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GB/T 46341-2025 超宽负荷灵活运行水轮机基本技术条件

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资料介绍

　　ICS 27.140 CCS K 55

　　中华人民共和国国家标准

　　GB/T 46341—2025

　　超宽负荷灵活运行水轮机基本技术条件

　　Fundamental technical requirements for flexible operating hydropower

　　turbines under ultra⁃wide load

　　2025⁃10⁃05 发布 2026⁃05⁃01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 46341—2025

　　前言 Ⅲ

　　引言 Ⅳ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 2

　　3.1 超宽负荷灵活运行水轮机 2

　　3.2 水轮机水头 2

　　3.3 水轮机流量 3

　　3.4 水轮机转速 3

　　3.5 水轮机功率 4

　　3.6 水轮机效率 4

　　3.7 流道主要尺寸 5

　　3.8 空化、空蚀、磨损 6

　　3.9 水轮机试验 8

　　3.10 压力脉动 9

　　3.11 叶道涡、卡门涡街 9

　　3.12 旋转备用 10

　　4 主要技术参数和性能要求 10

　　4.1 一般要求 10

　　4.2 主要技术参数要求 12

　　4.3 主要性能要求 13

　　4.4 主要部件性能 17

　　4.5 工作应力和安全系数 17

　　4.6 材料和制造要求 19

　　4.7 轴系稳定性要求 19

　　4.8 转轮静平衡 19

　　4.9 转轮裂纹保证 19

　　4.10 可靠性指标 19

　　5 水轮机结构设计、工艺 20

　　5.1 总体要求 20

　　5.2 转轮 20

　　5.3 主轴 21

　　5.4 主轴密封 21

　　Ⅰ

　　GB/T 46341—2025

　　5.5 水导轴承 21

　　5.6 座环 21

　　5.7 蜗壳 21

　　5.8 尾水管 21

　　5.9 顶盖 22

　　5.10 底环和基础环 22

　　5.11 导叶和导叶操作机构 22

　　5.12 导叶接力器 22

　　5.13 补气系统 23

　　6 水轮机控制系统基本功能 23

　　7 供货范围和备品备件 23

　　7.1 供货范围 23

　　7.2 供货界面 24

　　7.3 备品、备件 24

　　8 资料与图纸 24

　　8.1 交付时间和数量 24

　　8.2 主要项目 24

　　9 工厂检验及试验 25

　　10 铭牌、包装、运输及保管 26

　　10.1 水轮机铭牌 26

　　10.2 包装及运输 26

　　10.3 保管 27

　　11 安装、运行、维护及验收试验 27

　　11.1 安装和试运行 27

　　11.2 运行与维护 27

　　11.3 原型验收试验 27

　　附录 A(资料性) 不同水头下水轮机压力脉动要求参考值 28

　　附录 B(规范性) 主轴相对振动位移峰峰值推荐评价区域 29

　　附录 C(资料性) 水轮机设备基本配置的仪表 30

　　参考文献 31

　　Ⅱ

　　GB/T 46341—2025

　　前言

　　本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中国电器工业协会提出。

　　本文件由全国水轮机标准化技术委员会(SAC/TC 175)归口。

　　本文件起草单位：哈尔滨电机厂有限责任公司、中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司、东方电气集团东方电机有限公司、中国长江三峡集团有限公司、大唐水电科学技术研究院有限公司、中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司、水电水利规划设计总院、哈尔滨大电机研究所有限公司、国网湖南省电力有限公司电力科学研究院、中国长江电力股份有限公司、中国水利水电科学研究院、中国华电集团有限公司、中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司、中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司、中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司、华能澜沧江水电股份有限公司、上海福伊特水电设备有限公司、安德里茨(中国)有限公司、东芝水电设备(杭州)有限公司、杭州杭发发电设备有限公司、华电电力科学研究院有限公司、浙江富春江水电设备有限公司、长江勘测规划设计研究有限责任公司、国能大渡河流域水电开发有限公司、雅砻江流域水电开发有限公司、国家电投集团黄河上游水电开发有限责任公司。

　　本文件主要起草人：覃大清、蒋登云、王威、刘德民、刘洁、张海库、段宏江、田海平、宗万波、叶青平、凡家异、张建光、蒋志强、黄靖乾、曾明富、郑应霞、易忠有、伍志军、徐德新、周叶、刘婷婷、陈鹏、吴喜东、李双江、武振波、杜荣幸、黄清、卢池、田子勤、孙文彬、李立、兰岗、章焕能、刘国峰、李林、张勇、黄海兵。

　　Ⅲ

　　GB/T 46341—2025

　　引言

　　随着新型电力系统中能源结构组成不断发生变化，风能、光能等间歇能源占比越来越大，水电机组由于启停迅速、负荷调节能力强，能够对风能、光能等间歇能源负荷波动提供快速补偿，对电网的稳定发挥着越来越重要的作用。

　　为了确保混流式水轮机能够在新型电力系统中充分发挥作用，需拓展水轮机长期连续安全稳定运行负荷范围。近年来，我国水轮机的设计研发、制造质量、安装调试水平均有了很大提高，有关标准也发生了变化，但在超宽负荷灵活运行水轮机的研发、制造、安装调试方面还缺少相应的要求，为适应我国水电建设和完善新型电力系统构建的需要，为此编制此文件，用于指导我国超宽负荷灵活运行水轮机的招标、投标、订货、设计、制造、安装等工作。

　　本文件是在对已建、在建大型混流式水轮机的设计、制造、运行经验进行归纳、分析和总结的基础上，考虑超宽负荷灵活运行水轮机的具体特点，依据相关的现行国际、国家及行业标准或规范进行编制的。

　　本文件编制的基本原则是充分考虑超宽负荷灵活运行水轮机的主要特点并满足其关键需求。

　　本文件是超宽负荷灵活运行水轮机产品设计、制造的依据，可供该类水轮机招标、订货使用。当对水轮机产品的性能、结构、运行等方面有其他特定要求时，可由供需双方协商后签订合同的技术文件中明确。

　　Ⅳ

　　GB/T 46341—2025

　　超宽负荷灵活运行水轮机基本技术条件

　　1 范围

　　本文件规定了超宽负荷灵活运行水轮机技术文件的主要技术参数和性能要求、结构设计、供货范围和界面、备品备件、工厂检验及试验项目，并提出了其铭牌、包装、运输、保管和安装、运行、维护及验收试验应遵守的规定等。

　　本文件适用于满足新型电力系统调节需求的能够长期连续超宽负荷安全稳定运行的立轴混流式水轮机。适用于新建电站立轴混流式水轮机以及已建电站立轴混流式水轮机更新改造产品，已建电站水轮机更新改造产品包括仅水轮机转轮改造、水轮机转轮和其他部件一起更新改造等。

