GB/T 21718-2008 小型水轮机基本技术条件

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中华人民共和国国家标准

GB/T21718—2008

小型水轮机基本技术条件

Fundamentaltechnicalrequirementsforsmallhydraulicturbines

2008-05-04发布2008-07-01实施

发布

GB/T21718—2008

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本标准的附录A为规范性附录，附录B为资料性附录。

本标准由中华人民共和国水利部提出并归口。

本标准负责起草单位:水利部杭州机械设计研究所、杭州江河机电装备工程有限公司。

本标准参加起草单位:水利部农村电气化研究所、中国水利水电科学研究院。

本标准主要起草人：俞剑锋、吕建平、刘长陆、程文韬、陈康明、谢亚琴、王杨群、蒋新春、姚兆明、

彭忠年、蒋学运。

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GB/T21718—2008

小型水轮机基本技术条件

1范围

本标准规定了小型水轮机产品的技术要求、主要部件结构和材料要求、设备供货范围、备品备件、技

术文件和图纸资料、检验与验收、包装、运输及保管、安装、运行与维护的基本要求。

本标准适用于机组功率在500kW〜10000kW之间，转轮直径小于3.3m的混流式、轴流式、斜流

式、贯流式及冲击式水轮机。机组功率在100kW~500kW之间的水轮机可参照本标准执行。机组功

率和转轮直径超过上述条件的水轮机按照GB/T15468规定执行。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有

的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究

是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T2900.45电工术语水电站水力机械设备

GB/T8564水轮发电机组安装技术规范

GB/T10969水轮机通流部件技术条件

GB11120L-TSA汽轮机油

DL/T507水轮发电机组起动试验规程

DL/T710水轮机运行规程

DL/T827灯泡贯流式水轮发电机组启动试验规程

JB/T1270水轮机、水轮发电机大轴锻件技术条件

JB/T6752中小型水轮机转轮静平衡试验规程

JB/T8660水电机组包装、运输和保管规范

JB/T10384中小型水轮机通流部件铸钢件

3术语、定义和符号

GB/T2900.45确立的以及附录A所列的术语、定义和符号适用于本标准。

4技术要求

4.1技术参数

4.1.1选型原则

根据小型水电站基本参数和小型水轮机的运行特点，合理选择其型式，保证机组长期安全、稳定、可

靠、高效地运行，以获得最佳经济效益。

4.1.2小型水轮机产品技术参数

4.1.2.1水电站参数

水电站参数包括：

a）上、下游水位，又可分：

校核洪水位，单位为米（m）；

设计洪水位，单位为米（m）；

——正常蓄水位，单位为米（m）；

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GB/T21718—2008

最低蓄水位(死水位)，单位为米(m；

最高尾水位(校核尾水位)，单位为米(m；

设计尾水位，单位为米(m；

最低尾水位，单位为米(m；

b水电站水头，又可分：

——水电站最大毛水头，单位为米(m；

水电站最小毛水头，单位为米(m；

——水电站加权平均水头，单位为米(ni；

c水电站引用流量，单位为立方米每秒(n?/s；

d水电站单机功率和台数，单位为千瓦(kW；

e过机水质(包括含沙量、粒径、矿物成分、pH值等)；

f气象条件(包括气温、水温、相对湿度等)；

g水电站设计地震烈度。

4.1.2.2水轮机基本参数

水轮机基本参数包括：

a)水轮机型式和型号；

b水轮机水头，又可分：

最大水头，单位为米(m；

最小水头，单位为米(m；

设计水头，单位为米(m；

—额定水头，单位为米(m；

—

c水轮机流量，又可分：

额定流量.单位为立方米每秒(m3/s;

空载流量，单位为立方米每秒(m3/s;

d水轮机转速，又可分：

——额定转速，单位为转每分(r/min；

——飞逸转速，单位为转每分(r/min；

—额定比转速，单位为米千瓦(m・kW；

—

e水轮机功率，又可分：

——水轮机输入功率，单位为千瓦(kW；

——水轮机输出功率，单位为千瓦(kW；

一一额定功率，单位为千瓦(kW；

——最优工况功率，单位为千瓦(kW；

f水轮机效率，又可分：

额定效率，％;

