水輪發(fā)電機組結(jié)構(gòu)及工作原理培訓(xùn)講義

1、水輪發(fā)電機組結(jié)構(gòu)及工作原理培訓(xùn)講義 第一章 水輪發(fā)電機組概述 4. 一、水輪機的主要類型及適用水頭 4 二、水輪發(fā)電機組的形式 10 第二章 水輪機的型號及標(biāo)稱直徑 1.3 一、型號說明 13 二、水輪機的型號舉例 14 三、各種水輪機轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑 D1. 15 四、轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑系列 15 第三章 水輪機的工作參數(shù) 1.6. 一、水頭 (H) 16 二、流量 (Q) 17 三、轉(zhuǎn)速 n 17 四、出力P與效率n 17 第四章 公司電站主機設(shè)備參數(shù)表(部分) 2.0 一、小水電廠設(shè)備參數(shù) 20 二、大水電廠設(shè)備參數(shù) 21 第五章 水輪機的結(jié)構(gòu) 2.4. 一、反擊式水輪機的主要組成部件 24 二、

2、混流式水輪機轉(zhuǎn)輪 25 三、軸流式水輪機轉(zhuǎn)輪 31 四、水輪機導(dǎo)水機構(gòu) 35 五、混流式水輪機的引水部件 39 六、軸流式水輪機的引水部件 41 七、水輪機的泄水部件 42 八、水輪機其他部件 43 九、水輪機的輔助裝置 48 第六章 水輪發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu) 5.2 一、水輪發(fā)電機的定子與轉(zhuǎn)子 52 二、水輪發(fā)電機的主要附屬部件 54 第一章水輪發(fā)電機組概述 自然界有多種能源，目前已被開發(fā)利用的能源主要有熱能、水能、風(fēng)能和核能。水能 是一種可再生能源，水能開發(fā)具有成本低、運行管理簡單、啟動快、消耗少、適用于調(diào)峰 和調(diào)頻、污染少等優(yōu)點。 水電站是借助水工建筑物和機電設(shè)備將水能轉(zhuǎn)換為電能的企業(yè)。水電

3、站的形式主要取 決于集中水頭的方式，根據(jù)集中水頭方式的不同，水電站分為壩后式水電站、引水式水電 站和混合式水電站。 、水輪機的主要類型及適用水頭 根據(jù)水輪機轉(zhuǎn)輪所轉(zhuǎn)換水流能量的特征可分為反擊式水輪機和沖擊式水輪機兩大類, 總分類圖如下。 1.1反擊式水輪機的類型及適用水頭 反擊式水輪機的類型 反擊式水輪機利用水流的勢能和動能做功的水輪機， 其轉(zhuǎn)輪區(qū)內(nèi)的水流在通過轉(zhuǎn)輪葉 片流道時，始終是連續(xù)充滿整個轉(zhuǎn)輪的有壓流動，并在轉(zhuǎn)輪空間曲面形葉片的約束下，連 續(xù)不斷地改變流速的大小和方向，從而對轉(zhuǎn)輪葉片產(chǎn)生一個反作用力，驅(qū)動轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。當(dāng) 水流通過水輪機后，其動能和勢能大部分被轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)機械能。 反擊

4、式水輪機的適用水頭 混流式水輪機 混流式水輪機如圖1-1所示，水流從四周沿徑向進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，然后近似以軸向流出轉(zhuǎn)輪, 其應(yīng)用水頭范圍較廣，約為20700m結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定且效率高，是應(yīng)用最廣泛的一 種水輪機。 圖1-1混流式水輪機 1主軸；2葉片；3導(dǎo)葉 軸流式水輪機 軸流式水輪機如圖1-2所示，水流在導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪之間由徑向流動轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向流動，而 在轉(zhuǎn)輪區(qū)內(nèi)水流保持軸向流動，其應(yīng)用水頭約為380m軸流式水輪機在中低水頭、大流 量水電站中得到廣泛應(yīng)用，軸流式水輪機分為軸流定漿及軸流轉(zhuǎn)漿兩種類型。 圖1-2軸流式水輪機 1導(dǎo)葉；2葉片；3輪轂 斜流式水輪機 斜流式水輪機如圖1-3所示，水流在轉(zhuǎn)輪區(qū)內(nèi)沿

5、著與主軸成某一角度的方向流動，其 轉(zhuǎn)輪葉片大多做成可轉(zhuǎn)的形式。因此，斜流式水輪機具有較寬的高效率區(qū)，適用水頭在軸 流式與混流式水輪機之間，約為 40200m由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工藝要求和造價較高, 一般只在大中型水電站中使用，目前這種水輪機應(yīng)用還不普遍。 圖1-3斜流式水輪機 1蝸殼；2導(dǎo)葉；3轉(zhuǎn)輪葉片；4尾水管 貫流式水輪機 貫流式水輪機是一種流道近似為直筒狀的臥軸式水輪機，它不設(shè)蝸殼，葉片有固定和 轉(zhuǎn)動兩種。根據(jù)發(fā)電裝置形式的不同，分為： a.全貫流式（發(fā)電機轉(zhuǎn)子直接安裝在轉(zhuǎn)輪葉片的外緣，目前這種機型很少使用） 圖1-4全貫流式水輪機 1轉(zhuǎn)輪葉片；2 轉(zhuǎn)輪輪緣；3發(fā)電機轉(zhuǎn)子輪輞；4發(fā)電機定

6、子；5、6支柱；7軸頸； 8輪轂；9錐形插入物；10拉緊桿；11 導(dǎo)葉；12推力軸承；13導(dǎo)軸承 b.半貫流式（有軸伸式、豎井式和燈泡式等裝置形式，前兩種形式效率較低，一般只 用于小型水電站；燈泡式水輪機結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、效率較高，應(yīng)用最為廣泛）兩類。 貫流式水輪機的適用水頭為125m適用于低水頭、大流量的水電站。以上三種水輪機示 意圖如下 軸伸式貫流機組（Z）:發(fā)電機安裝在外面，水輪機軸伸出到尾水管外面 圖1-5軸伸貫流式水輪機 1 轉(zhuǎn)輪；2 水輪機主軸；3 尾水管；4齒輪轉(zhuǎn)動機構(gòu)；5發(fā)電機 豎井式貫流機組（S）:發(fā)電機安裝在豎井內(nèi)。 圖1-6豎井貫流式水輪機 1豎井；2增速裝置；3軸承座

7、；4止水套；5固定導(dǎo)葉；6葉片；7尾水管 燈泡貫流式（P）:發(fā)電機組安裝在密閉的燈泡體內(nèi)，使用較廣泛，機組結(jié)構(gòu)緊湊, 流道形狀平直，水力效率高 1.2沖擊式水輪機及適用水頭 沖擊式水輪機的轉(zhuǎn)輪始終處于大氣中，來自壓力鋼管的高壓水流在進(jìn)入水輪機之前已 轉(zhuǎn)變成高速自由射流，該射流沖擊轉(zhuǎn)輪的部分輪葉，并在輪葉的約束下發(fā)生流速大小和方 向的急劇改變，從而將其動能大部分傳遞給輪葉。在射流沖擊輪葉的整個過程中，射流內(nèi) 的壓力基本不變，近似為大氣壓，水流具有與空氣接觸的自由表面。根據(jù)水流射向轉(zhuǎn)輪方 向不同，可分為以下三種形式。 切擊式（或水斗式）（QJ） 沖擊式（根據(jù)水流射向轉(zhuǎn)輪方向劃分 ）斜擊式（XJ）

