水轮机水导及导水机构教学文案
第三章 水轮机工作原理
容积效率
2.水力损失及水力效率
原因：
工作水头
(Q q)( H H ) H e h (Q q) H H
水力损失 有效水头
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水力效率
3.机械摩擦损失及机械效率
机械损失功率 原因： 输出功率
N e N m N m Ne Qe H e
1.进口速度三角形
转速
考察点直径 圆周速度： 轴面速度： 水轮机的 容积效率
u1
vm1
D1n
60 流量 Q v F1
过水断面 面积
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确定过水断面面积
F1 2 Rg lae
近似计算：
F1 k1 D12
与转轮型式 和结构有关
F1 D1b0
机械效率 机械效率 有效功率
4.水轮机总效率
总效率 容积效率
V h m
水力效率
水轮机的效率是衡量水轮机能量转换性能的综合指标。 它与水轮机型式、结构尺寸、加工工艺及运行工况等多 因素有关。
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第三节 水轮机进、出口速度三角形
一、混流式水轮机转轮的进、出口速度三角形
水 流 输入功率 水轮机 输出功率
N i N N
水轮机内总 的功率损失
水轮机内的能量损失可分为： 容积损失： 容积效率 水力损失： 水力效率 机械摩擦损失： 机械效率
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1.容积损失及容积效率
原因： 发生位置：
有效流量
总流量
Q q Qe V Q Q
漏水量
解： u1
v1,vu1,w1,β1 D1n 2 500
水轮机导水机构安装技术(新版)
水轮机导水机构安装技术(新版)Safety technology is guided by safety technology, based on personnel protection, and an orderly combined safety protection service guarantee system.( 安全技术)单位：_______________________部门：_______________________日期：_______________________本文档文字可以自由修改水轮机导水机构安装技术(新版)机坑清扫、测定和导水机构预装时，机坑内应搭设牢固的安全平台。
导叶安装时，作业人员应注意力集中，严禁站在固定导叶和活动导叶之间，防止挤伤。
吊装顶盖等大件前，组合面应清扫干净、磨平高点，吊至安装位置0.4m~0.5m处，再次检查清扫安装面，此时吊物应停稳，桥机司机和起重人员应坚守岗位。
导叶轴套、拐臂安装时，头、手严禁深入轴套、拐臂下方。
调整导叶端部间隙时，导叶处与水轮机室应有可靠的信号联系。
转轮四周应设置防护网，人员通道应规范畅通。
在蜗壳内工作时，应随身携带便携式照明设备。
导叶工作高度超过2m时，研磨立面间隙和安装导叶密封应在牢固的工作平台上进行。
水轮机室和蜗壳内，应设置通风设施。
在尾水管、蜗壳内进行环氧砂浆作业时，水轮机室和蜗壳内的其他工作应停止。
水轮机室和蜗壳内的通道应保持畅通，不得将吊物孔作为交通通道或排水通道。
采用电镀或刷镀对工件缺陷进行处理时，作业人员应做好安全防护。
采用金属喷涂法处理工件缺陷时，应做好防护防止高温灼伤。
²导叶进行动作试验的注意事项导叶进行动作试验前，应对水轮机室和座环导叶部位进行检查，并通告相关人员撤离，试验时应在水轮机室、蜗壳进人门处悬挂警示标志，并设专人监护，无关人员不得进入。
操作人员与水轮机室、蜗壳内检查人员应有可靠的信号联系，每次检查前应与检查人员联系确认。
水轮机及讲解
Pelton turbine
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各型水轮机适用不同水头范围对应不同转 轮形状
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1.3 水轮机的基本构造
• 反击式水轮机通常由四大部分组成
– 进水部件：蜗壳 和座环 – 导水部件：导叶及其传动机构 – 工作部件：转轮 – 泄水部件：尾水管
• 这四大部分对于不同类型的水轮机各不完 全相同，有着自身的特点
水力发电系统组成：水电站建筑物、水力 机械、电器设备
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水力发电过程能量转换：水能—机械能— —电能
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本课程的主要内容
• 水电站是水利枢纽的一个重要组成部分，是利 用水力资源发电的场所，是建筑物、水、机、 电的综合体。
– 进水及引水建筑物（进水口、引水隧洞、压力管 道）——
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1.5 水流在反击式水轮机中的运动
水流在转轮中的运动是三维复合运动
