项目二轴流式水轮机的基本结构
水轮机结构介绍
水轮机结构介绍水轮机是利用水能转换为机械能的一种装置，是发电厂中常用的主要发电设备之一、下面将对水轮机的结构进行详细介绍。
水轮机主要由机壳、转轮、导向装置、涡排装置、轴承和透水管道等组成。
1.机壳：水轮机的机壳是一个装置的外部保护壳，一般由钢板或钢铸件焊接而成。
机壳内有良好的润滑和密封装置，以保证机器的正常运转，并能减少机械损耗，并防止泄漏。
2.转轮：转轮是水轮机的核心部分，是水能转换为机械能的重要部分。
转轮的形状和组织结构根据不同的水轮机类型而有所不同，常见的有斜流式、混流式和轴流式等类型。
3.导向装置：导向装置起到引导水流进入转轮并调节进水流量的作用。
导向装置一般由多个可调节的导叶组成，导叶的位置和角度可以通过液压机构或机械装置进行调节，以实现对水流的控制。
4.涡排装置：涡排装置将已经转过水轮机的水流排出，将水流的动能转化为排出水流的动能。
一般情况下，涡排装置由锥壳、导管和涡轴组成，通过设计合理的导管形状和尺寸，使水流尽可能地获得动能转换。
5.轴承：轴承用于支撑和固定转轮和轴的位置，以减少旋转过程中的运动摩擦和机械损耗。
轴承在水轮机中至关重要，要求具有较高的承载能力和良好的摩擦性能。
6.透水管道：透水管道用于将调节好流量的水流引入水轮机的导叶中，以驱动转轮旋转。
透水管道的设计应保证水流顺利地进入和离开水轮机，并尽量减少水流中的压力损失和涡旋现象。
水轮机通过上述各部分的相互配合和工作，将水能转化为机械能，实现发电厂的发电功能。
在实际应用中，水轮机的转速和功率可根据工作需求进行调节和匹配，并通过自动控制系统来控制和监测水轮机的运行状态。
总之，水轮机是一种利用水能发电的设备，它通过机壳、转轮、导向装置、涡排装置、轴承和透水管道等部分的协同工作，将水能转化为有用的机械能。
水轮机的设计和运行状态对于发电厂的稳定运行至关重要，因此，在水轮机设计和制造过程中需要严格遵循相关的技术规范和要求，确保水轮机的性能和安全性。
水轮机结构与原理
水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。
早在公元前100年前后，中国就出现了水轮机的雏形——水轮，用于提灌和驱动粮食加工器械。
现代水轮机则大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。
在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。
作完功的水则通过尾水管道排向下游。
水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。
水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。
冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。
冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类。
斜击式水轮机的结构与水斗式水轮机基本相同，只是射流方向有一个倾角，只用于小型机组。
早期的冲击式水轮机的水流在冲击叶片时，动能损失很大，效率不高。
1889年，美国工程师佩尔顿发明了水斗式水轮机，它有流线型的收缩喷嘴，能把水流能量高效率地转变为高速射流的动能。
理论分析证明，当水斗节圆处的圆周速度约为射流速度的一半时，效率最高。
这种水轮机在负荷发生变化时，转轮的进水速度方向不变，加之这类水轮机都用于高水头电站，水头变化相对较小，速度变化不大，因而效率受负荷变化的影响较小，效率曲线比较平缓，最高效率超过91％。
20世纪80年代初，世界上单机功率最大的水斗式水轮机装于挪威的悉·西马电站，其单机容量为315兆瓦，水头885米，转速为300转／分，于1980年投入运行。
水头最高的水斗式水轮机装于奥地利的赖瑟克山电站，其单机功率为22.8兆瓦，转速750转/分，水头达1763.5米，1959年投入运行。
反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。