8、雙擊式（SJ） 水斗式水輪機 水斗式水輪機又稱切擊式水輪機。如圖 1-8所示，從噴嘴出來的高速自由射流沿轉(zhuǎn)輪 周圍切線方向垂直沖擊輪葉。 圖1-8水斗式水輪機 這種水輪機適用于高水頭、小流量的水電站，特別是當(dāng)水頭超過400m時，混流式水 輪機已不太適用，常采用水斗式水輪機。大型水斗式水輪機的應(yīng)用水頭約為3001700m 小型水斗式水輪機的應(yīng)用水頭約為40250m目前水斗式水輪機的最高水頭已應(yīng)用到 1767m （奧地利萊塞克電站），我國天湖水電站的水斗式水輪機設(shè)計水頭為1022.4m。 斜擊式水輪機 斜擊式水輪機如圖1-9所示，由噴嘴出來的射流沿圓周斜向沖擊轉(zhuǎn)輪上的水斗。 圖1-9斜擊式水輪機轉(zhuǎn)

9、輪 水流從轉(zhuǎn)輪的一側(cè)進(jìn)入輪葉再從另一側(cè)流出輪葉。與水斗式相比，其過流量較大，但 效率較低，這種水輪機一般多用于中小型水電站，適用水頭一般為20300m 雙擊式水輪機 雙擊式水輪機如圖1-10所示，從噴嘴出來的射流先后兩次沖擊在轉(zhuǎn)輪葉片上。這種 水輪機結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，但效率低、轉(zhuǎn)輪葉片強度差，僅適用于單機出力不超過1000KW 的小型水電站，其適用水頭一般為 5100m 幫有閘加風(fēng)門的就亠瓦水槍機樂恿圖 圖1-10 帶有閘板閥門的雙擊式水輪機 1工作輪；2噴嘴；3調(diào)節(jié)閘板；4舵輪；5引水管；6尾水槽 各類水輪機及其應(yīng)用水頭范圍表 表1-1水輪機類型及其應(yīng)用水頭范圍 類型 形式 適應(yīng)水頭范圍（

10、m 反擊式 混流式 混流式 20 700 混流可逆式 80 600 軸流式 軸流轉(zhuǎn)漿式 380 軸流定漿式 350 斜流式 斜流式 40 200 斜流可逆式 40 120 貫流式 貫流轉(zhuǎn)漿式 125 貫流定漿式 沖擊式 水斗式 401700 斜擊式 20 300 雙擊式 5 100 二、水輪發(fā)電機組的形式 1、按照布置方式的不同分類 水輪發(fā)電機可分為臥式和立式兩種。臥式水輪發(fā)電機適合中小型、貫流式及沖擊式水 輪機。一般低、中速的大中型機組多采用立式發(fā)電機。 2、按照推力軸承位置的不同分類 立式發(fā)電機又分為懸式和傘式兩種。 懸式發(fā)電機：推力軸承位于轉(zhuǎn)子上方的發(fā)電機，它適用于轉(zhuǎn)速在100r/mi

11、n以上。其 優(yōu)點是推力軸承損耗小，裝配方便，運轉(zhuǎn)較穩(wěn)定；缺點是機組高度較大，耗費鋼材多。懸 吊式發(fā)電機如下圖所示（SF15-20/3920懸式發(fā)電機）。 圖1-11懸吊式水輪發(fā)電機 1集電環(huán)；2刷架；5上機架；6上擋風(fēng)板；7空冷器；8定子；9下?lián)躏L(fēng)板; 10加熱器；11下機架；12接地碳刷；13制動器；14轉(zhuǎn)子；15定子基礎(chǔ)板； 16機械過速保護(hù)裝置；17滅火水管 傘式發(fā)電機：推力軸承位于轉(zhuǎn)子下方的發(fā)電機。上下有兩個導(dǎo)軸承分別位于上下機架 內(nèi)的叫做普通傘式。有一個導(dǎo)軸承位于上機架中心的叫做半傘式；只有一個導(dǎo)軸承位于下 機架中的叫做全傘式。它適用于轉(zhuǎn)速在150r/mi n以下。其優(yōu)點是機組高度低

12、，可降低廠 房高度，節(jié)省鋼材；缺點是推力軸承損耗大，安裝、檢修、維護(hù)都要不方便。 11 i1Hi, IN 11- w 皿阿 HfWl 1*.H 1411 EF14C g EOO 4 I JI 9* 心/ifj ifii Ki.f ifv .n SKX? H ”輛 - IZ n * 04 眶 r/BJn NCKK I4ar 科 mt * 4 1 4 i fa g j-i enr G1 *：. ： !* rpHii H* 4- m :i- J Rl Ail 亍 nr - im* i JIM 擊1 (i.M +* f tit 4 f粉m w w ir ih-i Hi w 1種 pU JUf ilJE

13、-* w 圖1-12 SF140-64/13500 全傘發(fā)電機 第二章水輪機的型號及標(biāo)稱直徑 、型號說明 水輪機的型號由三部分組成，每一部分用短橫線“一”隔開。第一部分由漢語拼音字 母與阿拉伯?dāng)?shù)字組成，其中拼音字母表示水輪機型式，阿拉伯?dāng)?shù)字表示轉(zhuǎn)輪型號，入型譜 的轉(zhuǎn)輪的型號為比轉(zhuǎn)速數(shù)值（比轉(zhuǎn)速：保持水輪機形狀與運行工況相似，改變其尺寸大小， 在單位水頭下發(fā)出單位出力所具有的水輪機轉(zhuǎn)速 ），未入型譜的轉(zhuǎn)輪的型號為各單位自己的 編號，舊型號為模型轉(zhuǎn)輪的編號；可逆式水輪機在水輪機型式后加“N”表示。第二部分 由兩個漢語拼音字母組成，分別表示水輪機主軸布置形式和引水室的特征；第三部分為水 輪機轉(zhuǎn)輪的標(biāo)

14、稱直徑以及其它必要的數(shù)據(jù)。水輪機型號中常見的代表符號如表所示。 對于沖擊式水輪機，上述第三部分應(yīng)表示為：轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑（cm）/每個轉(zhuǎn)輪上的噴嘴數(shù) x射流直徑（cm）。 水輪機型式 9 式 符號 翹流式 HL 軸流定饗式 ZD 釉就轉(zhuǎn)莫式 2Z 蚪流式 XL 賈就定獎式 GD GZ 水斗式 CJ 料擊式 XJ 取擊式 SJ 轉(zhuǎn) ft 號 童 表 符號 立軸 t 一 LI 一 引水宣特征 特征 金 J 觀離土姐盤 H P 啞井式 S 軸伸式 Z 式 G 虹鬣式 X 明希武 比轉(zhuǎn)速：保持水輪機形狀與運行工況相似，改變其尺寸大小，在單位水頭下發(fā)出單位 出力所具有的水輪機轉(zhuǎn)動的速度 （即：幾何相似的水輪

15、機，當(dāng)工作水頭為 1m，輸出功率 為1kW且機械效率為100%時水輪機自身的轉(zhuǎn)速。）。 比轉(zhuǎn)數(shù)可以作為機器分類、系列化和相似設(shè)計的依據(jù)。比轉(zhuǎn)數(shù)小反映機器的流量小， 全壓（或揚程、水頭）高；反之，比轉(zhuǎn)數(shù)大則機器的流量大，全壓（或揚程、水頭）低。前者適 合離心式,后者適合軸流式，混流式（斜流式）介于兩者之間，所以可用比轉(zhuǎn)數(shù)大小劃分機 器類型。在設(shè)計機器時先按給定的參數(shù)計算比轉(zhuǎn)數(shù)，再根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù)大小決定機器類型。比 轉(zhuǎn)數(shù)大小也反映葉輪的形狀。比轉(zhuǎn)數(shù)與葉輪形狀的關(guān)系為不同類型泵的比轉(zhuǎn)數(shù)與葉輪形 狀的關(guān)系。比轉(zhuǎn)數(shù)越大葉輪外徑就越小，而寬度越大。反之，比轉(zhuǎn)數(shù)越小，貝U葉輪外徑越 大，寬度越小。在一定流量和全

