水輪機完整版本

水輪機講義一、水輪機類型、基本參數(shù)

水輪機是一種將河流中蘊藏的水能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機械能的一種水力機械。水流流過水輪機時，通過主軸帶動發(fā)電機將旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)換成電能。水輪機與發(fā)電機聯(lián)接成的整體稱為水輪發(fā)電機組，它是水電站的主要設(shè)備之一。

水輪機包括引水部件（蝸殼、壓力鋼管）、導(dǎo)水部件（導(dǎo)水機構(gòu)）、工作部件（轉(zhuǎn)輪）和泄水部件（泄水錐、尾水管）四部分。2.水輪機的主要類型及適用水頭

3.水輪機的工作參數(shù)

水輪機的工作參數(shù)是表征水流通過水輪機時水流能量轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)輪機械能過程中的一些特性數(shù)據(jù)。水輪機的基本工作參數(shù)有工作水頭H、流量Q、比轉(zhuǎn)速ns、出力P和效率η。

工作水頭H

：

水輪機的工作水頭是水輪機的進(jìn)口和出口處單位重量水流的能量差值，單位為m。流量Q

：單位時間內(nèi)通過水輪機的水量，稱為水輪機的流量，單位是m3/s。比轉(zhuǎn)速ns

：水輪機轉(zhuǎn)輪單位時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)的次數(shù)，稱為水輪機比轉(zhuǎn)速，單位是r/min。出力P和效率η：水輪機出力指水輪機軸端輸出的功率，單位是kw。

因為水流流經(jīng)水輪機時有摩擦、漏水等損失，水輪機的輸入和輸出功率之比稱水輪機的效率。

出力P與效率η：P=9.81QHη4.水輪機的型號水輪機型號示例（以光照水輪機為例）：HLA855a-LJ-505表示：轉(zhuǎn)輪型號為A855a的混流式水輪機，立軸、金屬蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑為505cm.二、混流式水輪機的基本結(jié)構(gòu)

混流式水輪機是反擊式水輪機的一種，其應(yīng)用水頭范圍很廣，從20~700m水頭均可使用。其特點是水流徑向流入轉(zhuǎn)輪，軸向流出。現(xiàn)以我廠的混流式水輪機為例來介紹這種水輪機結(jié)構(gòu)。

HLA855a-LJ-505水輪機剖面圖

1.蝸殼

蝸殼是水輪機的引水部件，對于水頭大于40m的水輪機，由于強度需要，一般采用金屬蝸殼。我廠即采用鋼板焊接蝸殼。蝸殼包角：345°，進(jìn)口斷面直徑為6050mm。2.座環(huán)

座環(huán)是水輪機零部件安裝的基礎(chǔ)，也是

整個水輪發(fā)電機組的承重部件。機組的重量、作用在轉(zhuǎn)輪上軸向水推力以及廠房蝸殼以上的混凝土重力都通過它傳到廠房基礎(chǔ)上。同時，在水輪機主要零部件的裝配中，它又是一個主要的基準(zhǔn)件，是最早安裝的零件之一。座環(huán)的結(jié)構(gòu)是由上環(huán)、下環(huán)及若干個支柱組成，支柱也稱為固定導(dǎo)葉，它的流線型斷面可以減小過流的水力損失。我廠固定導(dǎo)葉為23片。3.基礎(chǔ)環(huán)

基礎(chǔ)環(huán)是混流式水輪機的基礎(chǔ)部件，埋設(shè)在混凝土中，它和座環(huán)以及尾水管進(jìn)口直錐段想連接，轉(zhuǎn)輪的下環(huán)在其內(nèi)轉(zhuǎn)動。基礎(chǔ)環(huán)下法蘭面也是裝拆水輪機時落放轉(zhuǎn)輪的基礎(chǔ)，它與轉(zhuǎn)輪下環(huán)底面之間有一定的間隙，作為安裝時放置斜楔，調(diào)整轉(zhuǎn)輪水平用。4.尾水管