在混流式水轮机中，水流径向进入导水机构，轴向流出转轮；在轴流式水轮机中，水流径向进入导叶，轴向进入和流出转轮；在斜流式水轮机中，水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮，或以倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮；在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。
水轮机的结构和原理(+笔记)
水轮机水轮机+ 发电机：水轮发电机组功能：发电水泵+ 电动机：水泵抽水机组功能：输水水泵+ 水轮机：抽水蓄能机组。
功能：抽水蓄能水轮发电机组：水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站动力设备之一。
第一节水轮机的工作参数水轮发电机组装置原理图定义：反映水轮机工作状况特性值的一些参数，称水轮机的基本参数。
由水能出力公式：N=9.81ηQH可知，基本参数：工作水头H(m)、流量Q(m3/s)、出力N(kw)、效率η，工作力矩M、机组转速n。
一、水头(head)：作用于水轮机的单位水体所具有的能量，或单位重量的水体所具有的势能，更简单的说就是上下游的水位差，也叫落差。
142米1. 毛水头(nominal productive head)H M=E U-E D=Z U - Z D2. 反击式水轮机的工作水头毛水头 - 水头损失=净水头H G =E A - E B =H M - h I -A3. 冲击式水轮机的水头H G =Z U - Z Z - h I-A其中Z U 和Z Z 分别为上游和水轮机喷嘴处的水位。
4. 特征水头(characteristic head)表示水轮机的运行范围和运行工况的几个典型水头。
最大工作水头： H max =Z 正-Z 下min -h I-A最小工作水头： H min =Z 死-Z 下max -h I-A设计水头(计算水头) H r ：水轮机发额定出力时的最小水头。
平均水头： H av =Z 上av -Z 下av二、流量(m 3/s)(flow quantity)：单位时间内通过水轮机的水量Q 。
单机12.2m 3/sQ 随H 、N 的变化：H 、N 一定时， Q 也一定；当H =H r 、N =N 额时，Q 为最大。
在H r 、n r 、N r 运行时，所需流量Q 最大，称为设计流量Q r三、出力 (output and)：水轮机主轴输出的机械效率。
水轮机结构
水轮机结构一、简介（一）、简介水轮机是水电厂将水轮转换为机械能的重要设备。
1、按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。
反击型利用水流的压能和动能，冲击型利用水流动能。
2、反击式中又分为混流、轴流、斜流和贯流四种；3、冲击式中又分为水斗、斜击和双击式三种。
1）、混流式：水流从四周沿径向进入转轮，近似轴向流出应用水头范围：30m~700m特点：结构简单、运行稳定且效率高2）、轴流式水流在导叶与转轮之间由径向运动转变为轴向流动应用水头：3~80m特点：适用于中低水头，大流量水电站分类：轴流定桨、轴流转桨3）、冲击式转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已经转变为高速射流，冲击转轮叶片作功。
水头范围：300~1700m适用于高水头，小流量机组。
（二）、水轮机主要类型归类二、水轮机主要基本参数1、水轮机主要基本参数水头：Hg、H、Hmax、Hmin、Hr（设计水头）流量：Q转速:f=np/60出力：N=9.81QHη（Kw）效率：η2、水轮机型式代号混流式：HL斜流式：XL轴流转桨式：ZZ轴流定桨式：ZD冲击（水斗式）：CJ双击式：SJ斜击式：XJ贯流转桨式：GZ贯流定桨式：GD对于可逆式，在其代号后增加N3、混流式水轮机型号：HL100—LJ—210HL：代表混流式水轮机100：转轮型号（也称比转速）LJ：立式金属蜗壳210：转轮直径（210厘米）4、轴流式水轮机ZZ560—LH—1130ZZ：轴流转桨式水轮机560：转轮型号LH：立式混凝土蜗壳1130：表示转轮直径为1130厘米5、冲击式水轮机CJ47—W—170/2X15.0CJ：冲击式W：卧轴170：转轮直径170cm2：2个喷嘴15.0：射流直径三、水轮机主要部件（一）、组成引水部件、导水部件、工作部件、泄水部件1、引水部件组成：引水室（蜗壳）、座环作用：以较小的水力损失把水流均匀地、对称地引入导水部件，并在进入导叶前形成一定的环量。