16、壓(或揚程、水頭)下，比轉(zhuǎn)數(shù)與機器轉(zhuǎn)速成正比。提高 轉(zhuǎn)速可減小葉輪外徑，增加寬度；而降低轉(zhuǎn)速，貝U須增加葉輪外徑，減小寬度。 型號第三部分的說明 對反擊式水輪機：表示轉(zhuǎn)輪的標(biāo)稱直徑 水斗式或斜擊式水輪機，其表示方法為： 轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑D1 作用在每個轉(zhuǎn)輪上的噴_嘴數(shù)_射流直徑d0 對雙擊式水輪機，其表示方法為： 轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑D1 轉(zhuǎn)輪軸向長度L 、水輪機的型號舉例 (1) HL240 LJ 410 混流式水輪機，型號240 (比轉(zhuǎn)速)，立軸，金屬蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑為 410cm ZZ440 LH 430 軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機，型號440，立軸，混凝土蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑 430cm (3) 2CJ2 W 12

17、0/2 W 轉(zhuǎn)輪型號為20,水斗式水輪機，臥軸，一根軸上裝設(shè)兩個轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪直徑為120cm,每 個轉(zhuǎn)輪兩個噴嘴，設(shè)計射流直徑為 10cm。 GZ440WP 750 表示貫流轉(zhuǎn)漿式水輪機，轉(zhuǎn)輪型號 440,臥軸，燈泡式機組，轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑 750cm。 (5) SJ40- W50/40:表示雙擊式水輪機，轉(zhuǎn)輪型號40,臥軸布置，轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑50cm， 轉(zhuǎn)輪軸向長度40cm。 XLN LJ300:表示斜流可逆式水泵水輪機，轉(zhuǎn)輪型號 200,立軸布置，金屬蝸 殼，轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑300cm。 三、各種水輪機轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑Di HL :轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口邊上最大直徑 ZL、XL :轉(zhuǎn)輪葉片軸心線相交處的轉(zhuǎn)輪室直徑

18、CJ:轉(zhuǎn)輪與射流中心線相切處節(jié)圓直徑 四、轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑系列 反擊式水輪機轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑系列（cm） 25 30 35 (40) 42 50 60 71 (80) 84 100 120 140 160 180 200 225 250 275 300 330 380 410 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 注：表中括號內(nèi)的數(shù)字僅適用于軸流式水輪機 第三章 水輪機的工作參數(shù) 反映水輪機工作狀況特性值的一些參數(shù)，稱水輪機的基本參數(shù)。水輪機的基本參數(shù)主 要有工作水頭H（m）、流量Q（m3/s）、出力N（kw）、效率n機組轉(zhuǎn)速n。 、水頭（H

19、） 水輪機的水頭（亦稱工作水頭）是指水輪機進(jìn)口和出口截面處單位重量的水流能量差， 如圖2-1所示，對反擊式水輪機，進(jìn)口斷面取在蝸殼進(jìn)口處 AA斷面，出口斷面取在尾 水管出口 B B斷面。 圖2-1水電站和水輪機的水頭示意圖 毛水頭（Hg） 上、下游水位差稱為水電站的毛水頭Hg，其單位為m。 Hg=Zu - Zd 反擊式水輪機的工作水頭（H） 水輪機工作水頭又稱凈水頭，是水輪機做功的有效水頭。 毛水頭-水頭損失=凈水頭 H=Ea- EB=Hg - hl-A 沖擊式水輪機的水頭 H=Zu- Zz - hi-A 其中Zu和Zz分別為上游和水輪機噴嘴處的水位 特征水頭 表示水輪機的運行范圍和運行工況的

20、幾個典型水頭。 最大工作水頭Hmax：是允許水輪機運行的最大凈水頭。它對水輪機結(jié)構(gòu)的強度設(shè)計有 決定性的影響。 Hmax=Z 正-Z 下 min-hl-A 最小工作水頭Hmin：是保證水輪機安全、穩(wěn)定運行的最小水頭。 H min=Z 死-Z 下 max-hl-A 設(shè)計水頭（計算水頭）Hr :是水輪機發(fā)額定出力時的最小凈水頭。 加權(quán)平均水頭Ha :是在一定時期內(nèi)（視水庫調(diào)節(jié)性能而定），所有可能出現(xiàn)的水輪機 水頭的加權(quán)平均值，是水輪機發(fā)出額定出力時間最長的凈水頭。 Ha =Z 上a-Z 下a nf/s。在設(shè)計水頭下，水輪機以額定 、流量（Q） 單位時間內(nèi)通過水輪機某一特定過流面的水流體積，常用單位

21、為： 轉(zhuǎn)速、額定出力運行時所對應(yīng)的水流量稱為設(shè)計流量Q。 Q隨H N的變化：H P 一定時，Q也一定； 當(dāng)H=H、P=P額時，Q為最大。 三、轉(zhuǎn)速n 水輪機的轉(zhuǎn)速是水輪機轉(zhuǎn)輪在單位時間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，常用符號n表示，常用單位為r/min 四、出力P與效率n 指水輪機軸端輸出的功率，常用符號 P表示，常用單位為KW 水輪機的輸入功率 是單位時間內(nèi)通過水輪機的水流的總能量，即水流的出力，常用 符號Pn表示，則 Pn= pg QH =9.81QH P總是小于水流出力 由于水流通過水輪機時存在一定的能量損耗，所以水輪機出力 Pn。水輪機出力P與水流出力Pn之比稱為水輪機的效率，用符號 n表示。 n= P

22、/Pn 由于水輪機水能在工作過程中存在能量損耗，故水輪機的效率nV1 水輪機的出力可寫成 P= Pnn=9.81QH n 水輪機將水能轉(zhuǎn)化為水輪機軸端的出力，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩M用來克服發(fā)電機的阻抗力 矩，并以角速度3旋轉(zhuǎn)。水輪機出力P、旋轉(zhuǎn)力矩M和角速度3之間有以下關(guān)系式 P=M 3=M2 n n/60 式中3水輪機旋轉(zhuǎn)角速度，rad/s； m水輪機主軸輸出的旋轉(zhuǎn)力矩，n m n水輪機轉(zhuǎn)速，r/min。 水輪機的損失： 1、 容積損失：進(jìn)入水輪機的流量Q，有部分會從水輪機固定部分與轉(zhuǎn)動部分的縫隙 及其他縫隙中漏失而造成損失； 2、水力損失：作用于水輪機的工作水頭 H中，在水流進(jìn)出水輪機的過流部件時

23、為克 服沿程摩擦局部阻力而消耗一部分能量； 3、機械損失：在能量轉(zhuǎn)換過程中，水輪機還必須克服主軸軸承的摩擦，及其他部分 與固定部分之間的摩擦，造成出力損失。 第四章 公司電站主機設(shè)備參數(shù)表（部分） 、小水電廠設(shè)備參數(shù) 序號 特性參數(shù) 備注 水輪機 臺套數(shù) 2 2 2 2 2 2 5 設(shè)備型號 HLA351-WJ-94 HLA551-WJ-62 HLB12-LJ-115 CJA237-L-170/ 2X 16 HL551 - WJ- 100 HLD358C-LJ-156 ZDT03-LH-30 0 制造廠家 杭州大路 杭州大路 東風(fēng) 東風(fēng)廠 宜賓富源 德陽東方 浙江金輪 水輪機型式 臥式混流式