　　本文件适用于超宽负荷灵活运行水轮机的招投标文件编制、设计、制造、安装、调试、运行等的指导和参考。

　　本文件适用于符合下列条件之一的超宽负荷灵活运行水轮机产品，其他类型水轮机(包括改造机组水轮机)可参照执行。

　　a) 立轴混流式水轮机且机组额定功率≥50 MW 。

　　b) 结合不同水头段的水轮机特性和机组运行需求，对转轮公称直径的限值规定如下：

　　——额定水头≤50 m 的立轴混流式水轮机，转轮公称直径 D1 ≥4 .0 m;

　　——50 m<额定水头≤100 m 的立轴混流式水轮机，转轮公称直径 D1 ≥3 .5 m;

　　——100 m<额定水头≤150 m 的立轴混流式水轮机，转轮公称直径 D1 ≥3 m;

　　——150 m<额定水头≤200 m 的立轴混流式水轮机，转轮公称直径 D1 ≥2 m;

　　——额定水头>200 m 的立轴混流式水轮机，转轮公称直径 D1 ≥2 m 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;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 191 包装储运图示标志

　　GB/T 2900.45 电工术语水电站水力机械设备

　　GB/T 3323.1 焊缝无损检测射线检测第 1 部分：X 和伽玛射线的胶片技术

　　GB/T 8564 水轮发电机组安装技术规范

　　GB/T 9239.1 机械振动恒态(刚性)转子平衡品质要求第 1 部分：规范与平衡允差的检验GB/T 9797 金属及其他无机覆盖层镍、镍+铬、铜+镍和铜+镍+铬电镀层

　　GB 11120 涡轮机油

　　GB/T 11345 焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定

　　GB/T 11348.5 旋转机械转轴径向振动的测量和评定第 5 部分：水力发电厂和泵站机组GB/T 11805 水轮发电机组自动化元件(装置)及其系统基本技术条件

　　GB/T 15468 水轮机基本技术条件

　　GB/T 15469.1 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GB/T 15613 水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验

　　GB/T 46341—2025

　　GB/T 17189 水力机械(水轮机、蓄能泵和水泵水轮机)振动和脉动现场测试规程GB/T 20043 水轮机、蓄能泵和水泵水轮机水力性能现场验收试验规程

　　GB/T 28546 大中型水电机组包装、运输和保管规范

　　GB/T 28570 水轮发电机组状态在线监测系统技术导则

　　GB/T 32584 水力发电厂和蓄能泵站机组机械振动的评定

　　DL/T 443 水轮发电机组及其附属设备出厂检验导则

　　DL/T 507 水轮发电机组启动试验规程

　　DL/T 710 水轮机运行规程

　　JB/T 1270 水轮机、水轮发电机大轴锻件技术条件

　　NB/T 47013.2

　　承压设备无损检测

　　第 2 部分：射线检测

　　NB/T 47013.3

　　承压设备无损检测

　　第 3 部分：超声检测

　　NB/T 47013.4

　　承压设备无损检测

　　第 4 部分：磁粉检测

　　NB/T 47013.5

　　承压设备无损检测

　　第 5 部分：渗透检测

　　NB/T 47013.10

　　承压设备无损检测

　　第 10 部分：衍射时差法超声检测

　　3 术语和定义

　　GB/T 2900.45、GB/T 15468 界定的术语、定义和符号适用于本文件。

　　3.1 超宽负荷灵活运行水轮机

　　3.1.1

　　超宽负荷灵活运行水轮机 flexible operating hydropower turbines under ultra⁃wide load

　　符合本文件界定的稳定运行负荷范围，且调峰幅度、启停速率、负荷调节次数等可满足新型电力系统调节要求的水轮机。

　　3.2 水轮机水头

　　3.2.1

　　最大水头 maximum head

　　Hmax

　　电站最大毛水头减去一台机空载运行时水头损失最小的输水系统总水头损失后的水轮机水头。

　　注：单位为米(m)。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.3.2] 3.2.2

　　最小水头 minimum head

　　Hmin

　　电站最小毛水头减去本输水系统全部机组在该水头下最大功率时总水头损失后的水轮机水头。

　　注：单位为米(m)。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.3.3] 3.2.3

　　额定水头 rated head

　　水轮机在额定转速下，输出额定功率时所需的最小水头。

　　注：单位为米(m)。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.3.6]

　　GB/T 46341—2025

　　3.2.4

　　水头变幅 variation coefficent of water head

　　水头变幅系最大水头与最小水头的比值。

　　3.3 水轮机流量

　　3.3.1

　　额定流量 rated discharge

　　在额定水头、额定转速下输出额定功率时的流量。

　　注：单位为立方米每秒(m3/s)。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.4.2] 3.3.2

　　空载流量 no-load discharge

　　在额定转速下水轮发电机组输出功率为零时的流量。

　　注：单位为立方米每秒(m3/s)。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.4.3]

　　3.4 水轮机转速

　　3.4.1

　　额定转速 rated speed

　　水轮机按电站设计选定的稳态同步转速。

　　注：单位为转每分(r/min)。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.5.1] 3.4.2

　　飞逸转速 runaway speed

　　nrun

　　水轮机处于失控状态，轴端负荷力矩为零时水轮机的稳态转速。

　　注：单位为转每分(r/min)。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.5.2] 3.4.3

　　比转速 specific speed

　　在 1 m 水头下，输出功率为 1 kW 时水轮机的转速。

　　注：按公式(1)计算。

　　ns …………………………( 1 )

　　式中：

　　ns ——水轮机比转速，单位为米千瓦(m.kW);

　　n ——水轮机转速，单位为转每分(r/min);

　　P ——水轮机功率，单位为千瓦(kW);

　　H ——水轮机水头，单位为米(m)。

　　GB/T 46341—2025

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.5.7] 3.4.4

　　额定比转速 rated specific speed

　　nsr

　　按额定工况参数计算得出的比转速。

　　注：单位为米千瓦(m·kW)。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.5.8]

　　3.5 水轮机功率

　　3.5.1

　　水轮机额定功率 turbine rated power

　　在额定水头和额定转速下水轮机能够连续发出的功率，通常为电站设计或合同规定的水轮机铭牌功率。

　　注：单位为瓦(W)。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.6.5] 3.5.2

　　水轮机最大功率 turbine Maximum power

　　Pmax

　　在规定的运行水头范围内，电站设计或合同规定的最大功率。

　　注：单位为瓦(W)。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.6.7]

　　3.6 水轮机效率

　　3.6.1

　　加权平均效率 weighted average efficiency

　　ηw

　　在规定的运行范围，不同水头发出不同功率时的水轮机效率的加权平均值。

　　注：按公式(2)计算。

　　ηw = ( W1 η 1 + W2 η 2 + W3 η 3 + … ) /∑ Wi

　　…………………………( 2 )

　　= ( ∑ Wi ηi ) /∑ Wi

　　式中：

　　Wi ——根据电站运行特点确定的水轮机在不同水头、不同功率运行的历时或所能发出电能的权重系数，∑ Wi= 100，见表 1;