学习情景二项目一混流式水轮机的基本结构[1]
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转轮基本上由4部分组成：
• 1.转轮上冠 • 2.转轮叶片 • 3.转轮下环 • 4.泻水锥
1．整铸转轮
• 整铸转轮是指上冠，叶片和下环整体铸造 而成的转轮，
• 如图5-10所示就是整体转轮，这种结构在 中小型机组中广泛采用。低水头的中小型 混流式转轮材料采用优质铸铁HT20～40或 球墨铸铁整铸；高水头的中小型转轮和低 水头的大型转轮，则采用ZG30整铸。对高 水头的水轮机转轮，为提高其强度和抗空 蚀损坏，耐泥沙磨损的性能，采用了不锈 钢材料。有些采用普通碳钢的转轮，在其 容易空蚀和磨损的过流部位，例如在叶片 表面和下环内侧，堆焊抗空蚀耐磨损的材 料。
混流式水轮机的转轮 混流式转轮图
• 转轮密封 ， 是安置在转轮上冠和下环上的密封环。水 轮机工作时，转轮前后的水流分别为高压流与低压流 ，转轮后常形成真空。因此，水轮机工作时有部分水 流经过转动与不转动部件之间的间隙无益地漏掉，从 而使水轮机效率降低。密封环就是为了减少流量漏损 而设置的。当水经过密封环空间时，受到突然扩大和 缩小的局部水力阻挡，产生水力损失，从而减小流速 ，使通过缝隙的流量减小。
水轮机剖面图（高程 单位：m，尺寸单位 ：mm） •1—固定导叶； •2—导叶；3—底环 ；4—顶盖；5—套筒 ；6—螺钉； •7—主轴法兰； •8—主轴；9—上冠 ；10—下环； •11—叶片； •12—转臂； •13—连杆； •14—控制环； •15—推拉杆； •16—接力器； •17—导轴承； •18—泄水锥； •19a , 19b—上，下迷 宫环；
轴流式水轮机的结构与特性
（１）水轮机的特性
1）轴流定桨式水轮机的特性
η
n11
η
a
Q
１、效率线窄长，负荷变化适应性差。 效率线窄长，负荷变化适应性差。 ２、等开度线为上升曲线，单位转速增大时流量增大。 等开度线为上升曲线，单位转速增大时流量增大。
Q 11
２）转桨式水轮机的特性
n11
η
η
90%
85%
ϕ = −5
0
ϕ = 00
nR
nR max
H
H min
Hr
H max
n
ϕ = +5
0
80%
Q 11
η
η
ϕ = −50
ϕ = 00
ϕ = +50
Q 11
２）转桨式水轮机的特性
特点：高效区宽；叶片与水头、导叶双协联
定桨、转桨比较
n11
等开度线 等叶片转角线
Q11
3）转桨式水轮机桨叶与导叶的协联 导叶开度增大时叶片角度增大
ao ↑⇒ ϕ ↑ ao ↓⇒ ϕ ↓
转桨式水轮机桨叶与水头的协联 水头增大时叶片角度增大
Tz = k π D2H (104 N) 或经验公式计算（经验系数） ２或经验公式计算（经验系数） 4 1 max
叶片数 Ｋ ４ 0.85 ５ 0.87 ６ 0.90 ７ 0.93 ８ 0.95
教材P206 教材 ３由单位轴向水推力曲线换算：教材P207 由单位轴向水推力曲线换算：教材
Tz = TZ 11 D12 H max ( N ) TZ 11 : 单位轴向水推力，查实 验曲线
H ↑⇒ ϕ ↑ H ↓⇒ ϕ ↓
4) 桨叶与导叶、水头的协联
等开度线 等叶片转角线
水轮机结构
水轮机结构一、简介（一）、简介水轮机是水电厂将水轮转换为机械能的重要设备。
1、按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。
反击型利用水流的压能和动能，冲击型利用水流动能。