24、臥式混流式 混流式 沖擊式 臥式混流式 混流式 軸流定槳式 額定出力（MW 6.5 1.5 8.5 8 3.2 18.75 2.5 額定轉(zhuǎn)速（r/mi n ） 1000 1000 600 428.6 600 600 150 飛逸速度（r/min ） 1737 1781 1206 771 1200r/min 1090 314 3 額定流量（m/s） 3.5 3.5 8.34 3.2 8.4m3/s 9.37 49.1 額定水頭（m） 210 60 119 313 45.9m 219 6.4 轉(zhuǎn)輪直徑（mr）i 940 620 1150 1700 1005 1560 300 發(fā) 電 機 設(shè)備型號

25、SFW-J6300-6/1 730 SFW-J1500-6/1 480 SF8500-10/260 0 SF8000 14/2860 SFW3200-10/1730 SF18-10/3250 SF-J2500-40 /4250 額定出力（MW 6.3 1.5 8.5 8 3.2 18 2.5 額定轉(zhuǎn)速（rpm） 1000 1000 600 428.6 600 600 150 冷卻方式 空冷 管道通風(fēng) 空冷 空冷 空冷 空冷器風(fēng)冷 風(fēng)冷 、大水電廠設(shè)備參數(shù) 1、公司各電廠主要機電設(shè)備臺帳匯總表-水輪機 序 號 特性參 數(shù) 1. 臺套數(shù) 5 保安機組 4 3 9 6 3 3 4 4 3 4 3 4

26、 1. 設(shè)備型 號 HL295-LJ- 830 HLA-551-L J-210 HLA855 LJ 505 HL(PO5 0)-LJ- 525 HK-IRP(1# -5#) GZA684-WP -690 (6#-9#) HK-1RT GZ-WP -630 K89/4 n a GZ(113) -WP-640 GZ-WP-63 0 HL(PO50)- LJ-630 HLF 196 AO- LJ- 660 ZZ-LH- 580 HLNTP- LJ-504 1. 制造廠 家 VOITH/哈 電 哈電 哈電 富春江 富士 日立公司 日立/ 哈電 ELIN 公司 澳地利 東芝水 電 浙富 水電 浙富 股份

27、 阿爾 斯通 富春江 水電 ALSTOM /東電 2. 水輪機 型式 混流式 混流式 混流式 混流式 燈泡 貫流式 燈泡 貫流式 燈泡 貫流 式 燈泡 貫流式 燈泡 貫流式 燈泡 貫流式 混流式 混流 式 軸流 轉(zhuǎn)漿式 混流可 x_t2b. 逆式 3. 額定出 力（MW 248 15.5MW 256. 5 82.5 30.95 46.4 21.06 18.05 20.515 19.07 142.9 204. 1 51.5 G:306 4. 取大出 力（MW 290 256. 5 92.5 31.85 48.19 21.06 19.1 22.78 20.97 142.9 226. 8 51.5

28、P:306 5. 額定轉(zhuǎn) 速（rpm） 68.18 272 166.7 100 78.9 136.4 75 75 83.3 93.75 93.75 88.2 115.4 300 6. 飛逸速 度（rpm） 140 560 315 200 185.4 314（協(xié) 聯(lián)）370 （非協(xié) 聯(lián)） 225 207 190（協(xié) 聯(lián)） 273 188 176, 4 315 465 7. 額定流 量（m/s） 628 39.4 225 243.77 403 252.24 361 312 330.86 351.5 352.57 422. 32 270.4 G:118. 3 序 號 特性參 數(shù) P:106 8. 額

29、定水 頭（m 44.5 45 128 39 8.5 20 6.8 6.55 6.8 6.1 44 54 20.7 295 9. 最高水 頭（m 60.1 60.1 156. 5 44.68 13.2 27.3 10 8.5 9.7 9.5 53.2 59.7 5 25.29 335 10. 最低水 頭（m 36.2 36.2 97 34.67 2.2 8.4 3 3.0 3.0 3.5 39 43.8 5 12.9 272.8 11. 額定油 壓（MPa 6.0 2.5 6. 3 6.3 6.0 6.4 6.0 6.0 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 12. 設(shè)計效 率（） 9

30、0.85-95 93.7 93.5 98 94.08 94.5 93.27 90.55 93.9 91.5 8 94.12% G: 98.4% P:98.5 % 13. 轉(zhuǎn)輪直 徑 8300mm 2100 5050mm 5250mm 6900mm 5460mm 6300m m 6300mm 6400mm 6300mm 6300mm 6600 mm 5800mm 5040mm 備 注 2、公司各電廠主要機電設(shè)備臺帳匯總表-發(fā)電機 1. 臺套數(shù) 5 保安機組 4 3 9 6 3 3 4 4 1. 設(shè)備型號 SF240-88/ SF15 SF250-36/1 SF80-60/10 TFFZBLW-R

31、D SFG45-44/5 SV628/80-1 SV588/80 SFWG19.9- SFWG18. 17290 22/4250 0200 400 850 55 195 72/6850 64/6400 2. 制造廠家 哈電 哈電 哈電 富士富春江 日本日立 哈電ALSTOM ELIN 澳地利 東芝水電 浙江富春江 3. 額定出力（MW 240 17.65 250 80 30 45 21.06 18.5 19.9 18.5 4. 最大出力（MW 280 20.30 250 90 31.58 47.37 21.06 19.5 22.1 20.56 5. 額定轉(zhuǎn)速（rpm） 68.18 272 16

32、6.7 100 78.9 136.4 75 75 83.3 93.75 6. 定子額定電流 （A） 9775 970.4 10183 3718.8 1736 2605 1286.7 1072 1218.8 1130.3 7. 轉(zhuǎn)子額定電流 （A） 1906 484 1540 918 791 830.6 1094 718 560 560 8. 出口電壓（kV） 15.75 10.5 15.75 13.8 10.5 10.5 10.5 10.50 10.5 10.5 9. 功率因數(shù) （cos ） 0.9 0.85 0.9 0.9 0.95 0.95 0.9 0.95 0.90（滯后） 0.90（滯

33、后） 10. 冷卻方式 空冷 空冷 空冷 空冷 空冷 空冷 空冷 軸向空冷 空冷 空冷 11. 接線方式 4Y Y 4Y 4Y 單Y 雙星形 Y Y 1Y Y 12. 設(shè)計效率（） 98.53 98.69 98.11 98 98.53 95.68 96.69 97.38 97.06 13. 備注 第五章 水輪機的結(jié)構(gòu) 水能主要以壓能的形態(tài)由轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)換成機械能，這是反擊式水輪機水力作用的基本特征 反擊式水輪機的工作過程是：有壓水流由壓力鋼管經(jīng)蝸殼引入導(dǎo)水機構(gòu) ，進(jìn)入轉(zhuǎn)輪并將其 能量傳遞給轉(zhuǎn)輪，促使轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動，再由主軸以旋轉(zhuǎn)力矩的形式將機械能傳遞給發(fā)電機 ，最后 水流經(jīng)尾水管排向下游。 、反擊式水輪機

34、的主要組成部件 反擊式水輪機主要由引水部件、導(dǎo)水部件、工作部件和排水部件四部分組成。 1引水部件一蝸殼：將水流均勻、旋轉(zhuǎn)，以最小水頭損失送入轉(zhuǎn)輪。 引水室 蝸殼式：以沿水流方向過水?dāng)嗝娴拿娣e逐漸減小的 蝸形流道，緊緊圍住導(dǎo)水機構(gòu)，使水流進(jìn) 入導(dǎo)水機構(gòu)具有一定的旋轉(zhuǎn)環(huán)量，并基本 保證水流的對稱、均勻性，從而提高效率。 蝸殼 座環(huán)：水輪機過流部件，也是水輪機承 重部件，是水輪機的支柱，支撐 水輪機的固定導(dǎo)水葉（導(dǎo)葉），其作 用是合理分配流量，及導(dǎo)流，使 水流有方向、均勻地進(jìn)入轉(zhuǎn)輪 1金屬蝸殼：適用于水頭在 35m以上水流相對較小 （精致合理，能承受較大壓力，結(jié)構(gòu)緊密，安裝方便）。 2.混凝土蝸殼：

