NB∕T 10135-2019 大中型水轮机基本技术规范.pdf
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1、ICS 27.140 K 55 NB 中华人民共和国能源行业标准NB/T 10135-2019 代替DL/T445-2002 大中型水轮机基本技术规范Basic technical specifications for large and medium hydraulic turbines 2019 - 06 -04发布2019 -10 -01实施国家能源局发布NB/ T 10135-2019 目次前言. . II l 范围-2 规范性引用文件3 术语和定义4 水轮机选择技术要求.5 水轮机结构设计要求-6 水轮机技术性能要求7 水轮机自动化及控制要求.14 8 检验、试验及验收9 铭牌、标志
2、、包装、运输及保管10 供货范围、备品备件及专用工具. 16 11 资料提供.17 附录A(资料性附录水轮机自动化元件及仪表配置.四附录B(资料性附录)水轮机供货范围.20 附录c(资料性附录水轮机备品备件.附录D(资料性附录)水轮机专用工具25I NB/ T 10135-2019 目U吕本标准按照GB/T1. 1-2009 (标准化工作导则第1部分:标准的结构和编写给出的规则起草。本标准代替DL/T445-2002 (大中型水轮机选用导则。与DL/T445-2002相比,除编辑性修改外,主要技术变化如下:一一将附录A术语和符号修改为正文(见3,DL/ T 445-2002的附录A);一一对技
3、术要求进行细化、归类和补充,修改为水轮机选择技术要求水轮机结构设计要求水轮机自动化及控制要求(见4、5、7,DL/ T 445-2002的3、4、5、6); 一一修改了水轮机效率修正的规定(见4.2. 4, DL/ T 445-2002的3.10) ; 一一增加了工作应力和安全系数(见5.2); 一一增加了贯流式水轮机(见5.5) ; -一修改了水轮机稳定运行范围要求(见6.5.1、6.5.2、6.5. 3, DL/ T 445-2002的7.6.1、7.6.2) ; 一一增加了导叶与转轮进口间元叶区、蜗壳进口的压力脉动性能要求(见6.5. 5) ; 一一修改了振动、摆度和噪声性能要求(见6.
4、6, DL/ T 445-2002的7.6.5、7.9); 一一删除了安装、运行与维护(见DL/T445-2002的12);一一增加了附录D水轮机专用工具。本标准由国家能源局负责管理,由水电水利规划设计总院负责日常管理,由能源行业水电水力机械标准化技术委员会负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议,请寄送水电水利规划设计总院(地址:北京市西城区六铺炕北小街2号,邮编100120)。本标准起草单位:中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司、水电水利规划设计总院、中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司。本标准主要起草人:张辉、姚建国、韩伶俐、蒋登云、武赛波、邹茂娟、潘雪梅、刘正勇、朱亚军、王
5、腊芬。本标准代替了DL/T445-2002。DL/ T 445-2002的历次版本发布情况为:一-DL/T445-1991。E N/T 10135-2019 大中型水轮机基本技术规范1 范围本标准规定了大中型水轮机选择技术要求、结构设计要求、技术性能要求、自动化及控制要求,并提出了其检验试验验收、包装运输保管、供货范围及资料提供等方面应遵守的规定。本标准适用于单机功率为25MW及以上的混流式水轮机、单机功率为25MW及以上或转轮公称直径为3.0m及以上的轴流式水轮机、单机功率为10MW及以上或转轮公称直径为4.0m及以上的贯流式水轮机和单机功率为10MW及以上的冲击式水轮机。2 规范性引用文件
6、下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/ T 150. 3 压力容器第3部分:设计GB/ T 191 包装储运图示标zu、GB/ T 2900.45 电工术语水电站水力机械设备GB/ T 8564 水轮发电机组安装技术规范GB/ T 10969 GB/ T 11805 GB/ T 15468 GB/ T 15469. 1 GB/ T 15613. 1 GB/ T 15613. 2 GB/ T 15613. 3 GB/ T 19184 GB/ T 28546 GB/ T 28
