形也小。定子绕组与铁芯温度较低且较均匀，使线棒与绝缘层因膨胀系数不同产生的热应力减小。

2）缺点。

a.增加水处理设备，布置较困难。龙滩水电工程为地下厂房，布置相当紧凑，而每套水处理设备占地约15平方米，7套总占地110平方米，布置十分困难；水轮机层和母线层上下游进行局部开挖，距岩锚梁太近，影响岩石稳定。在母线洞水轮机层虽可挤出水处理设备场地，但此布置对运行十分不便。

b.增加制造、安装难度与工期。国内设计制造技术不完善、不成熟，安装运行经验不多。龙滩水轮发电机直径大，定子槽数多，线棒多，采用水冷水管路接头多，制造厂制造、现场安装难度都有加大；水管路焊接要求高，难度大，安装工期将更长。

c.运行存在漏水安全隐患，处理也较麻烦。由于水管路接头多，部位隐蔽，对管路接头材质、制造安装工艺要求十分严格。尽管如此，接头漏水的故障仍时有发生，并且由于部位隐蔽，必须停机处理，对安全运行十分不利。加之水冷却对水质要求很高，必须是去离子水，否则在管路易产生水垢，造成堵塞，对冷却效果产生重大影响。因此，水处理设备质量好坏，水处理效果高低也直接影响机组的安全运行。

d.机组转动惯量小，不满足调保计算要求：由于定子采用水冷，铁芯高度降低，转子高度也降低，水冷机组转动惯量经计算仅175000吨平方米；调保计算要求为GD2不小于185000吨平方米，而空冷机组经计算为GD2不小于210000吨平方米；水冷机组要增加转动惯量，必须加大转子直径，制造安装难度加大；更加困难的是，要加大地下厂房开挖量，从而增加布置困难。

e.运行不灵活、启动慢。由于增加水冷却装置、水处理设备等，机组停运，水冷装置停运；机组启动，水冷装置启动。龙滩电站是红水河梯级电站中的龙头电站，具有多年调节特性，担负调峰调频和事故备用，机组启动非常频繁。因此，机组采取水冷必须解决机组要求迅速启动的问题。

（2）发电机空冷的优缺点。

1）优点。

a.国内设计、制造、安装、运行经验成熟。国内外与龙滩机组单极容量相接近且采用空气冷却方式的机组很多，且国内有50多年空冷机组设计制造安装运行经验且非常成熟。

b.发电机空气冷却方式简单可靠带来诸多好处：空冷机组冷却设备简单，制造、安装容易，现场安装工作量少，可节省安装工期，使机组早发电产生效益；运行安全可靠、操作维护方便，减少一套设备，减少事故率，提高运行可靠性。

c.机组运行平稳。由于空冷机组转动惯量相对而言较大，易满足调保计算要求；在机组突甩负荷时对限制机组转速升高率和蜗壳压力升高率非常有利；同时，水轮发电机组惯性时间常数也随之加大，可提高电力系统暂态稳定水平。

d.厂房布置简单，开挖量小。

e.机组启动灵活，更能发挥龙头电站作用。空冷机组冷却方式简单，控制元件少，可根据系统要求迅速启动，对担负调峰调频和事故备用的龙滩水电工程来说更为重要。

2）缺点。

a.定子铁芯长度长，重量重，耗用材料较多。由于铁芯长度比水冷增加10%，铁芯、线棒、转子磁轭、磁极等都有增加，发电机总重增加10%，各种材料消耗增加。

b.定子铁芯压紧难度大。铁芯高度增加，机组铁芯达3300毫米，属国内最长的铁芯之一，在施工中确保压紧，保证在运行中不松动，需要采取特别措施。

c.发电机定子热应力大。由于定子铁芯较长、定子线棒长度增加，通风散热效果比水冷差，使径向定子线棒与铁芯、铁芯与机座间的温差增加，径向热应力增大；轴向应力因定子线棒与铁芯温差较大而热应力增加，使发电机定子综合应力增加。