35、適用于水頭低于40m 貫流式：燈泡貫流引水室為貫流式引水室，是水流從進(jìn)口引進(jìn)后，直 接貫流過水輪機，水流方向不轉(zhuǎn)彎，引水室中的水流呈均勻 軸對稱狀，水力損失很小，水流利用率高。 2、導(dǎo)水部件一導(dǎo)水機構(gòu)：控制工況，改變進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的水流環(huán)量，根據(jù)機組所帶負(fù)荷 的變化情況隨時調(diào)節(jié)水輪機的引用流量，以改變機組出力的大小，并進(jìn)行開、停機操作。 導(dǎo)葉：直接調(diào)節(jié)流量的過流部件，其水力性直接影響水輪機的工作效率； 底環(huán)：安放導(dǎo)葉下軸套的底部圓環(huán)； 頂蓋：安裝導(dǎo)葉上部軸套的場所，防止水流外溢。軸流式機組還可起引導(dǎo)水流平穩(wěn) 轉(zhuǎn)彎的作用，臥式機組中又叫后環(huán) 導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動機構(gòu)：作用是用以轉(zhuǎn)動導(dǎo)葉，調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度達(dá)到調(diào)節(jié)流量的

36、目的，主要由 接力器、推拉桿、控制環(huán)、連桿和拐臂組成。 3、 工作部件轉(zhuǎn)輪（水輪機將水能轉(zhuǎn)換為剛性機械能的核心部件）：能量轉(zhuǎn)換，決定 水輪機的尺寸、性能、結(jié)構(gòu)。反擊式水輪機轉(zhuǎn)輪分為： 混流式：通過導(dǎo)水機構(gòu)的水流徑向流入轉(zhuǎn)輪，從轉(zhuǎn)輪扭曲形葉片之間的流道進(jìn)口向 出口流動，水流到達(dá)流道出口時，由于扭曲形流道改變了水流的前進(jìn)方向，水流給轉(zhuǎn)輪一 個反作用力，使轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)力矩，將水能轉(zhuǎn)換為機械能； 軸流式：通過導(dǎo)水機構(gòu)的水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪葉片之間的流道進(jìn)口時，水流軸向流進(jìn)，又 從出口軸向流出轉(zhuǎn)輪，進(jìn)入尾水管。 軸流式與混流式轉(zhuǎn)輪概念上的區(qū)別：軸流式水輪機，水流沿軸向流入，軸向流出，而 混流式機組水流沿徑向流

37、入，軸向流出轉(zhuǎn)輪。 4、排水部件泄水錐及尾水管：回收能量、排水至下游。 泄水錐：螺旋焊接在輪轂下方，用于引導(dǎo)由輪葉間流道出來的水流順利變成軸向，減 少渦流，避免水流互相碰撞及向上旋轉(zhuǎn)造成的水力損失，從而提高轉(zhuǎn)換效率。 尾水管：其性能好壞對水輪機能量轉(zhuǎn)換和氣蝕特性有明顯影響；尾水管的作用有： 將轉(zhuǎn)輪出口的水流引向下游，為檢修水輪機提供條件； 充分利用上游水位至轉(zhuǎn)輪高程處的水頭； 充分利用出口的水流能量增加機組出力。 尾水管的類型： 直錐型：結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用早； 彎肘型：開挖工程最少，節(jié)能投資；一般用于小電站。 曲膝型：水流損失較大，能量回收率低。一般用于臥式機組和小電站。 反擊式水輪機除了上述的四

38、大主要部件外，屬于水輪機本身的主要部件還有：主軸、 軸承、密封裝置及附屬部分。本次主要針對混流式和軸流式水輪機的結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論。 二、混流式水輪機轉(zhuǎn)輪 轉(zhuǎn)輪是將水能轉(zhuǎn)換為機械能的核心部件。轉(zhuǎn)輪各過流部分應(yīng)滿足水力設(shè)計的型線要 求，有足夠的強度和剛度。 另外，制造轉(zhuǎn)輪的材料應(yīng)具備抗空蝕損壞、 耐泥沙磨損的性能。 混流式水輪機適用的水頭范圍廣。 由于應(yīng)用水頭和流量的不同， 其轉(zhuǎn)輪的形狀也各不相同， 如圖5-1所示，圖（a）應(yīng)用于水頭較低、流量較大的轉(zhuǎn)輪；圖（b）應(yīng)用于高水頭、小流 量的轉(zhuǎn)輪 (a)低水頭(b)高水頭 圖5-1 混流式水輪機轉(zhuǎn)輪 不管什么形狀的混流式水輪機，其轉(zhuǎn)輪基本上由上冠、下環(huán)、葉

39、片、上下止漏裝置、 泄水錐和減壓裝置組成，圖5-2為混流式轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5-2 混流式水輪機轉(zhuǎn)輪示意圖 1減壓裝置；2、6止漏環(huán)；3上冠；4 葉片；5泄水錐；7下環(huán) 1、轉(zhuǎn)輪上冠 轉(zhuǎn)輪上冠的作用第一是支承葉片，第二是與下環(huán)構(gòu)成過流通道。上冠形似圓錐體，其 上部中間為上冠法蘭，此法蘭的上面與主軸相連，其下面固定有泄水錐，在上冠上固定有 均勻分布的葉片。在上冠法蘭的外圍開有幾個減壓孔，在其外側(cè)面裝有減壓裝置。 2、轉(zhuǎn)輪葉片 葉片的作用是直接將水能轉(zhuǎn)換為機械能。葉片斷面形狀為翼形，葉片數(shù)目為1024 片，葉片的形狀、數(shù)目及制造葉片的材料，均對水輪機的效率及水輪機抗空蝕、耐磨損的 性能產(chǎn)生很大影

40、響。葉片上端與上冠相連，下端與下環(huán)連成一整體。 3、轉(zhuǎn)輪下環(huán) 轉(zhuǎn)輪下環(huán)的作用：增加轉(zhuǎn)輪的強度和剛度；與上冠形成過流通道。 4、泄水錐 泄水錐的作用是引導(dǎo)由葉片出來的水流順利地變成軸向，避免水流互相撞擊和向上旋 轉(zhuǎn)所造成的水力損失，從而保證水輪機的效率。其外形呈倒錐體。它的結(jié)構(gòu)型式有鑄造和 鋼板焊接兩種。里面空心，下面開口，以便排除通過止漏環(huán)的漏水及橡膠導(dǎo)軸承的潤滑水 （有的轉(zhuǎn)輪將泄水控開在泄水錐的外側(cè)），還作為主軸的中心補氣和有的轉(zhuǎn)輪的頂蓋補氣 通道之用。 5、止漏裝置 止漏裝置的作用是用來減小轉(zhuǎn)動部分與固定部分之間的漏水損失。 止漏裝置分為固定部分和轉(zhuǎn)動部分，為防止水流向上和向下漏出，水輪機