7、570 GB/T32584 DL/ T 443 DL/ T 507 DL/ T 556 JB/ T 1270 NB/ T 35088 NB/ T 35089 CCH一70- 3 3 术语和定义水轮机、蓄能泵和水泵水轮机通流部件技术条件水轮发电机组自动化元件(装置)及其系统基本技术条件水轮机基本技术条件水轮机、蓄能泵和水泵水轮机空蚀评定第1部分:反击式水轮机的空蚀评定水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验第1部分:通用规定水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验第2部分:常规水力性能试验水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验第3部分:辅助性能试验水斗式水轮机空蚀评定大中型水电机组包装、运输和保管规
8、范水轮发电机组状态在线监测系统技术导则水力发电厂和蓄能泵站机组机械振动的评定水轮发电机组及其附属设备出厂检验导则水轮发电机组启动试验规程水轮发电机组振动监测装置设置导则水轮机、水轮发电机大轴锻件技术条件水电机组机械液压过速保护装置基本技术条件水轮机筒形阀技术规范水力机械铸钢件检验规范(Specificationfor inspection of steel castings for hydraulic machines) GB/ T 2900.45界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用,以下重复列出了GB/NB/T 10135-2019 T 2900.45中的某些术语和定义。3.1
9、 3.2 设计尾水位design tailwater level ZTL.d 确定水轮机安装高程所用的尾水管出口断面处的水位,单位为米(m)。比转速specific speed s 水轮机水头为1m、输出功率为1kW时水轮机的转速,单位为米千瓦(m. kW)。x.;F n . = H5/4 式中:3.3 3.4 -一水轮机转速,单位为转每分(r/min); P一一水轮机功率,单位为千瓦(kW); H一一水轮机水头,单位为米(m)。GB/ T 2900. 45,定义9.2. 9J 比速系数specific speed coefficient k 比转速叫与水头平方根的乘积。K=sxm 转轮公称直
10、径nominal diameter of turbine runner D (1) (2) 对于混流式水轮机指转轮叶片进水边正面和下环相交处的直径(D1);对于轴流式和贯流式水轮机指转轮叶片轴线外缘处转轮室的内径;对于冲击式水轮机指转轮水斗和射流中心线直径相切处的直径即节圆直径)。单位为米(m)。GB/ T 2900. 45,定义8.1.1、8.1.2、8.2J 3.5 空化基准面cavitation reference level 工程上确定空化系数所采用的基准面。对于立轴混流式水轮机为导叶中心平面高程;对于立轴轴流式水轮机为转轮叶片轴线处的高程;对于灯泡贯流式水轮机为转轮叶片最高点以下D/
11、4处的高程。3.6 安装高程setting elevation Z 水轮机安装时作为基准的某一水平面的海拔高程。立式反击式水轮机安装时的基准为导叶中心高程;立式冲击式水轮机安装时的基准为喷嘴中心高程;卧式水轮机安装时的基准为主轴中心高程。单位为米(m)。3.7 综合特性曲线hill diagram 绘在以单位转速和单位流量为纵横轴的坐标系内,表示模型水轮机效率等性能的等值曲线,对于混流式水轮机以Dl为基准绘制。对混流式水轮机还表示出导叶开度、空化系数的等值线。在电站空化系数已确定时,还表示出尾2 NB/ T 10135-2019 水管的等压力脉动线、叶片进水边正背面初生空化线、叶道涡初生线和叶
12、道涡发展线等。对导叶和桨叶双调节的水轮机还表示出协联工况下导叶开度、叶片转角和空化系数的等值线以及各转角下的导叶开度、效率的等值线和单位轴向水推力曲线。3.8 对冲击式水轮机还表示出喷嘴开度的等值线。GB/T 2900.45,定义B.4. 1J 运转特性曲线圈performance curve 绘在以水头与输出功率、水头与流量为纵横轴的坐标系内,表示原型水轮机的性能(如效率、输出功率、开度、吸出高度、压力脉动等)等值曲线及功率限制线、运行分区等。GB/T 2900.45,定义B.4. 2J 4 水轮机选择技术要求4.1 水轮机选择的基本要求4.1.1 水轮机选择和设计应考虑水电站厂房布置、运行