我廠水輪機尾水管采用彎肘形尾水管，它是由進(jìn)口椎管、彎形吸管和出口擴散段組成，用鋼筋混凝土澆灌而成。

尾水管的功用主要有：

a.把轉(zhuǎn)輪出口的水流引向下游；

b.回收水流能量，使轉(zhuǎn)輪出口的水流動能以及高處下游水面的那一段位能得到利用。

5.轉(zhuǎn)輪

轉(zhuǎn)輪是水輪機將水流能量轉(zhuǎn)換為機械能的核心部件，是水輪機中最主要的過流部件，能量轉(zhuǎn)換就是在轉(zhuǎn)輪中進(jìn)行的。因此，轉(zhuǎn)輪的水力性能決定了整個機組的好壞。轉(zhuǎn)輪由上冠，下環(huán)和葉片組成。一般混流式水輪機有14~19個葉片。我廠轉(zhuǎn)輪為15個葉片。轉(zhuǎn)輪上冠與主軸的下法蘭連接。泄水錐與上冠連接，用于消除水流旋蝸。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)、葉片組成，上冠通常裝有減少漏水損失的止漏環(huán)，減少軸向水推力的減壓裝置，它的上法蘭面與主軸連接，下部接泄水錐。下環(huán)上也裝有止漏裝置。下圖是混流式轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)示意圖。混流式轉(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)6.主軸

主軸是連接水輪機轉(zhuǎn)輪和發(fā)電機的關(guān)鍵部件，用來傳遞水輪機轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩（功率），使發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，發(fā)出電能。同時承受軸向水推力和轉(zhuǎn)動部分的重量。

7.泄水錐

泄水錐的作用是引導(dǎo)經(jīng)葉片流道流出的水流迅速而順暢的向下渲泄，防止水流相互撞擊，以減少水力損失，提高水輪機效率。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，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。8.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，水輪機上一般裝有上、下兩道止漏環(huán)。上止漏環(huán)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)的固定部分一般裝在底環(huán)上，轉(zhuǎn)動部分裝在轉(zhuǎn)輪的下環(huán)上。目前廣泛采用的止漏環(huán)結(jié)構(gòu)型式有間隙式，迷宮式，梳齒式和階梯式四種，如下圖所示。止漏裝置型式(a)間隙式；(b)迷宮式；(c)梳齒式；(d)階梯式迷宮三、導(dǎo)水機構(gòu)導(dǎo)水機構(gòu)的作用：a.主要是形成和改變進(jìn)入轉(zhuǎn)輪水流的環(huán)量，保證水輪機具有良好的水力特性。b.調(diào)節(jié)流量，以改變機組出力。c.正常與事故停機時，封住水流，停止機組轉(zhuǎn)動。1.導(dǎo)水機構(gòu)

光照采用徑向式導(dǎo)水機構(gòu)。

2.導(dǎo)葉

光照的導(dǎo)葉采用對稱型導(dǎo)葉葉形。

導(dǎo)葉

導(dǎo)葉布置圖3.導(dǎo)葉接力器

采用兩個油壓操作同步雙向作用的直缸式接力器。

4.底環(huán)

底環(huán)的功能主要是安裝導(dǎo)葉的下軸承和形成流道的過流表面。

四、其他部件

1.

水導(dǎo)軸承

水輪機導(dǎo)軸承型式很多，立軸機組目前比較常用的有水潤滑的橡膠軸承、稀油潤滑筒式軸承和稀油潤滑油浸式分塊瓦軸承。我廠采用斜楔油侵式分塊瓦導(dǎo)軸承。軸承直徑1750mm，軸瓦數(shù)量為10塊，由軸承體、上下油盆、冷卻器、油箱蓋等組成。軸瓦在運行中最高瓦溫小于70°，最高油溫小于65°。2.主軸密封

主軸部分的密封裝置分兩種，一種是機組正常運行中，防止水輪機導(dǎo)軸承下部機組漏水的主軸密封。我廠在導(dǎo)軸承下方設(shè)置自補償型靜壓自調(diào)節(jié)式軸向密封作為工作密封，密封處的水壓力約為0.35MPa，所需的潤滑水取自機組技術(shù)供水系統(tǒng)。另一種是作機組停機檢修軸承和軸承下部主軸密封時防止尾水從頂蓋涌出的檢修密封。這種密封的結(jié)構(gòu)形式有空氣圍帶式、機械操作或抬機密封等多種，我廠采用空氣圍帶密封，由氣系統(tǒng)供給壓力為0.6～0.7MPa的壓縮空氣。3.補氣裝置

混流式水輪機運行時一般在40～70%額定出力時尾水管內(nèi)會出現(xiàn)渦帶，