41、一般裝有上、 下兩道止漏環(huán)。上止漏環(huán)的固定部分裝在頂蓋上，其轉(zhuǎn)動部分裝在上冠上，下止漏環(huán)的固 圖5-3 止漏裝置型式示意圖 （a）間隙式；（b）迷宮式；（c）梳齒式；（d）階梯式迷宮 （1）止漏環(huán)的材料和固定方式 止漏環(huán)的材料一般采用ZG30或A3鋼板，泥沙較多的電站采用不銹鋼。 止漏環(huán)的固定方式有直接車制和紅套固定兩種。對一些水質(zhì)干凈，轉(zhuǎn)輪尺寸較小的轉(zhuǎn) 輪，可以直接在上冠和下環(huán)上車制迷宮環(huán)。一般在整鑄轉(zhuǎn)輪上為考慮折卸方便，采用紅套 固定。 （2）止漏環(huán)型式的選擇 使用水頭H 200m,型譜內(nèi)所列各型號混流式轉(zhuǎn)輪一般都采用間隙式或迷宮式止漏 環(huán)，它止漏效果差，但其與轉(zhuǎn)輪的同心度高，制造、安裝方

42、便，抗磨損性能較好。在含泥 沙較多的電站采用間隙式止漏環(huán)。 迷宮式止漏環(huán)，與轉(zhuǎn)輪的同心度高，制造、安裝較方便 在清水電站采用迷宮式止漏環(huán)較多。如圖（b）所示迷宮式止漏環(huán)，當(dāng)水從間隙中流過時， 由于局部阻力加大，使壓力降低，當(dāng)水流到達(dá)溝槽部位時又突然擴大，進(jìn)入下一個間隙時 又突然收縮，這種反復(fù)擴大、收縮的結(jié)果減低了水流壓力，使漏水量大大減少。 使用水頭H 200m的混流式水輪機，常采用梳齒式止漏環(huán)，它的轉(zhuǎn)動環(huán)和固定環(huán)的 截面為梳齒狀，兩個環(huán)的截面形成交錯配合，圖（c）所示這種型式的止漏裝置。當(dāng)水流經(jīng) 過梳齒時，轉(zhuǎn)了許多直角彎，增加了水流阻力，使漏水量減少。梳齒式止漏環(huán)的間隙為 12mrm平面間隙

43、1h，h為允許抬機的高度，一般取 ioi5mm其缺點是止漏環(huán) 與轉(zhuǎn)輪的同心度不易保證，間隙測量困難，安裝不便，它一般與間隙式止漏環(huán)配合使用。 階梯式止漏環(huán)也多用于水頭H 200m的水電站見圖（d）,其止漏效果好，因它具有 迷宮式及梳齒式止漏環(huán)的作用。另外，這種止漏環(huán)與轉(zhuǎn)輪的同心度好，安裝測量比較方便。 6、減壓裝置 減壓裝置的作用是減小轉(zhuǎn)輪上的軸向水推力，其形狀為環(huán)形減壓板，分別裝在頂蓋下 面和上冠的上面。 水流經(jīng)過混流式轉(zhuǎn)輪時會產(chǎn)生軸向力。設(shè)計水輪機時，除了要知道水輪機轉(zhuǎn)輪和主軸 的重量外，還要知道軸向水推力。 根據(jù)混流式特點，總的軸向水推力為： Fe Fi F2 F3 F4（N） 式中Fi

44、 轉(zhuǎn)輪流道內(nèi)水流作用產(chǎn)生的推力； F2 作用于轉(zhuǎn)輪上冠因水壓力產(chǎn)生的水推力； F3 作用于下環(huán)因水壓力產(chǎn)生的推力； F4浮力。 在實際設(shè)計中，往往用經(jīng)驗公式來計算作用于轉(zhuǎn)輪的軸向推力。對混流式水輪機有： 32 Ft 9.81 10 K Di Hmax 4（N） 式中系數(shù)K與水輪機型號有關(guān)，其值可參考表 2-6。 表水輪機軸向力系數(shù) K與水輪機型號的關(guān)系 科鬼理崢 Ml U0 HLS40 -i 血2恥 1 一 一 HIM H耐 Hiaec H1J20 IK.IOO 0. so 0, Z* a. it 0. zo 0 18 . 10 ms K - -VI 亠 a 4% !乩翱 y. 2d tk曲

45、0.創(chuàng) MJ e, is 混流式水輪機轉(zhuǎn)輪重量可按下式近似計算 式；圖（b）為頂蓋排水管的轉(zhuǎn)輪泄水孔的減壓方式。 圖5-4（a）型式中，上下環(huán)形引水板分別裝在頂蓋下方和上冠的上面，當(dāng)漏水進(jìn)入頂蓋 引水板與上冠引水板之間的間隙c時，由于轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)受離心力的作用，漏水被逸至頂蓋引 水板上，經(jīng)泄水孔排至尾水管。此型式的減壓效果與引水板面積、間隙E和的大小及泄水 孔的直徑d有關(guān)。一般認(rèn)為引水板和泄水孔面積越大，間隙 E和c越小，減壓效果越顯著。 泄水孔最好開成順?biāo)鞣较騼A斜2 3。 在圖5-4（b）型式中，頂蓋和尾水管內(nèi)有數(shù)條排水管相連， 使上冠上面的漏水一部分經(jīng) 排水管泄至尾水管，另一部分經(jīng)轉(zhuǎn)輪上的泄

46、水孔排入尾水管。自轉(zhuǎn)輪泄水孔排入尾水管的 漏水有的直接排至尾水管，見圖5-4（b）所示；有的經(jīng)泄水錐內(nèi)腔排入尾水管，見圖5-4 所示。經(jīng)轉(zhuǎn)輪上的泄水孔排入尾水管，使轉(zhuǎn)輪上面的壓力降低，從而減輕作用在轉(zhuǎn)輪上的 軸向力推力。但如圖5-4（b）所示的方式可能在泄水錐的過流表面上產(chǎn)生空蝕損壞和磨損。 而圖5-4 （c）所示的方式又有可能影響補氣的效果。 圖5-4減壓裝置圖 7、轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)型式 由于混流式水輪機的轉(zhuǎn)輪應(yīng)用水頭和尺寸大小不同，它們的構(gòu)造型式，制作材料及加 工方法均不同。 混流式轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)型式主要是指上冠，葉片和下環(huán)三部分的構(gòu)造型式，基本上分為整 鑄轉(zhuǎn)輪，鑄焊轉(zhuǎn)輪，組合轉(zhuǎn)輪三種。 （1）整鑄

47、轉(zhuǎn)輪 整鑄轉(zhuǎn)輪是指上冠，葉片和下環(huán)整體鑄造而成的轉(zhuǎn)輪，如圖5-5所示就是整體轉(zhuǎn)輪， 這種結(jié)構(gòu)在中小型機組中廣泛采用。低水頭的中小型混流式轉(zhuǎn)輪材料采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵 HT20- 4或球墨鑄鐵整鑄；高水頭的中小型轉(zhuǎn)輪和低水頭的大型轉(zhuǎn)輪，則采用ZG3整鑄。對高 水頭的水輪機轉(zhuǎn)輪，為提高其強度和抗空蝕損壞，耐泥沙磨損的性能，采用了不銹鋼材料。 有些采用普通碳鋼的轉(zhuǎn)輪，在其容易空蝕和磨損的過流部位，例如在葉片表面和下環(huán)內(nèi)側(cè)， 堆焊抗空蝕耐磨損的材料。 圖5-5整鑄轉(zhuǎn)輪圖 整鑄轉(zhuǎn)輪當(dāng)尺寸不大時，它的生產(chǎn)周期短，成本較低，且有足夠的強度，所以廣泛采 用。缺點是容易產(chǎn)生鑄造缺陷，鑄造質(zhì)量不易保證，尤其當(dāng)轉(zhuǎn)輪尺寸大時