13、检修方式、运输条件、制造能力等的要求以及与水轮发电机、调速器、进水阀等的相互关系。4.1.2 水轮机型式和主要参数应根据水电站的运行特点及基本参数进行优化选择,使水轮机具有较宽的高效率区域、较好的空化性能和稳定运行范围,技术指标合理,设计制造可行,保证水轮机长期安全、稳定、可靠、高效地运行。4.1.3 水轮机选择应包括下列内容:a) 水轮机型式选择。b) 单机容量及机组台数选择。c) 额定水头、设计水头选择。d) 选定水轮机比转速、比速系数、单位转速、单位流量、效率、空化系数、额定转速、转轮直径、额定流量、额定功率、吸出高度(冲击式水轮机为排出高度)、安装高程等主要参数,对于冲击式水轮机还包括
14、射流直径和喷嘴数的选择。e) 绘制水轮机运行区域图及运转特性曲线图。f) 选定水轮机主要过流部件的形式。g) 估算水轮机控制尺寸及质量。4.1. 4 水轮机型式选择应根据水电站的运行水头及其运行特点,提出可供选择的水轮机型式方案,若存在多个可选型式方案时,应从技术特性、经济指标、电网负荷特性、运行可靠性以及设计制造经验等方面,经技术经济比较后选定。水轮机型式宜按下列原则选择:a) H max20m的水电站,宜选用贯流式水轮机。b) 20mH m.x30m的水电站,宜综合比选贯流式与轴流式水轮机。c) 30mH m8X!:S二40m的水电站,宜选用轴流式水轮机。d) 40mH max60m的水电
15、站,宜综合比选轴流式与混流式水轮机。e) 60mH max300m的水电站,宜选用混流式水轮机。f) 300m600m的水电站,宜选用冲击式水轮机。未按上述原则选择的水轮机型式应进行专门论证。4.1.5 在水电站装机容量确定的前提下,单机容量和机组台数的选择应考虑下列因素:a) 电力系统对水电站在汛期和非汛期运行输出功率、机组运行方式和大修要求,以及单机容量3 N/T 10135-2019 占电网工作容量的比重,电站保证出力。b) 水库的调节特性,水头、流量特性与运行方式。c) 河流(河段)梯级运行调度的灵活性和机组引用流量的匹配。d) 枢纽布置条件。e) 对外交通运输条件。河流及过机泥沙特性
16、。g) 机组设备制造能力和技术水平。h) 其他特殊技术要求。在分析研究上述因素的基础上,拟定不同的单机容量方案,经技术经济比较选定。机组台数不宜少于2台。4.1. 6 水轮机最大水头与额定水头比值较大的水电站,宜根据水电站的水力动能特性、水轮机运转特性、运行范围、电站调峰和事故备用的效益、相关配套设备的投资及电力系统的需求等条件,特别是大型混流式水轮机在高水头区域的稳定运行范围要求,研究水轮机的稳定运行措施。4.1.7 水轮机额定水头应根据水电站运行水头及出力范围、水轮机运行特性及稳定运行要求、水电站出力受阻及电量损失的限制条件、水库调节特性与运行方式、机组在电网中的作用及其运行方式,以及输水
17、系统水头损失等因素综合考虑,经技术经济比较选定。水轮机额定水头应按下列原则选择:a) 中高水头水轮机的额定水头宜在加权平均水头的0.95-1.00倍范围内选取。b) 水库采取蓄清排浑运用方式的过机含沙量较大的水电站,水轮机的额定水头宜在加权平均水头与汛期平均水头之间选取。c) 径流式电站、汛期需长时段降低水位运行的水电站及运行水头范围较大的水电站,水轮机额定水头选择应进行技术经济综合比较。4.1.8 水轮机比转速和比速系数应根据额定水头、空化特性、水质条件和设计制造水平等条件综合考虑,合理选择。水轮机比转速、比速系数宜按以下原则选择:a) 灯泡贯流式水轮机比速系数在2600-3 4000 b)
18、 轴流转桨式水轮机比速系数在2600-3 100。c) 混流式水轮机比速系数宜小于2350。d) 冲击式水轮机的额定点比转速在16m -kW-48 m -kW,高水头时取小值,低水头时取大值;单个喷嘴的额定点比转速在12m-kW-22m.kW,高水头或过机泥沙较多时取小值,低水头或过机泥沙较少时取大值。e) 运行水头较高、水头变幅较大或过机含沙量较大的水电站的水轮机宜选用较低比速系数。4.1.9 水轮机额定转速应根据水头、功率、比转速、转轮直径及发电机参数等因素在发电机同步转速系列中选取。当有两种及以上同步转速可供选择时,应通过技术经济比较后选择。4.1.10 原型混流式水轮机的最大飞逸转速应
19、按最大水头、最大导叶开度下单位飞逸转速确定。原型转桨式水轮机的最大飞逸转速应按协联关系破坏的情况确定。原型冲击式水轮机的最大飞逸转速应按最大水头确定。4.1. 11 水轮机转轮公称直径应根据单机容量、额定水头、单位转速和单位流量的合理匹配、效率等因素综合确定。4.1.12 反击式水轮机允许吸出高度和冲击式水轮机排出高度的选择应满足下列要求:4 a) 应在规定的运行范围内稳定运行,且经济合理。b) 电站空化系数选取宜保证水轮机正常运行范围内无空化现象发生。c) 反击式水轮机允许吸出高度宜按各特征水头运行工况及水轮机空化系数分别进行计算,并考虑水电站所在地海拔高度的影响。d) 冲击式水轮机排出高度