　　ηi ——水轮机在各个加权点对应的效率。

　　表 1 Wi

　　相应水头下保证发出的最大功率

　　……

　　GB/T 46341—2025

　　表 1 Wi(续)

　　相应水头下保证发出的最大功率

　　……

　　注 1：H1、H2……为不同的水轮机水头，X1、X2……为额定功率的百分比或相应水头下保证发出的最大功率的百分比。

　　注 2：×为不同水头下不同功率时的加权因子。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.7.4] 3.6.2

　　最优效率 optimum efficiency

　　ηopt

　　水轮机最优工况点对应的效率，即水轮机效率的最大值。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.7.5]

　　3.7 流道主要尺寸

　　3.7.1

　　混流式水轮机转轮公称直径 francis turbine runner nominal diameter

　　D1 为转轮叶片进水边正面和下环相交处的直径。

　　D2 为转轮叶片出水边正面和下环相交处的直径。

　　注：效率修正采用 D2，其余宜采用 D1 。见图 1。

　　图 1 混流式水轮机

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.8.1.1，有修改] 3.7.2

　　导叶开度 guide vane opening

　　相邻导叶中间断面之间的最短距离。

　　注：单位为毫米(mm)。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.8.2]

　　GB/T 46341—2025

　　3.8 空化、空蚀、磨损

　　3.8.1

　　空化 cavitation

　　在流道中水流局部压力下降到接近气化压力时，水中气核发展成长为气泡，然后在局部压力增高到气化压力以上时这些气泡发生溃灭的过程。

　　注：空化为气泡的积聚、流动、分裂、溃灭过程的总称。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.9.1] 3.8.2

　　空蚀 cavitation erosion

　　由于空化造成的过流表面的材料损坏。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.9.2] 3.8.3

　　泥沙磨损 sand abrasion

　　因水流携带泥沙引起的水轮机通流部件表面的材料损失。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.9.3] 3.8.4

　　磨蚀 combined cavitation erosion and abrasion

　　在含沙水流条件下，水轮机通流部件表面由泥沙磨损与空蚀联合作用所造成的材料损失。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.9.4] 3.8.5

　　初生空化系数 incipient cavitation coefficient

　　σi

　　在混流式水轮机模型试验中，由目测观察到转轮三个叶片同时出现气泡时的最大空化系数。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.9.7] 3.8.6

　　临界空化系数 critical cavitation coefficient

　　σc

　　与规定的效率下降值相联系的空化系数。

　　注：取 σ1≤ σc≤ σ0，其中 σ1 为效率下降 1% 时的空化系数，σ0 为效率开始下降时的空化系数，见图 2 。对于立轴混流式水轮机，通常取 σc = σ1。

　　a) 空化系数的第一种取法

　　图 2 σ0、σ1、σi 空化系数的确定

　　GB/T 46341—2025

　　b ) 空化系数的第二种取法

　　c) 空化系数的第三种取法

　　d ) 空化系数的第四种取法

　　图 2 σ0、σ1、σi 空化系数的确定(续)

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.9.8] 3.8.7

　　吸出高度 suction head

　　水轮机空化基准面至尾水位的高程差。

　　注：单位为米(m)。

　　3.8.8

　　电站空化系数 plant cavitation coefficient

　　σp

　　在电站运行条件下的空化系数。

　　注：按公式(3)计算。

　　…………………………( 3 )

　　式中：

　　Pa ——水轮机安装高程处的大气压，单位为帕(Pa);

　　Pv ——水轮机安装高程处平均水温下的汽化压力，单位为帕(Pa);

　　Hs ——水轮机吸出高度，单位为米(m);

　　H ——水轮机水头，单位为米(m);

　　ρ ——水的密度，单位为千克每立方米(kg/m3);

　　GB/T 46341—2025

　　g ——重力加速度，单位为米每二次方秒(m/s2)。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.9.10] 3.8.9

　　允许吸出高度 permissible suction head

　　Hsper

　　满足混流式水轮机空化和其他性能要求所需的最大吸出高度。

　　注：单位为米(m)。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.9.11]

　　3.8.10

　　安装高程 setting elevation

　　水轮机安装时作为基准的某一水平面的海拔高程。

　　注 1：立轴混流式水轮机安装时的基准为导水机构水平中心高程。

　　注 2：单位为米(m)。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.9.13]

　　3.9 水轮机试验

　　3.9.1

　　模型试验 model test

　　为预测原型水轮机性能而利用模型水轮机进行的试验。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.10.1] 3.9.2

　　模型验收试验 model acceptance test

　　由需方见证、为验证水轮机性能是否达到合同保证和有关标准而进行的模型试验。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.10.2] 3.9.3

　　模型综合特性曲线 model hill chart diagram

　　以单位转速和单位流量为纵横坐标，表示模型水轮机效率等性能的等值曲线。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.10.4] 3.9.4

　　运转特性曲线 prototype performance curve

　　绘在以水头和输出功率、水头和流量为纵横坐标系统内，表示在某一转轮直径和额定转速下，原型水轮机的性能(如效率、输出功率、吸出高度、压力脉动等)的等值曲线及功率限制线。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.10.5] 3.9.5

　　原型试验 prototype test

　　在水泵水轮机实际运行的电站现场，对已经安装调试完成、处于真实工作环境的水泵水轮机整机及其相关系统进行的一系列性能测试与验证工作。

　　注：原型试验包括效率试验、功率试验、稳定性试验、过渡过程试验、调节特性试验(包括增、减负荷波动过程试验、振动区穿越试验)等。

　　3.9.6

　　原型验收试验 prototype acceptance test

　　由需方见证、为验证水轮机性能是否达到合同保证和有关标准而进行的原型试验。

　　GB/T 46341—2025

　　3.10 压力脉动

　　3.10.1

　　压力脉动 pressure fluctuation

　　在选定时间间隔 Dt 内水体压力相对于平均值的往复变化。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.11.1] 3.10.2

　　压力脉动峰峰值 peak⁃peak value of pressure fluctuation

　　流道中某特定测点时域压力脉动最大值与最小值的代数差。

　　注：单位为米(m)。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.11.2] 3.10.3

　　压力脉动相对值 relative value of pressure fluctuation

　　DH/H

　　流道中某特定测点时域压力脉动峰峰值与该测量水头之比。

　　注：压力脉动的确定见图 3。

　　图 3 压力脉动的确定

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.11.3]

　　3.11 叶道涡、卡门涡街

　　3.11.1

　　叶道涡 channel vortex

　　在部分负荷下，发生在混流式水轮机转轮叶片之间流道内的涡流。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.11.5] 3.11.2

　　叶道涡初生线 initial channel vortex

　　在电站空化系数下，随着工况的变化，在混流式模型转轮出口同时观测到 3 个叶道内可见涡流时，相应工况点的连线。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.11.6] 3.11.3