48、，需要鑄造設(shè)備 的能力也大。 (2)鑄焊轉(zhuǎn)輪 在混流式轉(zhuǎn)輪制造中，目前廣泛采用焊接結(jié)構(gòu)。如圖5-6所示就是其中的一種結(jié)構(gòu)形 式。轉(zhuǎn)輪的上冠、葉片和下環(huán)三部分單獨鑄造后，經(jīng)過一定的生產(chǎn)工藝流程，焊接而成。 這 圖5-6鑄焊轉(zhuǎn)輪圖 1上冠；2葉片；3下環(huán)；4焊縫 種焊接結(jié)構(gòu)具有良好的技術(shù)經(jīng)濟效果，可對不同部位采用不同的鋼種，例如對上冠和 下環(huán)采用普通鑄鋼而葉片采用不銹鋼，這樣做既提供了轉(zhuǎn)輪的抗空蝕能力，又節(jié)省了鎳鉻 等金屬。 鑄焊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)輪，由于鑄件小，形狀較簡單，容易保證鑄造質(zhì)量，同時降低了對鑄造能 力的要求。但鑄焊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)輪焊接工作量大，對焊接工藝要求高，要確保每條焊縫的質(zhì)量， 避免和消除焊接溫度

49、應(yīng)力等。 大型混流式轉(zhuǎn)輪除采用手工焊外，還采用葉片與上冠電渣焊、下環(huán)與葉片手工焊的結(jié) 構(gòu)型式。目前已成功地制成了葉片與上冠、下環(huán)全部采用管極熔嘴全電渣焊的大型轉(zhuǎn)輪。 (3) 組合轉(zhuǎn)輪 當(dāng)轉(zhuǎn)輪直徑大于5.5m時，因受鐵路運輸?shù)南拗?，或因鑄造能力不足，必須把轉(zhuǎn)輪分 半制作，運到現(xiàn)場再組合成整體。 根據(jù)轉(zhuǎn)輪各部分的組合連接方式不同，也分幾種型式。我國主要采用上冠螺栓連接、 F環(huán)焊接結(jié)構(gòu)，在上冠連接處有軸向和徑向的定位銷，如圖5-7所示 圖5-7 組合轉(zhuǎn)輪圖 1 組合螺栓；2組合定位螺栓；3定位銷；4下部分剖面； 5上部分剖面；6臨時組合發(fā)蘭；7下環(huán)分瓣面 三、軸流式水輪機轉(zhuǎn)輪 軸流式水輪機也是反擊式

50、水輪機的一種，由于水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪和離開轉(zhuǎn)輪均是軸向的， 故稱為軸流式水輪機。軸流式水輪機的轉(zhuǎn)輪按照漿葉能否轉(zhuǎn)動分為定漿式和轉(zhuǎn)漿式兩種。 定漿式轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，適用于工況變化比較小的帶基本負(fù)荷的電站。軸流轉(zhuǎn)漿 式轉(zhuǎn)輪的葉片可以轉(zhuǎn)動，平均效率較混流式水輪機高，在負(fù)荷和水頭變化時，效率變化不 大。并且轉(zhuǎn)漿式水輪機穩(wěn)定性能好， 有較高的出力。圖5-8為軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機的結(jié)構(gòu)圖, 它的工作過程與混流式水輪機基本相同，水流經(jīng)壓力鋼管、蝸殼、座環(huán)、導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪和尾 圖5-8 軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機剖面圖 水管到下游。與混流式水輪機不同的是負(fù)荷變化時，它不但調(diào)節(jié)導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動，同時還調(diào)節(jié)轉(zhuǎn) 輪葉片，使其與導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動保持

51、某種協(xié)聯(lián)關(guān)系，以保持水輪機在高效率區(qū)運行。軸流轉(zhuǎn)將式 水輪機在我國應(yīng)用較普遍，發(fā)展很快，我國生產(chǎn)的軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機最大單機容量為17.5 萬KW，最大直徑11.3m,應(yīng)用最高水頭達(dá)78m。 軸流式水輪機轉(zhuǎn)輪位于轉(zhuǎn)輪室內(nèi)，其轉(zhuǎn)輪主要由轉(zhuǎn)輪體、葉片、泄水錐等部件組成。 軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(zhuǎn)輪還有一套葉片操作機構(gòu)和密封裝置。 轉(zhuǎn)輪體上部與主軸連接，下部連接泄水錐，在轉(zhuǎn)輪體的四周放置懸臂式葉片。在轉(zhuǎn)漿 式水輪機的轉(zhuǎn)輪體內(nèi)部裝有葉片轉(zhuǎn)動機構(gòu)，在葉片與轉(zhuǎn)輪體之間安裝著轉(zhuǎn)輪密封裝置，用 來止油和止水。 圖5-9 軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪 1-外油管；2-內(nèi)油管；3-溢油管；4-主軸法蘭連接螺栓；5-活塞；6-活塞

52、環(huán)；7-輪轂；8-泄水錐連接螺栓；9-放油閥；10-密封；11-葉片樞軸；12- 卡環(huán)；13-圓柱銷；14-轉(zhuǎn)臂；15-銷軸；16-連桿；17-鍵；18-操作架；19-分半卡環(huán)；20-端蓋；21-泄水錐；22-螺栓；23-導(dǎo)向鍵；24-圓銷 1、轉(zhuǎn)輪體 軸流式水輪機的轉(zhuǎn)輪體的主要作用是裝置轉(zhuǎn)輪葉片和布置轉(zhuǎn)槳操作機構(gòu)，轉(zhuǎn)輪體又稱 輪轂，根據(jù)外形，可分為圓柱形和球形兩種。圓柱形轉(zhuǎn)輪體制造簡單，因轉(zhuǎn)輪體與葉片之 間間隙隨轉(zhuǎn)角不同而改變，在中間位置時最大間隙可達(dá)幾十毫米，故漏水量大，影響水輪 機效率，已逐漸淘汰。球形轉(zhuǎn)輪體制造復(fù)雜，但因外形為球形，使其間隙在不同轉(zhuǎn)角下都 保持不大于25mm，故漏水量小

53、、水輪機效率高，有利于轉(zhuǎn)槳操作機構(gòu)的布置，應(yīng)用廣 泛。 2、葉片 是水流能量轉(zhuǎn)換的主要部件，呈空間扭曲狀，斷面為翼型，懸臂固定在轉(zhuǎn)輪體上，根 據(jù)工作水頭大小，軸流式水輪機的葉片數(shù)目一般為 38片。轉(zhuǎn)輪葉片由葉片本體和樞軸 兩部分組成。對于尺寸大的轉(zhuǎn)輪，通常把葉片本體和樞軸分開成兩部分， 這樣有利于鑄造、 加工和安裝檢修，也便于生產(chǎn)過程兩部分采用不同的材料和加工方法。 3、葉片操作機構(gòu) 葉片操作機構(gòu)安裝在轉(zhuǎn)輪體內(nèi)，它是由調(diào)速器來控制的，其作用是用來改變?nèi)~片的轉(zhuǎn) 角，使之與導(dǎo)葉開度相適應(yīng)，即協(xié)聯(lián)關(guān)系，從而保證水輪機效率在任一工況下變化不大 fl 圖5-10葉片操作機構(gòu)示意圖 1-葉片；2-葉片轉(zhuǎn)軸

54、；3、4-軸承；5-轉(zhuǎn)臂；6-連桿；7-操作 架；8-接力器活塞；9-操作軸 葉片操作機構(gòu)的型式很多，常見的有帶操作架和不帶操作架兩種操作機構(gòu)，帶操作架 的又有直連桿和斜連桿兩種形式。利用一個操作架同時轉(zhuǎn)動所有葉片的，稱為帶操作架操 作機構(gòu)。如圖5-10所示，帶操作架操作機構(gòu)由轉(zhuǎn)輪接力器、操作軸、操作架、連桿、轉(zhuǎn) 臂等組成，其工作過程是，當(dāng)壓力油進(jìn)入接力器活塞8的上腔時，便推動活塞下移，操作 軸9隨活塞一起下移，同時帶動操作架7向下運動，與操作架相連的各連桿6也向下移動， 連桿拉著轉(zhuǎn)臂5順時針轉(zhuǎn)動，由于轉(zhuǎn)臂和葉片轉(zhuǎn)軸 2固定在一起，所以轉(zhuǎn)軸2連帶葉片1 就順時針轉(zhuǎn)動，使葉片轉(zhuǎn)角加大。反之，當(dāng)壓