——加权平均效率，％;

——最优效率，％;

g水轮机主要外形尺寸，又可分：

一一转轮公称直径D(或D2,单位为米(in；

-水斗式和斜击式水轮机转轮的节圆直径，单位为米(m；

水斗式和斜击式水轮机转轮的喷嘴数；

-水斗式和斜击式水轮机转轮的射流直径，单位为毫米(nun

——双击式水轮机转轮的射流直径，单位为毫米(mm；

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GB/T21718—2008

双击式水轮机转轮叶片外缘直径，单位为米（m）；

h）空化系数和吸出高度，又可分：

——初生空化系数（6）；

——临界空化系数（6）;

电站空化系数（＜7p）；

——安装高程，单位为米（m）；

——吸出高度（排出高度），单位为米（m）。

4.1.2.3水轮机的总质量。

4.1.2.4水轮机各大件的运输尺寸和质量。

4.1.2.5水轮机部件的起吊控制高度尺寸和质量。

4.1.2.6模型水轮机综合特性曲线图和原型水轮机运转特性曲线图。

4.2技术保证

供方应对下列各项目作出保证：

水轮机功率保证；

水轮机效率保证；

——水轮机的空蚀和磨蚀保证；

—水轮机运行稳定性保证:包括水轮机的稳定运行范围、尾水管内压力脉动值保证、振动保证和

摆度保证；

——水轮机的噪声保证；

-调节保证：包括机组最高瞬时转速上升值、蜗壳最高瞬吋压力上升值和尾水管最低瞬时压力降

低值；

水轮机导叶（喷嘴）漏水量保证；

——水轮机的最大轴向水推力的保证；

——水轮机最大飞逸转速保证；

水轮机可靠性保证；

——水轮机产品的质量保证期。

5主要部件结构和材料要求

5.1结构设计的一般要求

5.1.1水轮机通流部件应符合GB/T10969的要求。

5.1.2水轮机的结构应便于装拆、维修，易损部件应便于检查、更换。

5.1.3水轮机主轴的工作密封、接力器的密封件及活塞环、导水机构传动部件、转轮直径02.5m以上

的转桨式水轮机桨叶密封件及冲击式水轮机的喷管、折向器及转轮等部件宜在不拆卸发电机转子、定子

和水轮机顶盖、主轴等主要部件的情况下更换。

5.1.4水轮机主要结构部件在所有预期的工况下，应有足够的强度和刚度，其材料均应符合国家或行

业有关标准。

5.1.5水轮机主要部件铸、锻件材料应符合国家有关标准规定，并有出厂合格证书c水轮机通流部件

铸钢件应符合JB/T10384的规定。水轮机主轴锻件应符合JB/T1270的规定。铸锻件的较大缺陷处

理应征得需方同意。

5.1.6主要部件的主要受力焊缝应进行100%的无损探伤。

5.1.7水轮机易空蚀（或磨蚀）部位宜采用抗空蚀性能良好的材料或必要的减少空蚀危害的措施。

5.1.8水轮机转轮应按JB/T6752的要求做静平衡试验。

5.1.9反击式水轮机宜设置紧急停机的补气装置，轴流式水轮机应设置可靠的防抬机和止推装置。反

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GB/T21718—2008

击式水轮机宜采用尾水管自然补气或其他保证机组稳定运行的减振措施。

5.1.10立轴反击式水轮机进水阀后的压力管道顶部应设置自动补气、排气装置，卧式反击式水轮机的

蜗壳顶部应设置排气装置。

5.1.11反击式水轮机顶盖应设置可靠的排水设施，并应有备用；排水所用的水位控制和信号装置应

可靠。

5.1.12反击式水轮机的导水机构应设置导叶破断保护装置和导叶最大开度限位装置。导叶保护装置

能自动报警。

5.1.13水轮机应有必要的防飞逸设施，水轮机允许飞逸转速持续吋间应不小于5min0

5.1.14水轮机在各种工况运行时,其稀油导轴承金属轴瓦的温度最高不应超过7OC。油温的最高温

度不超过65C。

5.1.15凡是与水接触或处于潮湿位置的紧固件或管道、阀门均应用防锈和耐腐蚀的材料制造。

5.1.16水轮机自动控制系统应能安全可靠地实现以下基本功能：

a）正常开机和停机；

b）当运行中发生故障吋，应及时发出相应信号；

c）机组发生事故情况吋，应能自动紧急停机并报警。

5.1.17水轮机配备的仪表和备品备件参见附录B。

5.1.18水轮机及其辅助设备等承受水压、油压、气压的部件，应在厂内进行耐压试验，其水压试验压力

按照下列标准执行：

当工作压力〃（包括升压）等于和小于2.5MPa时，以工作压力的1.5倍进行压力试验。当工作压

力〃超过2.5MPa吋，其超过的部分取1.25倍，试验压力仪按下式计算确定：

仪=2.5XI.5+（"—2.5）XI.25（MPa）

试压吋间应持续稳压15min。受压部件不应产生有害变形、裂缝和渗漏等异常现象。

5.1.19冷却器的试验压力2倍工作压力，但不小于0.4MPa,保压60min应无渗漏现象"