　　叶道涡发展线 developing channel vortex

　　在电站空化系数下，随着工况的变化，在混流式模型转轮出口同时观测到全部叶道内可见涡流时，

　　GB/T 46341—2025

　　相应工况点的连线。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.11.7] 3.11.4

　　卡门涡街 Karman vortex street

　　在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧周期性地释放出旋转方向相反、排列规则的双列线涡。

　　[来源：GB/T 15468—2020，3.11.8，有修订]

　　3.12 旋转备用

　　3.12.1

　　旋转备用 spinning reserve

　　电力系统中为应对负荷波动或突发故障，而保持随时可投入运行状态的备用容量。

　　注：也称为“热备用 ”或“ 同步备用”。其核心特征是设备已并网运行，通过调节发电功率(如发电机组预留的可调容量)实时响应，确保电网频率和电压稳定。

　　4 主要技术参数和性能要求

　　4.1 一般要求

　　超宽负荷灵活运行水轮机技术文件的参数选择和性能要求的一般原则如下。

　　a) 超宽负荷灵活运行水轮机的设计、制造应根据水电站的特点和基本参数优选水轮机的主要参数、典型结构和制造工艺，保证水轮机安全、可靠、稳定、高效运行。

　　b) 水轮机的设计宜考虑到水电站厂房布置、安装、运行检修、运输条件、制造能力的要求，以及与水轮发电机、调速器、筒形阀、进水阀等的相互关系。

　　c) 水轮机产品的技术要求应包括但不限于下列水电站参数：

　　——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);

　　——死水位，单位为米(m);

　　——校核洪水尾水位(最高尾水位)，单位为米(m);

　　——设计洪水尾水位，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);

　　——尾水位和流量关系曲线;

　　——最大毛水头，单位为米(m);

　　——最小毛水头，单位为米(m);

　　——额定水头，单位为米(m);

　　——加权平均水头，单位为米(m);

　　——加权因子;

　　——过机水质(含沙量、粒径级配、矿物成分、水中含气量、pH、水温等);

　　——气象条件(多年平均气温、极端最高气温、极端最低气温、多年平均相对湿度等);

　　——地震设防烈度下相应的地震加速度;

　　——运行特点及要求(如调峰、调频、调相以及年平均起停次数等);

　　GB/T 46341—2025

　　——引水系统参数;

　　——台数;

　　——单机功率，单位为瓦(W);

　　——单机最大功率，单位为瓦(W)(若有);

　　——水轮机安装高程，单位为米(m);

　　——重力加速度，单位为米每二次方秒(m/s2);

　　——电网频率，单位为赫兹(Hz)。

　　d) 水轮机设计应给出其型式、布置方式、型号和以下基本参数：

　　——最大水头，单位为米(m);

　　——最小水头，单位为米(m);

　　——额定水头，单位为米(m);

　　——设计水头，单位为米(m);

　　——额定转速，单位为转每分(r/min);

　　——额定比转速，单位为米千瓦(m·kW);

　　——额定流量，单位为立方米每秒(m3 /s);

　　——额定功率，单位为瓦(W);

　　——最优工况时的功率，单位为瓦(W);

　　——最大功率(若有)，单位为瓦(W);

　　——加权平均效率;

　　——额定点效率;

　　——最优效率;

　　——输出最大功率时的最小水头，单位为米(m)(若有);

　　——输出最大功率时的流量，单位为立方米每秒(m3 /s)(若有);

　　——转轮公称直径 D1 或 D2，单位为米(m);

　　——导叶开度或转角，单位为毫米(mm)或度(°);

　　——允许吸出高度，单位为米(m);

　　——临界空化系数;

　　——初生空化系数;

　　——电站空化系数;

　　——最高瞬态压力，单位为帕(Pa);

　　——最低瞬态压力，单位为帕(Pa);

　　——最高瞬态过速，单位为转每分(r/min);

　　——转动惯量，单位为千克平方米(kg·m2);

　　——转轮估算质量，单位为千克(kg);

　　——主轴估算质量，单位为千克(kg);

　　——筒形阀总估算质量，单位为千克(kg)(若有);

　　——水轮机估算总质量，单位为千克(kg)。

　　e) 水轮机设计还应给出下列技术文件：

　　——模型综合特性曲线;

　　——原型运转特性曲线;

　　——水轮机模型飞逸特性曲线;

　　——导叶开度与接力器行程关系曲线;

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　　——空载流量与水头关系曲线、空载流量与接力器行程关系曲线;

　　——技术保证值;

　　——过渡过程计算报告;

　　——水轮机基础荷载;

　　——水轮机各主要部件的结构和材料说明及现场安装说明;

　　——水轮机主要部件的刚强度计算和疲劳分析报告;

　　——水轮机各大件的运输、起重限制尺寸和质量;

　　——与水轮机配套的调速器、油压装置、自动化系统及筒形阀、进水阀的技术规范和要求(若有);

　　——水轮机各大部件运输要求、现场仓储要求;

　　——其他技术要求。

　　f) 为了兼顾水轮机的稳定性，有条件的电站宜适当降低机组安装高程。

　　g ) 水轮机应采用利于水轮机水力稳定性的转轮型式和流道设计。

　　h) 水轮机研发设计宜遵循稳定性能优先，稳定性和能量性能兼顾的原则。

　　i) 水轮机研制宜考虑与电站输水发电系统的相互影响，水轮机各部件不应产生共振和有害变形。

　　j) 在水力设计及结构设计上采取有效的减振措施，确保机组不发生由于水力或结构因素引发的振动过大现象，且不发生共振。

　　k) 具备适应新型电力系统要求的启停次数以及旋转备用能力。

　　l) 具备适应新型电力系统要求的启动(开机)/停机时间以及增负荷/降负荷的速度。

　　m ) 具有良好的稳定性能和能量指标特性。

　　n) 在水轮机设计时进行主要部件的动静强度计算和疲劳寿命分析，具有足够的刚强度和抗疲劳性能。

　　o) 应采取有效的转轮防裂纹措施，确保转轮不出现具有一定规律、分布较为广泛且相互关联的系统性裂纹。

　　p ) 在根据原型机试验结果划分稳定运行范围时应重点关注顶盖振动、水导轴承摆度、水轮机噪声等稳定性指标。

　　q ) 对有调相要求的水轮机，应配置相应的设施满足系统要求。

　　r) 水轮机及其辅助设备需进行耐压试验的部件除需在工地组焊的部分外，均需按试验压力在厂内进行耐压试验，耐压试验的压力宜不小于设计压力的 1.3 倍，试压时间应持续稳压 30 min。受压部件不应产生有害变形、异响和渗漏等异常现象。