2、反击式中又分为混流、轴流、斜流和贯流四种；3、冲击式中又分为水斗、斜击和双击式三种。
1）、混流式：水流从四周沿径向进入转轮，近似轴向流出应用水头范围：30m~700m特点：结构简单、运行稳定且效率高2）、轴流式水流在导叶与转轮之间由径向运动转变为轴向流动应用水头：3~80m特点：适用于中低水头，大流量水电站分类：轴流定桨、轴流转桨3）、冲击式转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已经转变为高速射流，冲击转轮叶片作功。
水头范围：300~1700m适用于高水头，小流量机组。
（二）、水轮机主要类型归类二、水轮机主要基本参数1、水轮机主要基本参数水头：Hg、H、Hmax、Hmin、Hr（设计水头）流量：Q转速:f=np/60出力：N=9.81QHη（Kw）效率：η2、水轮机型式代号混流式：HL斜流式：XL轴流转桨式：ZZ轴流定桨式：ZD冲击（水斗式）：CJ双击式：SJ斜击式：XJ贯流转桨式：GZ贯流定桨式：GD对于可逆式，在其代号后增加N3、混流式水轮机型号：HL100—LJ—210HL：代表混流式水轮机100：转轮型号（也称比转速）LJ：立式金属蜗壳210：转轮直径（210厘米）4、轴流式水轮机ZZ560—LH—1130ZZ：轴流转桨式水轮机560：转轮型号LH：立式混凝土蜗壳1130：表示转轮直径为1130厘米5、冲击式水轮机CJ47—W—170/2X15.0CJ：冲击式W：卧轴170：转轮直径170cm2：2个喷嘴15.0：射流直径三、水轮机主要部件（一）、组成引水部件、导水部件、工作部件、泄水部件1、引水部件组成：引水室（蜗壳）、座环作用：以较小的水力损失把水流均匀地、对称地引入导水部件，并在进入导叶前形成一定的环量。
02水轮机的基本类型、构造、特性参数及附属部件
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1.水 头
• （1）毛水头
– Hm=EA-EC=Z上-Z下
• （2）水轮机的工作水头– 毛水头源自水头损失=净水头(即水轮机的工作水头)
16
1.水 头
• （3）特征水头 ：表示水轮机的运行范围和运行工况。
即水流充满转轮室。
5
反击式水轮机类型
• 1.混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。
– 适用范围：H=30-700 m , 单机容量：几万kW几十万kW
– 适用于高水头小流量电站。
6
三峡水电站 水轮机转轮
7
反击式水轮机类型
• 2. 轴流式：水流沿转轮轴向流入，轴向流
出，水流方向始终平行于主轴。
– 轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。 – 轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转动，进
• 转轮型号为30，水斗式水轮机，卧轴，一根轴上两 个转轮，转轮直径为120cm,每个转轮两个喷嘴，设 计射流直径为10cm。
22
四、水轮机的型号及标称直径
• 水轮机型式的代号
水轮机型式 混流式 斜流式
轴流转桨式 轴流调桨式 轴流定桨式 贯流转桨式
代号 HL XL ZZ ZT ZD GZ
水轮机型式 贯流调桨式 贯流定桨式 水斗（冲击）式
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二、冲击式水轮机
• 定义：利用水流的动能来做功的水轮机为 冲击式水轮机。
• 特征： 由喷管和转轮组成。水流以自由水 流的形式(P=Pa)冲击转轮，利用水流动能 (V方向、大小改变)产生旋转力矩使转轮转 动。在同一时刻内，水流只冲击着转轮的 一部分，而不是全部
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2.叶片
为了适应水轮机过流量的增大，同时既
要保证水轮机具有良好的能量转换能量和 空化性能，又要保持叶片表面的平滑不产 生扭曲，轴流式转轮取消了混流式转轮的 上冠和下环，叶片数目相应减少，一般为 3~8片，叶片轴线位置变为水平，使得转轮 流道的过流断面面积增大，提高了轴流式 水轮机的单位流量和单位转速。