20、与转轮直径的关系为Hsd=(1.0-1.5) D,对立轴机组取较大值,NB/ T 10135-2019 对卧轴机组取较小值。e) 冲击式水轮机尾水渠(洞)顶部与最高运行尾水位间的通气高度不宜小于500mm。4. 1. 13 水轮机安装高程应满足下列要求:a) 应根据水轮机各种运行工况的吸出高度和尾水位,经技术经济比较合理选定。b) 设计尾水位应根据机组运行方式、尾水位与流量关系特性确定,并综合考虑初期发电要求、通航及生态流量要求、下游梯级电站的运行水位等因素。设计尾水位可按表1选择。表1设计尾水位选择水轮机形式电站装机台数设计尾水位1台或2台l台水轮机50%额定流量对应下游尾水位3台或4台1台
21、7.)(轮机额定流量对应下游尾水位或按水电站保证出力运行所对应的下游尾水位(取两者最小值)反击式水轮机1.5台.2台水轮机额定流量对应下游尾水位或按水电站保证出力5台或6台运行所对应的下游尾水位(取两者最小值)6台以上2台3台水轮机额定流量对应下游尾水位或水电站接近保证出力运行所对应的下游尾水位(取两者最小值)冲击式水轮机最高运行尾水位注:对径流式水电站或尾水变幅大的水电站,宜按水头与上、下游水位的对应关系选择设计尾水位。c) 水轮机安装高程的选择宜留有安全裕度,并应满足调节保证的要求。d) 反击式水轮机安装高程应满足水轮机允许运行范围内,尾水管出口上沿的最小淹没深度不小于O.5m的要求。e)
22、 当水电站尾水位变幅很大时,冲击式水轮机安装高程可低于汛期最高运行尾水位,但应配套设置压低转轮室水位的压缩空气系统以保证排出高度的要求,或在汛期高尾水位时停机不运行。4.1.14 输水系统参数和水轮机参数的选择应匹配,避免发生水力共振。4. 1.15 选择水轮机时应研究水轮机结构设计的合理性、可靠性和适用性,水轮机通流部件易空蚀部位应有抗空蚀措施,对用于过机含沙量较大的水电站水轮机还应采取抗泥沙磨蚀的技术措施,并在结构上做到便于检修和更换易损部件。4. 1. 16 选择水轮机时应研究水轮机科技发展的最新成就。所采用的水轮机新转轮应取得模型试验资料,必要时宜进行模型验收试验。所采用的结构、工艺和
23、材料等重大新技术应经过科学试验,并应取得试验技术资料。4. 1. 17 选择蜗壳、尾水管型式和尺寸时,应保证其具有优良的水力性能和运行稳定性。厂房布置或其他方面有需要修改流道形状和尺寸的特殊要求时,应进行模型试验或技术论证。4. 1. 18 尾水管的锥管部分应设有金属里衬。对弯肘形尾水管的肘管部分,金属里衬宜衬至水流平均流速达到6m/s及以下处。对贯流式水轮机的尾水管,金属里衬宜衬至水流平均流速达到5m/s及以下处。4.2 水轮机技术参数和技术要求4.2.1 水轮机选择宜取得以下水电站特征参数:a) 水库调节性能。b) 校核洪水位(m)。c) 设计洪水位(m)。5 NB/ T 10135-20
24、19 d) 正常蓄水位(m)。e) 死水位(m)。下游校核洪水位(m)。g) 下游设计洪水位(m)。h) 尾水位与流量关系曲线。i) 电站最大毛水头(m)。j) 电站加权平均水头(m)。k) 电站最小毛水头(m)。1) 电站引用流量(m3/s)。m) 过机水质(包括含沙量、粒径级配、矿物成分及莫氏硬度大于5的硬矿物含量、pH值等)。n) 气象条件(包括气温、水温、相对湿度等)。地震烈度及地震加速度。p) 引水系统的参数(包括从进水口至水轮机进口断面、尾水管标准段至尾水洞出口在额定工况的L、LV)。q) 电站运行特点及要求(如调峰、调频、调相以及年平均起停次数等Lr) 装机容量(MW)。s) 电
25、站地理位置(厂房地区海拔高程和纬度、大气压力和重力加速度。4. 2. 2 水轮机基本参数宜包含下列内容:a) 单机容量(MW)和装机台数。b) 型式。c) 转轮型号。d) 最大水头(m)。e) 最小水头(m)。f) 加权平均水头(m)。g) 额定水头(m)。h) 额定流量(m3/s)。额定工况单位流量(m3/s)。额定转速(r/min)。k) 额定工况单位转速(r/min)。1) 最大飞逸转速(r/min)0 m) 额定比转速(m kW)和比速系数。n) 最优效率(%)。)额定点效率(%)。p) 转轮公称直径D(m)。q) 允许吸出高度(m)。r) 水轮机安装高程(m)。蜗壳最大压力(MPa)
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