　　4.2 主要技术参数要求

　　4.2.1 水头变幅

　　超宽负荷灵活运行水轮机的水头变幅不宜超过表 2 中的推荐值，若超过表 2 中的推荐值，应对水轮机稳定运行范围和稳定性指标进行论证评估。

　　表 2 水轮机水头变幅

　　额定水头/m

　　≤50

　　100

　　150

　　200

　　250

　　300

　　350

　　400

　　450

　　≥500

　　水头变幅

　　≤1 .82

　　≤1 .7

　　≤1 .59

　　≤1 .50

　　≤1 .42

　　≤1 .35

　　≤1 .29

　　≤1 .24

　　≤1 .20

　　≤1 .16

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　　4.2.2 额定水头

　　最大水头与额定水头的比值，通常宜不大于 1.2 。当比值大于 1.2 时，应进行稳定性论证分析。

　　4.2.3 比转速

　　对于超宽负荷灵活运行水轮机，应兼顾电站特性和机组特性合理确定水轮机的比转速。主要包括：

　　a) 综合考虑高负荷区域和低负荷区域的稳定性;

　　b) 考虑水头变幅、吸出高度、水质、泥沙特性等影响因素，在确保水轮机稳定性的基础上，提高加权平均效率;

　　c) 考虑补气系统的作用和空化性能，避免高比转速带来的稳定性和空化风险;

　　d) 评估负荷调节范围等电网要求对水轮机稳定性和加权效率的影响。

　　4.2.4 额定转速

　　额定转速的选择应兼顾以下因素。

　　a) 考虑水轮机和发电机方案的可行性以及技术经济比较结果，同时兼顾对机组水力过渡过程品质的影响。

　　b) 额定转速的选择应兼顾水轮机过机泥沙等影响因素，确保水轮机在保证运行范围内能够长期连续安全稳定运行。

　　c) 额定转速的选取宜考虑转轮叶片正背面脱流空化线不进入水轮机长期连续安全稳定运行范围以内。在确保水轮机优良稳定性的基础上，能够获得较高的加权平均效率。

　　4.2.5 最优工况点

　　最优工况点的参数选择应有利于获得更加宽广的稳定运行范围以及较高的加权平均效率。

　　4.2.6 额定工况点

　　考虑低负荷区稳定性并兼顾大流量区效率与功率裕度，可适当增加额定工况与最优工况单位流量的比值。为适应超宽负荷稳定运行要求，额定点效率通常不宜过高。

　　4.2.7 导叶漏水量

　　在额定水头下，新投运的水轮机，导叶漏水量不应大于水轮机额定流量的 0.3% 。

　　4.3 主要性能要求

　　4.3.1 保证期

　　产品的保证期为自水轮机投入商业运行之日起两年，或从最后一批货物交货之日起三年，以先到期为准。

　　4.3.2 稳态水力性能

　　水轮机稳态水力性能保证(即功率、效率、空化、压力脉动和飞逸转速)按模型试验结果验证，或采用现场试验进行验证。除另有规定外，模型试验按 GB/T 15613 进行，现场试验按 GB/T 20043 进行，其中效率换算按照 GB/T 15613 中规定的效率换算方法进行。

　　GB/T 46341—2025

　　4.3.3 水轮机功率保证

　　应保证水轮机在额定水头下的额定功率及在最大水头、加权平均水头、最小水头和其他特定水头下的功率。

　　4.3.4 水轮机效率

　　对于超宽负荷灵活运行水轮机，应重点关注水轮机加权平均效率，不追求过高的水轮机最优效率和额定点效率。

　　4.3.5 空化、空蚀和磨损保证

　　空化特性宜满足 GB/T 15613 中关于空化保证的规定。

　　模型试验中通过可视观察可以发现一些空蚀的潜在区域(见 GB/T 15613 中关于空化试验部分)。

　　空蚀量只在原型上保证，在一般水质条件下的空蚀损坏保证应符合 GB/T 15469.1 的规定。应根据 GB/T 15469.1 对原型的保证值进行评估。需方应保留保证期内的运行记录，运行记录中至少应有水头、功率、运行时间和相应尾水位的数据。

　　宜考虑叶道涡尽可能向小负荷方向移动，在保证的运行水头范围内应避免出现叶片进水边正、背面脱流空化等水力不稳定现象。

　　当水中含沙量较大时，应对水轮机的磨蚀损坏作出保证。其保证值可根据过机流速、泥沙含量、泥沙特性及电站运行条件等，由需方和供方商定。

　　4.3.6 水力稳定性

　　4.3.6.1 水轮机压力脉动

　　压力脉动幅值过大会引发机组振动、结构疲劳甚至部件损坏，同时影响电网调节的稳定性。为保障超宽负荷运行下水轮机的安全稳定，提出针对不同流道区域压力脉动相对参考值。

　　a) 尾水管压力脉动

　　在本文件规定的稳定运行范围内，尾水锥管 0.3D2 处压力脉动的混频峰峰值(取 97% 置信度)宜不大于 10 m，尾水管压力脉动相对值 ΔH/H 要求见附录 A 的 A .1。

　　b) 活动导叶与转轮间区域压力脉动

　　在本文件规定的稳定运行范围内，各水头段活动导叶与转轮间区域的压力脉动相对值 ΔH/H见 A .2。

　　c) 蜗壳进口压力脉动

　　在本文件规定的稳定运行范围内，各水头段蜗壳进口区域的压力脉动相对值 ΔH/H 见 A .3。

　　d) 高部分负荷特殊压力脉动

　　在运行水头范围内高部分负荷(一般指 70%~90% 最大功率)运行区域内，不应出现频率高于转频、混频峰峰值(取 97% 置信度)大于 4% 的高部分负荷特殊压力脉动。对于一些低水头且高比转速的水轮机，混频峰峰值可适当增加。

　　模型试验时应确定此区域不存在高部分负荷特殊压力脉动。

　　e) 大负荷压力脉动

　　在运行水头范围内最大功率工况，压力脉动混频峰峰值不应超出本文件规定的限值。

　　f) 若水头变幅超过表 2 中推荐的数值时，水轮机压力脉动取值宜适当放宽。

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　　4.3.6.2 叶道涡

　　叶道涡初生线、发展线宜尽可能向小负荷移动，不应出现由叶道涡引起的带有明显特征频率的振动、噪声及超标的空蚀损坏。

　　4.3.6.3 卡门涡街

　　叶片和导叶出水边形状应按防止出口卡门涡街引起共振和降低卡门涡街能量的原则进行设计。

　　4.3.6.4 叶片进水边正、背面脱流空化

　　模型试验中，水轮机保证运行范围内不应出现叶片进水边正面、背面脱流空化。

　　4.3.7 噪声

　　在保证稳定运行范围内：

　　a) 在水轮机机坑地板上方 1 m 处所测得的噪声宜不大于 98 dB(A);

　　b) 在距尾水管进人门 1 m 处所测得的噪声宜不大于 100 dB(A)。

　　4.3.8 振动、摆度和功率摆动限值

　　4.3.8.1 水轮机顶盖振动

　　水轮机顶盖振动监测宜采用测量振动位移，测量方法按 GB/T 28570 规定的方法执行。

　　在保证的稳定运行范围内，顶盖垂直方向和水平方向的振动值，不应大于表 3 的规定值。

　　表 3 振动允许值

　　项目

　　额定转速(nr) r/min

　　nr≤100

　　100

　　250

　　375

　　振动允许值(峰峰值)