5.2混流式、轴流式水轮机

5.2.1转轮和转轮室

转轮应具有足够的强度和刚度，叶片数与模型相同，过流表面型线、波浪度和粗糙度均应符合

GB/T10969的规定。

转轮应采用抗空蚀及抗磨蚀性能和焊接性能良好的材料，转轮叶片和转轮室的喉管部分宜采用不

锈钢制造。根据水电站水质情况，混流式转轮可采用全不锈钢、铸钢或不锈钢叶片与合金钢上冠、下环

组焊制造。

轴流转桨式水轮机转轮叶片的密封应为多层耐油耐压材料。转轮及转轮叶片宜采用专用工具吊

装，不宜在叶片上开吊孔。

5.2.2主轴

主轴应有足够的强度和刚度，能满足发电机传递最大功率的扭矩要求，在包括最大飞逸转速范围内

的任一转速下运转，其振动、摆动和变形应不超过允许范围。

5.2.3主轴密封

主轴工作密封应可靠、耐磨、结构简单，便于观察、检修。在主轴工作密封前宜设置检修密封，以便

停机后在不关闭上、下游闸门情况下，可调整或更换工作密封。

5.2.4轴承

轴承结构应安全可靠和便于检修，机组从最大飞逸转速惯性滑行直到停机的全部过程中，应能安全

承受。此种停机一年之内不宜超过3次。

稀油润滑的轴承优先采用自润滑循环方式，运行时应保证不漏油，不甩油。对于高速机组，轴承的

油槽应采取防甩油和密封措施，严防润滑油甩出和油雾逸出。

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5.2.5蜗壳

金属蜗壳的强度设计应在不考虑混凝土联合受力的条件下，保证能承受在最大水头下产生的最大

压力（包括水锤压力）所产生的应力。水轮机的蜗壳与座环宜制作成整体运至水电站工地。

5.2.6座环

座环应具有足够的强度与刚度，当蜗壳放空时应能承受置于其上面的结构物和机组旋转部分的全

部重量，并能安全承受由蜗壳内最大水压力所产生的各种应力。

5.2.7导水机构

顶盖和底环应具有足够的强度和刚度，在顶盖和底环对应导叶活动的范围的过流面宜设置不锈钢

抗磨板。

混流式水轮机，在顶盖和底环与转轮止漏环对应处宜装不锈钢固定止漏环。

导水机构中所有轴套应采用自润滑材料制造。

导水机构应在工厂内进行预装，并做控制环行程与导叶开度关系的试验。导水叶全关时，立面间隙

和端而间隙达到相关标准。

5.2.8尾水管

立轴水轮机采用肘形或直锥形尾水管。尺寸较大的水轮机尾水管内宜设置进人门，进人门直径不

宜小于拓00mmo尾水管内宜设置易于拆装的轻便检修平台。

卧轴反击式水轮机尾水管包括弯管段宜采用变截面的结构。

5.3贯流式水轮机

5.3.1转轮

贯流转桨式水轮机转轮的要求应与5.2.1轴流转桨式转轮相同。

5.3.2转轮室

转桨式机组转轮室内表面应采用球面结构，定桨式机组转轮室也可采用圆筒结构，并具有足够的刚

度.转轮室或尾水管适当位置开设进人门，

转轮室后应设置伸缩法兰，伸缩长度不小于10mm。

5.3.3管型座

管型座应具有足够的强度和刚度，并设置管路、电缆通道。转轮直径02.5m以上的贯流式水轮机

应设有检修维护人员通行的竖井通道。

5.3.4轴承

贯流式水轮机应设置导轴承和正、反推力轴承。导轴承负荷较大时应设有高压顶起装置。

轴承润滑系统采用高位油箱循环供油方式吋，油箱容量应能保证供油泵故障时轴承继续安全运行