叶片表面：三维扭曲面 叶道：三维扭曲空间 转轮：绕主轴旋转 所以水流在反击式水轮机 转轮中的运动是一个复杂 的三维空间的复合运动
相对运动、牵连运动 和绝对运动
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分析水流在水轮机中的运动要作假定
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引水部件—蜗壳和座环
• 蜗壳（和座环）
– 蜗壳的作用主要是使水流以较小的水力损失均匀对 称地流入转轮；座环起加强蜗壳的刚度并传递上部 结构力的作用。
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引水部件—蜗壳和座环
• 蜗壳（和座环）
– 蜗壳的作用主要是使水流以较小的水力损失均匀对 称地流入转轮；座环起加强蜗壳的刚度并传递上部 结构力的作用。
水轮发电机组培训课件
制动系统
• 发电机采用机械制动的方式，在下机架支臂上均匀装设了 4只具有气复位功能的制动器，每个制动器上均安装了复 位信号发送装置，制动器也作为发电机转子顶起装置的一 部分。
集电环和碳刷 • 发电机最上端的集电环和碳刷，其作用是将静止
的励磁系统输出的电流送入旋转的转子线圈。
下风罩
• 下风罩安装在主轴法兰连接处，构成发电机的密闭仓，下 风罩也作为发电机的安装平台及水轮机吊车的支撑体。
• 检修密封在工作密封下方，采用空气压迫橡胶带式密封结构，当机组检修时，向空气 围带内充入0.5-0.7MPa压缩空气，橡胶围带膨胀而使围带的密封唇边与主轴贴紧起到 密封作用。正常运行中严禁将检修密封投入，否则会造成橡胶围带磨损损坏。
• 定子 • 转子 • 上机架 • 下机架 • 空气冷却系统 • 制动系统 • 集电环和刷架 • 检测保护系统 • 灭火系统 • 上盖板和下风罩 • 大轴等部分组成。
尾水管
• 尾水管结构：锥管、肘管。 • 尾水管作用：锥管主要为转轮室补气测压监视；肘管主要
作用是排水、补气测压监视。
导水机构
• 水轮机导水机构的作用，主要是形成和改变进入转轮水流 的环量，采用转动式的性能良好的多导叶控制，保证水流 以很小的能量损失，在不同的流量下沿圆周均匀进入转轮。
主轴
• 水导轴承为自循环稀油润滑筒式轴承，外循环冷却，采用巴氏合金轴 瓦，具有自润滑循环方式，运行中透平油因离心力从转动油盆自下沿 轴瓦上约45°的螺旋导油槽进入上油盆，其间对轴瓦进行润滑、冷却， 透平油在上油盆内进行冷却，冷却后因自重又回到转动油盆中，如此 往复不止从而起到润滑和冷却的效果。
轴承密封
• 主轴密封分工作密封和检修密封两种。
• 工作密封采用活塞式橡胶平板接触密封，由转环、密封座、橡胶密封环等组成，工作 时，通过技术供水将橡胶密封环顶起，与转环直接接触，达到密封的效果。橡胶密封 环通过泄漏水进行润滑、冷却，磨损后可自动调整复位，上密封座上有压力水进口和 排沙口，密封效果较好。
水轮机相关知识培训
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2.3. 泥沙磨损破坏的因素： ①.磨损物质的成分、颗粒大小、硬质、形状等。 ②.受磨材料的特性：指水轮机过流部件金属材料的内部组织及成分、粗糙 度、表面尺寸、硬度等。 ③.水流的一些特性：水流含泥沙的浓度、水流速度大小及方向等。 ④.运行方式的影响。当在非设计工况下运行时，会引起气蚀和磨损对机件 的联合作用，其表现为： a.气蚀和磨损联合作用时间在材料的汽蚀潜伏期内，这时材料破坏仅与水 流速度、泥沙含量及沙粒特性有关，即主要为磨损。
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下环：下环将转轮的叶片练成整体，以增加转轮的强度和刚度，并与上冠一起形 成过流通道。 泄水锥：泄水锥作用是引导经叶片流道出来的水流迅速而又顺利地向下渲泄，防 止水流相互撞击，以减少水力损失，提高水轮机的效率。 止漏环：作用是减少转轮上下转动间隙的漏水量。 减压装置：作用是减少作用在转轮上冠上的轴向水推力，以减轻推力轴承的负荷。
气蚀对过流表面产生的破坏作用
主要有以下三种： ①.机械破坏作用：大量气泡连续不断地产生与溃灭，水流质点反复冲 击，使过流通道的金属表面晶粒脱落，遭到严重破坏，称为机械破坏，又称 疲劳剥蚀。 ②.化学破坏作用：气泡被压缩，体积缩小，气泡破坏时水流质点相互 撞击，引起局部温度升高（可达到300℃），气泡的氧原子与金属发生化学 反应，造成腐蚀；同时由于局部温度升高，引起金属材料氧化。 ③.电化破坏作用：在发生气蚀过程，气泡溃灭时引起局部温度升高， 冷热端之间形成热电偶，冷热端间存在着电位差，在材料中有电流产生，引 起热电效应，对金属表面产生电解作用，形成电化学腐蚀。金属表面因电解 作用而发暗边毛糙，加速了机械作用的破坏。
子的转速n （r/min） 则感应电势每秒交变 频率为 f=pn/60 （Hz），又得： pn/60 次，即电势的 （r/min）
第六章 水轮机的导水机构
按弧长计算。
t
D0 。
z0
翼弦长度与栅距的比值称为叶栅稠密度。
一般采用
L t
1.1
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第二节 径向式导水机构的几何参数