　　μm

　　立轴机组顶盖水平振动

　　立轴机组顶盖垂直振动

　　110

　　振动的量化指标也可以采用 GB/T 32584 中规定的其他评价方式。

　　若顶盖振动超过表 3 中规定的允许值，需要进行技术评估后确定水轮机安全稳定运行范围。

　　4.3.8.2 水导轴承主轴摆度

　　测量的步骤方法和使用仪器，应符合 GB/T 11348.5 和 GB/T 17189 中的规定。

　　主轴相对振动(摆度)在相应水头下 70%~100%最大功率下不超过 150 μm，其他保证负荷运行区主轴相对振动(摆度)不应大于附录 B 中所规定的 B 区上限线，且不超过水导轴承冷态设计总间隙的 70%。

　　4.3.8.3 水导瓦温度和油温

　　水轮机在各种运行工况时，其稀油润滑的水导轴承的巴氏合金轴瓦最高温度不应超过 70 ℃ , 油的最高温度不超过 60 ℃ 。

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　　4.3.9 轴向水推力

　　轴向水推力应满足如下要求：

　　a) 应对水轮机在正常工况和过渡工况下的最大正向水推力和最大反向水推力作出保证;

　　b) 轴向水推力与转动部分重量合力在任何工况都应向下，不应出现抬机现象;

　　c) 最大水推力应按转轮止漏环间隙扩大至设计间隙的二倍条件进行保证;

　　d) 在轴向水推力分析中，宜考虑转轮密封间隙变化、顶盖减压措施、主轴密封泄漏、转轮轴向串动、机组甩负荷、飞逸等各种条件下水推力的变化。

　　4.3.10 水轮机的稳定运行功率范围

　　超宽负荷灵活运行水轮机，水头变幅满足表 2 的要求，在相应水头 0%~100% 最大功率范围内，长期连续安全稳定运行区的占比累计不低于表 4 的规定。

　　如果稳定运行范围要求超出表 4 的规定，应对机组运行条件进行研究，并进行专门的水力开发和结构设计。稳定运行功率范围可由供需双方商定。实际稳定运行功率范围可根据现场实测稳定性情况进行调整。若在保证的水轮机稳定运行范围内会出现异常振动或强振区，应避振运行或采取相应减振措施。

　　表 4 水轮机稳定运行功率范围

　　水轮机型式

　　转轮直径

　　水轮机稳定运行功率范围

　　额定水头及额定水头以下

　　额定水头以上

　　混流式

　　转轮直径 D1<6 .0 m

　　[(30~35)~100]相应水头下最大功率

　　[(30~35)×(Hi/Hr)1.5~100)]Pr

　　转轮直径 D1≥6 .0 m

　　[(35~40)~100]相应水头下最大功率

　　[(35~40)×(Hi/Hr)1.5~100)]Pr

　　注：Hi 为大于额定水头的运行水头。

　　水轮机稳定运行功率范围包含以下两方面：

　　a) 按表 4 规定的连续稳定运行功率范围。

　　b) 对不连续的稳定运行范围进行累计，其和达到表 4 中规定的同等水平。

　　原型机初期投运时应按 GB/T 17189 进行现场振动和脉动的测量，根据电站机组实际测试结果对原型机的长期连续安全稳定运行范围进行调整，划分稳定运行区、限制运行区及禁止运行区。

　　4.3.11 最高飞逸转速

　　取最大水头和导叶最大开度下所产生的飞逸转速;在特殊情况下，可经供需双方商定。

　　水轮机在最高飞逸转速下允许持续运行时间不应小于配套发电机允许的飞逸时间，并保证水轮发电机组转动部件不产生有害变形且不会引起碰撞及损坏。

　　结构设计及控制设备应采取防止机组超过允许飞逸时间的措施。

　　4.3.12 最高瞬态过速和最高、最低瞬态压力

　　机组甩全部或部分负荷时，蜗壳内最高压力值、尾水管内最高压力值及最低压力值和机组过速最大值不应超过设计值。

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　　4.3.13 机组调节频次

　　超宽负荷灵活运行水轮机疲劳寿命宜按照以下参数复核分析：

　　a) 机组启停次数：按不少于 5 次/天;

　　b) 单次调节负荷不小于 5%Pr 调节次数：100 次/天;

　　c) 甩负荷：1 次/月;

　　d) 机组飞逸：1 次/年。

　　4.3.14 带负荷爬坡速度

　　在引水发电系统、机组水力过渡过程允许的条件下，机组爬坡速率宜不低于 50% 额定负荷每分钟。

　　4.4 主要部件性能

　　4.4.1 超宽负荷灵活运行水轮机宜在顶盖或其他部位预留强迫补气接口。

　　4.4.2 顶盖泄压方式宜采用减压管、泄压孔或其他安全有效的方式，减压管上可设置节流装置。

　　4.4.3 水轮机的结构设计应进行安全性能、动态性能和疲劳性能分析与评估，在所有预期的工况下(包括地震产生的惯性力)，都具有足够的刚度和强度。

　　4.4.4 顶盖和水导轴承宜采用增强刚度设计。水轮机在正常工况运行时，在预期的最大荷载条件下顶盖各部位以及水导轴承的刚强度应满足超宽负荷稳定运行的要求，能够使得水轮机在保证的稳定运行范围内顶盖和轴承的振动值符合标准要求。顶盖正常运行时最大变形不宜大于 0.02%D0(D0 为导叶分布圆直径)，顶盖径向支撑刚度不宜小于 4.0×106 N/mm，水导支承系统满足轴系计算水导刚度大于1.66×106 N/mm 的要求。

　　4.4.5 在确保水轮机具有优秀水力性能的前提下，转轮宜采用增强设计，确保转轮具有优秀的应力水平和抗疲劳能力。

　　4.4.6 水轮机在表 4 规定的水轮机稳定运行功率范围内运行时，转轮、顶盖、活动导叶、座环及固定导叶应进行动态特性分析，过流部件在水中的固有频率要与它相关的各种水力激振频率避开，错开频率不小于 10% 。

　　4.4.7 对主轴、转轮、转轮与主轴联接螺栓、水轮机轴与发电机轴联接螺栓、顶盖与座环把合螺栓等重要部件应进行疲劳强度分析。必要时，转轮应进行动应力分析。

　　4.5 工作应力和安全系数

　　4.5.1 水轮机结构设计中应进行安全性能分析，对经受交变应力、振动或冲击力的零部件，设计时应留有足够的安全余量。在所有预期的工况下，都应具有足够的刚度和强度。

　　4.5.2 部件的工作应力可采用经典公式解析计算，也可采用有限元法分析计算，对结构复杂的重要部件宜采用有限元法分析计算。有限元分析应明确建模方法、边界条件、载荷工况等，计算结果应满足强度和疲劳要求。