六、支承盖和顶盖
大型的轴流式水轮发电机组，顶盖合支持盖室分 开的。
支持盖通过法兰与顶盖连接，并支撑在顶盖上。 顶盖为箱型结构固定在座环上。机构的推力轴承
由固定在支持盖上的轴承支架来支撑。 水轮机导轴承支持在支持盖下部的引水锥内。 顶盖上装有控制环，导水机构传动部件等。
支持盖的下翼板为水轮机讨流通道表面的 一部分，应做成流线性，该过流表面有承 受转轮前水流压力的作用。
二、转轮
1.转轮体 轴流式水轮机的转轮体上装有全部叶片和操作机
构，在安放叶片处转轮体的外形有圆柱形和球形 两种。
大中型转桨式水轮机的转轮体多数采用球形，它 能使转轮体与叶片内缘之间的间隙在各种转角下 都保持不大于2~5mm，达到减少漏水损失的目标。
圆柱形转轮体其形状简单，同时水力条件和空蚀 性能均比球形转轮体好。
转轮室的上端与底环相连，下端与尾水管里村相 连。
转轮室的形状要求与转轮叶片的外缘相吻合，以 保证在任何叶片角度时叶片合转轮室之间都有最 小的间隙。
在水电站运行中，发现转轮室臂收到强烈的振动， 可能造成可卸段的破坏，有时整个可卸段被拉托。 因此转加强轮室的刚度合改善转轮室与混凝土的 结合，室应该重视的一个问题。
时，角度值分别是多少？
• 20.支持盖有何作用？顶盖有何作用？ • 21.水导轴承其什么作用？根据几种结构类型？熟悉每种类
型的轴承是如何工作的。
项目二
轴流式水轮机的基本 结构
一、概述
轴流式水轮机又分为轴流定桨式和轴流转桨式两种 水轮机用于开发较低水头，使用水头和出力相同时，轴流
式水轮机由于过流能力比混流式大，可以采用较小的转轮 直径和较高的转速，从而缩小了机组尺寸，降低了投资。 在相同水头下，轴流式水轮机转轮由于叶片数少，叶片单 位面积上所承受的压差较混流式的大，叶片正背面的平均 压差较混流式的大，所以它的空化性能较混流式的差。 水流经压力水管、蜗壳、座环、导叶、转轮、尾水管到下 游。 ZZ-LH-1130水轮机
轴流式转轮叶片由叶片本体和枢轴两部 分组成。
轴流式转轮的叶片 一方面承受其正背 面水压差所形成的 弯曲力矩，
另一方面பைடு நூலகம்受水流 作用的扭转力矩，
同时还要承受离心 力作用。
受力最大位置在叶 片根部，叶片的断 面是外缘薄，逐渐 增厚，根部断面最 厚。
叶片枢轴结构图
3.叶片操作机构和接力器
叶片操作机构构成：由接力器、活塞杆、 曲柄连杆机构等零件构成。
“ ”型转轮叶片密封图
四、泄水锥
泄水锥的外形尺寸 由模型试验确定。
中小型机组的泄水 锥大多采用ZG30 铸造。
如泄水锥与转轮体 的连结结构图。
泄水锥上部周围揩 油带筋的槽口，用 螺钉把合，除加保 险垫圈外，装配后 螺幅还应和椎体点 焊，防止机组在运 行中泄水锥脱落。
转轮室结构图
五、转轮室
安装在转轮体内 作用：用来变更叶片的转角，使其与导叶
开度相适应，从而保证水轮机运行在效率 较高的区域，叶片操作机构是由调速器进 行自动控制的，见叶片操作机构示意图。
目前应用比较普遍的型式有
带操作架传动的直连杆机构， 带操作架的斜连杆机构 不带操作架的直连杆机构。 目前普遍结构图。
三、叶片密封装置
转轮体内的有是具有一定压力的压力油， 在另一方面，转轮体外是高压水流，为了 防止水流进入转轮体内部和防止转轮体内 部的油向外渗漏，在叶片与转轮体的接触 处必须安装密封装置。
密封的型式很多，目前国内水轮机厂采用 较普遍的“ ”型转轮叶片密封结构。它 具有良好的密封性能、结构紧凑、制造和 装拆方便。
当推力轴承安置在支持盖上时，支持盖还 承受着
作用在转轮上的轴向水推力和转动部分重 量。
中小型轴流式水轮机常将顶盖和支持盖合 为一件，总称顶盖。
• 工作任务：
• HL式、ZL式、GL式、CJ式水轮机的解剖
• 题目：
• 14.ZL与HL比优点有哪些？ • 15.试分析：ZL水轮机Hmax为何不高？ • 16.何为ZL的轮毂比？ • 17.熟悉ZL水轮机转轮结构。 • 18.ZD转轮由哪几部分组成？ZZ转轮由哪几部分组成？ • 19.ZZ桨叶角度ϕ在设计工况、功率增大、功率减小三种工况