5min以上。

5.3.5导水机构

导叶两端面及外导环内表面、内导环外表面应均为球型结构。导叶搭接后的间隙应符合

GB/T10969的规定。

导叶连杆应为可调长度结构，其两端设球较。导叶轴承、连杆轴承应采用具有自润滑性能的复合材

料轴瓦，运行吋不需加润滑油。

灯泡贯流式水轮机导叶保护装置不宜采用剪断销结构，应采用其他安全保护装置。

供方应提供导水机构整体吊装和翻身的专用工具。

5.3.6灯泡贯流式水轮机宜设置重锤防飞逸保护装置。

5.3.7主轴和主轴密封的要求与5.2.2和5.2.3要求相同。

5.3.8贯流式机组采用增速器时，增速齿轮箱应符合相关标准。

5.4水斗式、斜击式水轮机

5.4.1转轮、喷嘴和喷针宜采用抗磨材料制造。转轮可采用整体铸造或铸焊结构，并应进行必要的热

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处理和探伤检查。水斗转轮设计应充分考虑水斗易产生疲劳因素，防止根部产生裂纹。

5.4.2机组甩负荷时，折向器应能自动迅速折水，以抑制机组发生飞逸。

5.4.3水斗式水轮机可根据需要设置反向制动喷嘴。

5.4.4每个喷嘴均应有单独的操作接力器。各喷针应有单独的开度指示，折向器应有单独的开、关位

置指示信号。

5.4.5喷针执行机构如采用异步电机操作，应设置可靠的限位开关。电机应有防过载保护装置。

5.4.6排出高度和通气高度应能满足水轮机安全稳定运行要求，以使其效率不受影响。

5.4.7机壳应有足够的强度和刚度，有较好的抗振性能。

5.4.8机壳尺寸和形状，应保证排水畅通，并应有必要的补气、隔音或消音措施。

5.4.9在进水管的最低处应设有排水孔，在靠近喷针导流架附近的侧面宜开清污孔，

5.4.10进水管应具有足够的刚度，尾水处宜设有稳水栅。在各种运行工况下的振动和偏移均应不超

过允许范围，进水管和喷嘴应进行水压试验。

5.4.11主轴、轴承的要求与5.2.2和5.2.4要求相同。

5.5双击式水轮机

5.5.1转轮应安全可靠，按疲劳强度进行设计,有足够的强度和刚度，不应产生裂纹，

5.5.2在机架上应设有调整尾水管中水位的补气阀。

5.5.3控制导水机构采用手、电动操作的，应设置可靠的限位开关。电机应有防过载保护装置。设有

可靠的手、电动切换装置，保证在手动操作吋电机应断电。

5.5.4除排出高度应能满足水轮机安全稳定运行和效率不受影响外，尾水管出口断面还应有不小于

300mm的淹没深度。

5.5.5主轴、轴承的要求与5.2.2和5.2.4要求相同。

6供货范围和备品备件

6.1水轮机本体

一般包括水轮机金属蜗壳、座环（管型座）、转轮、主轴、轴承、飞轮、转轮室、导水机构、机坑里衬、尾

水管金属里衬、排水装置以及其他配套设备基础埋件和调整固定件等。冲击式水轮机应包括配水管、机

壳、喷嘴、喷针及喷针移动机构、折向器等。

从电厂引水钢管末端至水轮机蜗壳进口的连接短管，凑合节及其法兰和连接螺栓、伸缩节、伸缩节

连接法兰等，由供、需双方商定。

6.2自动化元件和仪表

包括水轮机及其辅助设备在运行中需要监测的各种压力、真空、温度、流量、振动、摆度仪表和有关

盘