　　4.5.3 水轮机部件的工作应力应按工况分别考核，分为正常工况、过渡工况和特殊工况，其中正常工况是指机组正常工作状态下所发生的各种载荷工况，包括停机、空载、发电、调相等 ;过渡工况是启动过程、停机过程、甩负荷过程;特殊工况是指打压试验、飞逸、导叶卡阻、导叶保护装置破坏、地震等。

　　4.5.4 所有部件的工作应力不应超过规定的许用应力。除转轮和主轴外，其余部件正常工况和过渡工况下采用经典公式计算的断面应力不应大于表 5 规定的许用应力，特殊工况下采用经典公式计算的断面应力不应大于材料屈服强度的 2/3。

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　　4.5.5 对于承受剪切和扭转力矩的零部件，铸铁的最大剪应力不应超过 21 MPa，其他黑色金属最大剪应力不应超过许用拉应力的 70% ，但其中导叶轴的最大剪应力不应超过许用应力的 60% 。

　　表 5 部件正常工况和过渡工况许用应力

　　单位为兆帕

　　材料名称

　　许用应力

　　拉应力

　　压应力

　　灰铸铁和球墨铸铁

　　抗拉强度的 1/10

　　碳素铸钢和合金铸钢

　　抗拉强度的 1/5 且屈服强度的1/3

　　碳钢锻件

　　屈服强度的 1/3

　　合金钢锻件

　　抗拉强度的 1/5 且屈服强度的1/3

　　主要受力部件的碳素钢板

　　抗拉强度的 1/4

　　高强度钢板(抗拉强度≥440 MPa)

　　屈服强度的 1/3

　　其他材料

　　抗拉强度的 1/5 且屈服强度的1/3

　　4.5.6 当无预应力要求时，在正常工况和过渡工况下，由工作载荷引起的螺栓的应力不大于螺栓材料屈服强度的 1/3。

　　4.5.7 除另有规定外，当要求有预应力时，预紧力不应小于正常工况和过渡工况下连接对象的最大工作荷载折算到螺栓轴向荷载的 2.0 倍，螺栓的工作综合应力在正常工况和过渡工况下不大于螺栓材料屈服强度的 2/3，在特殊工况下不大于螺栓材料屈服强度的 4/5 。螺栓预紧过程中最大综合应力不应超过材料屈服强度的 7/8，且各螺栓之间的预紧力测量值偏差不应超过设计值的±5% 。对顶盖和座环把合螺栓的预紧力取值按机组水头范围划分，在正常工况和过渡工况下不应小于表 6。

　　表 6 顶盖和座环把合螺栓的预紧力取值

　　机组最大水头(Hmax)

　　Hmax<50

　　50≤Hmax<100

　　100≤Hmax<300

　　300≤Hmax<500

　　500≤Hmax<700

　　螺栓预紧力与最大工作荷载

　　的倍数

　　3.8

　　3.3

　　2.8

　　2.3

　　2.0

　　4.5.8 由有限元方法得到的应力分析，应给出应力分布，宜指出局部应力的部位云图，并提取出部件的平均应力和局部应力，在正常工况和过渡工况下非应力集中处的平均应力不大于表 5 规定的许用应力，局部应力(在考虑过渡圆角情况下有限元的计算结果)不应超过材料屈服强度的 2/3，特殊工况下局部最大应力不应超过材料的屈服强度。对承受交变应力的零部件，应进行疲劳强度核算。

　　4.5.9 转轮叶片在预期的最大荷载条件下正常运行时，推荐转轮叶片最大应力不应超过材料屈服强度的 1/5，在确保水轮机性能的前提下，宜适当降低转轮叶片最大应力 ;在最高飞逸转速时，转轮叶片最大应力不应超过材料屈服强度的 2/5 。应力集中处应力不大于 Min 需重点关注转轮动应力幅值。

　　4.5.10 主轴最大复合应力 Smax 的定义为：Smax =(S2 +3T2)1/2，其值不应超过材料屈服强度的 1/4 。式中，S 为由于水力和静载荷引起的轴向应力和弯曲应力的总和 ;T 为水轮机最大功率时的扭转切应力。按上式计算出最大复合应力 Smax 并计入应力集中后出现的最大应力不应超过材料屈服强度的 2/5 。且

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　　水轮机在最大功率时主轴扭转切应力不应超过材料屈服强度的 1/6。

　　4.6 材料和制造要求

　　4.6.1 水轮机主要结构部件的铸锻件应符合 JB/T 1270 或合同规定的相应标准。重要铸锻件应有需方代表参加验收。上述标准中认为是重大缺陷的缺陷处理应征得需方同意。

　　4.6.2 经过考试合格并持有证书的焊接人员才能担任主要部件的焊接工作。主要部件的主要受力焊缝应进行 100% 的无损探伤。焊缝检查应符合 GB/T 3323.1、GB/T 11345、NB/T 47013.2、NB/T 47013.3、 NB/T 47013 .4、NB/T 47013 .5、NB/T 47013 .10 或合同规定的相应标准。

　　4.6.3 水轮机设备表面应有防锈涂层。并应规定：

　　a) 表面处理的要求;

　　b) 对漆及其他防护保护方法和其使用说明;

　　c) 发运前和在工地时的使用要求;

　　d) 涂层数;

　　e) 每层膜厚和总厚;

　　f) 质量检查和质量控制规定。

　　对装饰性电镀层应符合 GB/T 9797 的规定。

　　4.6.4 凡是与水接触的紧固件均应采用防锈或耐腐蚀的材料制造或采取相应措施。

　　4.6.5 采用巴氏合金的轴瓦，其与瓦基的结合情况应进行 100% 超声波检查，接触面不应小于 95% ，且单个脱壳面积不大于 1% ;表面用渗透法探伤应无超标缺陷。

　　4.7 轴系稳定性要求

　　轴系稳定性要求如下。

　　a) 水轮发电机组轴系的临界转速应由水轮机和水轮发电机供方分别计算后确定，轴系的第一阶临界转速不应小于最高飞逸转速的 120% 。

　　b) 对机组轴系的动态稳定性、刚度和临界转速进行分析，要求正常工况和暂态工况下，所有轴承、轴承的支承件和建立的油膜是完好的。

　　4.8 转轮静平衡

　　转轮静平衡试验结果达到 GB/T 9239.1 规定的品质级别 G6 .3 的要求，可不配重;转轮静平衡试验结果达不到 GB/T 9239.1 规定的品质级别 G6 .3 的要求，则需要进行配重，配重后应达到 GB/T 9239.1规定的品质级别 G2 .5 的要求。