55、力油進(jìn)入接力器活塞8的下腔時，活塞向上 移動，葉片逆時針轉(zhuǎn)動，葉片轉(zhuǎn)角減小。 4、泄水錐 泄水錐的外形尺寸由模型試驗給定，中小型機組大多采用 ZG270-500鑄造；大型機組 則多采用鋼板焊接，根據(jù)結(jié)構(gòu)和制造的需要，還可把泄水錐分成二節(jié)。圖5-11所示為泄 水錐與轉(zhuǎn)輪體的連接結(jié)構(gòu)，在泄水錐體上部周圈開有槽口，用螺釘將泄水錐5與轉(zhuǎn)輪體1 聯(lián)接，螺釘頭應(yīng)和錐體點焊防松，裝配后槽口外壁用護(hù)板 4封焊。 1 圖5-11泄水錐連接結(jié)構(gòu)圖 1-轉(zhuǎn)輪體；2-螺釘；3-保險墊；4-護(hù)蓋；5-泄水錐 四、水輪機導(dǎo)水機構(gòu) 1、導(dǎo)水機構(gòu)的型式 反擊式水輪機導(dǎo)水機構(gòu)的作用是形成和改變進(jìn)入轉(zhuǎn)輪水流的環(huán)量，保證水輪機具有

56、良 好的水力特性，調(diào)節(jié)水輪機流量，改變機組出力，機組停機時，用于截斷水流。水輪機導(dǎo) 水機構(gòu)按其導(dǎo)葉軸線布置可分為三種型式。 (1) 圓柱式導(dǎo)水機構(gòu)。如5-12圖所示為導(dǎo)葉軸線布置在圓柱面的結(jié)構(gòu)示意圖。這種 結(jié)構(gòu)的導(dǎo)水機構(gòu)制造方便，能保證水輪機有足夠高的效率，因而獲得了廣泛采用。 (a)(b) 圖5-12圓柱式導(dǎo)水機構(gòu)示意圖 1-頂蓋；2-套筒；3-止推壓板；4-連接板；5-導(dǎo)葉臂；6-端蓋；7-調(diào)節(jié)螺釘；8-分半鍵； 9-剪斷銷；10-連桿；11-推拉桿；12-控制環(huán)；13-支座；14-底環(huán)；15-導(dǎo)葉 (2) 徑向式導(dǎo)水機構(gòu)。如圖5-13圖所示為導(dǎo)葉軸線與機組軸線垂直的徑向式導(dǎo)水機 構(gòu)示意圖

57、，這種導(dǎo)水機構(gòu)一般用于貫流式水輪機中 （3）圓錐式導(dǎo)水機構(gòu)。如圖5-14圖所示為導(dǎo)葉軸線與水輪機軸線成一錐角布置的圓 錐式導(dǎo)水機構(gòu)示意圖。由于導(dǎo)葉布置在圓錐面上，所以結(jié)構(gòu)和制造都比較復(fù)雜，一般應(yīng)用 于燈泡式或斜流式水輪機上。 圖5-14圓錐式導(dǎo)水機構(gòu)示意圖 1 1 1 、 1 1 * 1 1 r r J F 1 圖5-13徑向式導(dǎo)水機構(gòu)示意圖 =11 一 I 2、導(dǎo)水機構(gòu)的組成 目前在混流式和軸流式水輪機中，普遍采用圓柱式導(dǎo)水機構(gòu)，如圓柱式導(dǎo)水機構(gòu)示意 圖。它位于蝸殼座環(huán)內(nèi)圈，主要組成部分有頂蓋、底環(huán)、控制環(huán)、導(dǎo)葉、導(dǎo)葉套筒、導(dǎo)葉 傳動機構(gòu)（包括導(dǎo)葉臂、連桿、連接板）和接力器等部件組成。 導(dǎo)水

58、機構(gòu)的工作原理，如圖5-15所示。圖中示出兩個直缸式接力器的工作情況，圖 示所在位置是導(dǎo)葉正處于中間開度，當(dāng)接力器腔體內(nèi)接受調(diào)速器系統(tǒng)送來的壓力油后，便 可控制接力器的推拉桿，改變導(dǎo)葉的開度，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。 圖5-15 導(dǎo)水機構(gòu)工作原理圖 1-導(dǎo)葉；2-導(dǎo)葉臂；3-連桿；4-控制環(huán)；5-接力器 （1）導(dǎo)葉。導(dǎo)葉是導(dǎo)水機構(gòu)的主要組成部件，均勻分布于轉(zhuǎn)輪的外圍、底環(huán)和頂蓋 之間。導(dǎo)葉的斷面形狀為翼型，首端較厚，尾端較薄，這樣即可以保證強度又可以減少水力損失。導(dǎo)葉一般由導(dǎo)葉體和導(dǎo)葉軸組成，有三種結(jié)構(gòu)型式：第一種是整體鑄造，如圖 5-16(a)所示，為了減輕導(dǎo)葉重量，通常做成中空導(dǎo)葉，壁厚由強度

59、計算或鑄造工藝可行 性確定。第二種是鑄焊導(dǎo)葉，如圖5-16 (b)所示，導(dǎo)葉體和軸分別鑄，然后再焊接在一起。 第三種是焊接導(dǎo)葉，如圖5-16 (c)所示，導(dǎo)葉體都用鋼板壓制后，再焊接成型，最后與導(dǎo) 葉軸焊成整體。鑄造導(dǎo)葉材料一般采用ZG270-500或ZG20SiMn焊接導(dǎo)葉一般用鋼板制造, 對中、高水頭的電站，導(dǎo)葉可采用尾部鋪焊不銹鋼材料，提高抗空蝕能力。對于含泥沙量 較大的電站，還可在導(dǎo)葉頭部堆焊抗磨材料。 圖5-16導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)示意圖 (a)整鑄導(dǎo)葉；(b)鑄焊導(dǎo)葉；(c)焊接導(dǎo)葉 1-上軸頸；2-中軸頸；3-導(dǎo)葉體；4-下軸頸 導(dǎo)水機構(gòu)環(huán)形部件 導(dǎo)水機構(gòu)的環(huán)形部件有底環(huán)、控制環(huán)、頂蓋和支持

60、蓋，它們受力比較復(fù)雜，制造要求 比較高。下面分別介紹這些環(huán)形部件的作用和結(jié)構(gòu)特點。 (a)混流式水輪機底環(huán)；(b)軸流式水輪機底環(huán) 底環(huán)。是一個扁平的環(huán)形部件，位于導(dǎo)葉下萬，安裝在座環(huán)或基礎(chǔ)環(huán)上，它與頂蓋 或支持蓋形成流道，并用來安裝導(dǎo)葉下軸套。底環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖5-17所示。大多數(shù)底環(huán)都 采用ZG270-500鑄鋼鑄造，大型機組中因受運輸條件限制，可分為兩半或更多瓣組合。在 制造安裝時，要注意底環(huán)上的導(dǎo)葉軸孔應(yīng)與頂蓋上相應(yīng)的導(dǎo)葉軸孔同心，為此，中小型機 o fl A (b) o (a) JI 5； 組通常采 蓋與底環(huán)兩件上的導(dǎo)葉軸孔一起鏜削 (a)焊接結(jié)構(gòu)；(b)鑄造結(jié)構(gòu) 控制環(huán)。是傳遞接力器作