d.定子绕组温度分布难以均匀，绕组温度较高，温差较大。

（3）全空冷的可行性。两种冷却方式各有优点，但半水冷机组的缺点相对来说不容易解决。空冷机组的缺点相对来说容易解决。

1）虽然空冷机组定子铁芯较长引起发电机重量增加，消耗材料多，但水冷机组要达到转动惯量的要求需加大转子直径同样引起材料增加，且制造难度更大、布置更困难。另外，龙滩工程采取空冷机组后其尺寸仍在运输极限内。

2）解决空冷机组铁芯压紧难度大可采取的一些措施。铁芯长度增加引起铁芯压紧困难等问题，目前可从设计与压紧工艺两方面解决。设计中可适当加宽铁芯轭部宽度，提高压指、压板的高度以提高铁芯压紧力；铁芯可采用穿心螺杆结构，在穿心螺杆上端增加蝶形弹簧，设置弹簧的预压紧量以补偿铁芯的收缩。在压紧工艺可采取多分几段压紧、整体热压、铁芯端部粘接等工艺，可使铁芯长期安全稳定运行，不松动。

3）解决定子热应力增大问题的措施：在设计阶段定子机座可采取斜面立筋结构，将径向力转变为切向力，径向变形减为最小，以保证铁芯膨胀同心；定子铁芯采取双鸽尾结构，在铁芯与机座之间保持一定间隙，适应铁芯热膨胀，防止铁芯翘曲变形。

4）解决定子线组温度分布不均、线组温差大的措施：主要通过提高通风效果、加强冷却和降低定子杂耗来解决。如采取端部回风、缩短风路、适当提高风沟数量、减小风沟高度、减小风路损耗、加大冷却水量、提高冷却器冷却效果等措施；采取定子绕组小于360°换位技术，减少因端部漏磁产生的股线间环流损耗以减少绕组内温差。因此，龙滩发电机组冷却方式采用密闭自循环空气冷却方式。

2.轴承油槽冷却系统

轴承油槽冷却系统设置油—水冷却器。单个导轴承油槽采用内循环冷却；推力轴承的油循环采用外循环方式，即采用外加泵外循环方式维持油循环，冷却系统可双向换向进水运行。

3.润滑系统

推力轴承和导轴承配有全套自循环润滑系统。该润滑系统有包括防止油过分搅动和汽化，以及保证消除甩油、漏油和轴承、润滑系统油气逸出的措施。每个润滑油系统包括油槽和装有阀门控制的单独排油和充油管道，使油能直通外接的净化器及其他设备；每个油槽内均装油位信号器和油混水信号器。

4.高压油顶起装置

每台机的高压油顶起系统配备两套单独的油泵，油泵采用三相380伏、50赫兹的全封闭式电动机驱动，以保持轴瓦表面恒定油膜所需的压力。2套油泵，一套为主工作油泵，另一套作为备用，均能自动和手动切换。在主工作油泵故障时，备用油泵自动投入工作，以保持瓦面油压。油泵启动5秒，在镜板和轴瓦之间应建立起足够的油膜；高压油顶起系统应在机组完成停机后5秒内切除，在机组起动后转速达90%额定转速时应切除。

5.制动系统

发电机采用机械制动方式。机械制动器安装在下机架上。每台发电机设有压缩空气操作的制动器，在下机架上分12组均匀对称布置。在正常工况下，制动器能在启用后150秒内使水轮发电机组的旋转部分从20%额定转速到完全停止旋转，且转子的制动环表面没有热损伤。

（六）设备汇总

发电机组设备汇总见表5-9。

注 表中数据为首台发电机设备汇总，2～7号机设备内容同上表。 /0xdmMUx2a6vH8pwO3p2Rjdex/7iFDApp+NK6ZitT92231Diwstu7TTZ7XmvN3xs