　　4.9 转轮裂纹保证

　　供方应在转轮设计制造过程中采取防止裂纹的措施，保证产品质量。水轮机在表 4 规定的水轮机稳定运行功率范围内运行，在保证期内保证转轮不产生裂纹。

　　4.10 可靠性指标

　　在一般水质条件以及 4.3.13 规定的调节频次下，新建电站及改造后新投运的水轮机应具有以下可靠性指标：

　　a) 无故障连续运行时间不少于 18 000 h;

　　b) 大修间隔期不少于 5 年;

　　c) 使用寿命不少于 40 年。

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　　5 水轮机结构设计、工艺

　　5.1 总体要求

　　5.1.1 水轮机的总体结构为立轴混流式，带有金属蜗壳和弯肘形尾水管，水轮机主轴与发电机主轴刚性直联，一般情况下采用上拆结构。

　　5.1.2 水轮机通流部件应符合 GB/T 15613 的要求。水轮机流道的形状和尺寸应结合水电站厂房布置进行设计。宜在通流部分的适当部位，设置压力、压力脉动和用相对效率法测量相对流量的测点，其中原型压力脉动和用相对效率法测量相对流量测点位置应与模型相似。

　　5.1.3 水轮机结构应做到便于拆装、维修，方便易损部件的检查和更换。水轮机应保证在不拆卸发电机转子、定子和水轮机转轮、主轴等部件的情况下更换下列零部件：

　　a) 水轮机导轴承瓦、冷却器和主轴密封;

　　b) 导水机构接力器的密封及活塞环(组合密封圈及导向带)、传动部件、导叶中轴径密封件及保护元件;

　　c) 对于多泥沙的电站，对水轮机拆修有特殊要求时，按供需双方商定的技术协议或技术条款执行。

　　5.1.4 水轮机轴向间隙应保证在发电机顶转子时转动部分能上抬到所需要的高度。

　　5.1.5 水轮机室顶部宜设置起吊设施。

　　5.1.6 水轮机易空蚀部件宜采用抗空蚀材料制造或采取必要的防护措施。若易空蚀部位堆焊不锈钢时，加工后的不锈钢层厚度不应小于 5 mm 。

　　5.1.7 转动止漏环与之相应的固定止漏环之间宜有硬度差异。

　　5.1.8 水轮机的顶盖排水设备宜一用一备，必要时可一用两备。顶盖具备自流排水条件的应设置足够大的自流排水通道。

　　5.1.9 水轮机应设置进人门，蜗壳上的进人门不宜小于 φ600 mm，高水头水轮机蜗壳宜采用内开式进人门。尾水管上进人门尺寸不宜小于 φ600 mm 或 600 mm×600 mm，采用方形进人门时，应防止四角应力集中开裂 ;进人门的下侧应设验水阀。在进人门处，应进行补强。进人门的位置、数量、尺寸由供需双方商定。

　　5.1.10 严格控制转动部件和传动部件毛坯质量，监控相关工艺参数。

　　5.1.11 适当提高焊缝质量，控制裂纹缺陷和降低残余应力。

　　5.1.12 适当提高应力敏感部位的表面光洁度和探伤等级。

　　5.1.13 避免转轮叶片与上冠、叶片与下环连接处出现明显的应力集中。

　　5.2 转轮

　　转轮应为不锈钢整体结构。转轮上冠应设有与水轮机轴联接的法兰。

　　上冠、下环、叶片宜采用抗空蚀、抗磨损性能和焊接性能良好的不锈钢材料，宜采用真空吹氧脱碳(VOD 或 AOD)方式精炼铸造或其他更优的方式(如碾环锻造)等。

　　转动止漏环宜在上冠和下环上直接加工出来，止漏环处应预留足够的厚度，以便磨损后修复或加工更换。止漏环的布置位置应有利于平衡轴向水推力。

　　应提高转轮及叶片的设计刚度，叶片出水边与转轮上冠、下环连接部位应采取降低应力的措施。转轮的尺寸精度及表面质量等要求不应低于 GB/T 15613 的规定。

　　严格控制转轮焊接速度，防止焊接速度过快导致焊接残余应力较高，甚至产生微裂纹的情况。

　　在制造过程中或电站现场修复叶片应去除所有的碳污染，深度约 5 mm 。

　　GB/T 46341—2025

　　5.3 主轴

　　主轴宜采用中空结构，与发电机主轴和转轮采用法兰联接，销钉、销套或摩擦传递扭矩等成熟可靠的结构。

　　水轮机主轴宜采用适于热处理、可焊性好的低合金钢材料整体锻造或分段锻造、焊接成整体，精加工制成。

　　5.4 主轴密封

　　主轴工作密封宜采用水压自平衡轴向端面密封或其他成熟可靠的密封结构。对过机泥沙量较大的电站，机组密封型式宜考虑排沙措施。在工作密封的下方设置一套检修密封。

　　5.5 水导轴承

　　水导轴承宜采用主轴带轴领的稀油润滑巴氏合金分块瓦轴承，也可使用免刮瓦抛物面楔形筒式轴承。轴瓦支撑及间隙调整宜采用楔形调整块或其他成熟可靠的结构。巴氏合金宜采用 ZSnSb11Cu6及性能更优的材料。

　　轴承的冷却系统循环方式应根据水轮机的具体特点确定。

　　5.6 座环

　　座环宜采用无蝶形边平行式的钢板焊接结构。环板材料应选用适于热处理、可焊性好的抗撕裂高强度厚钢板。座环与蜗壳之间可设置过渡段(连接板)，过渡段与座环的焊接在厂内进行，过渡段及蜗壳尾部(厂内与座环焊接并热处理部分)材料应选用适于热处理、可焊性好的高强度钢板。

　　座环与顶盖法兰把合面应采用全面接触的结构，留有余量。现场座环浇筑混凝土后，如需采用专用设备在现场加工，加工后的精度不应低于 GB/T 8564 的要求。

　　座环与顶盖、底环的过流面应平顺过渡。

　　5.7 蜗壳

　　蜗壳应采用可焊性好的钢板焊接结构。

　　蜗壳及座环设计应按单独承受设计压力(蜗壳内的最高瞬态压力)设计，根据合同要求进行耐压试验。

　　蜗壳的全部焊缝要求进行 100% 超声波检查(UT)、100% 磁粉检测(MT)或渗透探伤(PT)。所有纵缝、T 型焊缝、蜗壳与钢管连接环缝等要求按 NB/T 47013.10 的规定进行 100% 超声波衍射时差法(TOFD)无损探伤检查，对无法实现 TOFD 的区域，需采用 UT 代替，必要时可按 GB/T 3323.1 的规定进行射线检测(RT)进行复检。

　　蜗壳埋设方式可采用铺设弹性层浇筑，也可采用保压浇筑。如选用保压浇筑还应根据蜗壳内水的温度变化调整保压压力。

　　蜗壳进人门应采用防疲劳破坏的措施，除把合螺栓外，还应设置进人门螺栓失效后防止风险扩大的预防措施

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