5.导 叶 出 口 角0
导叶出口边处骨线与圆周方向的 夹角称为导叶出口角。它是决定 水轮机过流量的一个重要参数。
假定出口为法向时，基本方程式
变为
g
Hh
第四节 导叶的类型及选择
Q b0
(ctg
ctg0 )
负曲率
0
0
环量增加
对称型
0
0
环量不变
正曲率
0
0
环量减少
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第四节 导叶的类型及选择
三、导叶翼型的选择
选择导叶时，除了考虑其它要求外，主要应满足 转轮进口环量要求。
转轮进口环量大小取决于水头，因此主要根据水 头选择导叶翼型，同时考虑蜗壳的型式。
低比速混流式水轮机(H>150m):
负曲率
中高比速混流式水轮机(H=40~150m) 正曲率
低比速轴流式水轮机(H=40~60m) :
高比速轴流式水轮机(H<40m):
对称型
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本章主要内容
导水机构的类型 导水机构的主要参数（导叶高度、导叶出口
ctg2
可见在水轮机转速和水头不变的情况下，流量的调 节可通过改变三个量来达到：导叶高度，导叶出口 角，以及转轮叶片出口角。（调节流量的方法）
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第四节 导叶的类型及选择
一、导叶翼型的类型
0
第六章-水轮机的导水机构.
Q wu 2 vm 2ctg2 ctg2 F2
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第三节 导水机构的工作原理
代入基本方程式，则有
g
Hh
Q Q ctg 0 r22 ctg 2r2 2b0 A2
整理上式即得到流量调节方程
Q r2 Hh 1 r2 ctg 0 ctg 2 2b0 A2
4.应便于安装和检修，特别是调正导叶端面和立面间隙时操作 要简便； 5.在停机时应有良好的封水性能； 6.导叶传动机构应灵活，各个零部件之间的磨擦应有良好的润 滑，结构要简单。
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第一节 导水机构的分类
理想的调节机构是工况变化时，仅仅只改变流 量而水头损失极小。
调节水轮机的过流能力，可以通过不同的途径实现： 1.微小型和较小型的水轮机，可以用一个装在进水管的 阀，或转轮前的筒形阀来调节通过水轮机的流量。
可见在水轮机转速和水头不变的情况下，流量的调 节可通过改变三个量来达到：导叶高度，导叶出口 角，以及转轮叶片出口角。（调节流量的方法）
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第四节 导叶的类型及选择
一、导叶翼型的类型
0
负曲率
0
对称型
0
正曲率
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第四节 导叶的类型及选择
2.在水轮机转轮前布置多个导叶,它们在调节时作同步
的绕自身轴线转动，有如百叶窗一样，只改变水流过 水断面面积，水流流径该通道，水头损失很小。
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第一节 导水机构的分类
圆柱式导水机构 圆锥式导水机构 径向式导水机构 斜向式导水机构 轴向式导水机构
圆盘式导水机构
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2-4 水轮机导水部件的作用原理
p2 g
2 c2 Z 2 ）和动能（ ）白白浪费掉 2g
• 5—5断面至自由表面的损失为
5 c5 2
2g
Z5 (Z0 Z5 )
2 5c5
2g
h50 Z 0
2 2 2 c2 pa 5 c5 p2 • 则 Z2 h 2 5 g g 2g
当喷管出口的环境压力（背压）降低时，出 口速度将随之增加，但这个增加是有限度的， 当出口速度达到当地音速时，速度达到极大值。
当达到音速时的背压称为临界压力。
p 临界压力比 cr cr p0
绝热指数的函数
1 p1 2 v1 v0 ( ) p1 ( ) p0 2 1 1 喷管的质量流量 q Ac p0 p1 1 2 p0 p1 2 m q A ( ) ( ) c m 1 0 v1 1 v0 p0 p0 v02
§2-4 水轮机导水部分的作用原理
一、 导叶的工作原理 • 当水轮机轴端负荷发生改变时， n 随即改变，要求流量变，以使 水轮机的功率与负荷平衡，而在许可的时间内使 n回到原来的位 置。 Q Q c r c r c ctg r ctg r ctg • 转轮进口的速度矩： 2 r b 2 b • • b0 —导叶高度， 0 —导叶出流角 • 转轮出口的速度矩：
T T 0 u1 1 u0 0 m0 0 0 0 0 0 0 0 0
0
• • •
cu 2 r2 u2 r2 cm 2 ctg 2 r2 r22
QT ctg 2 r2 A2T
A2T ——水轮机转轮出口过流面积 —转轮出口半径 r2
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水轮机水导及导水机
构
水轮机水导及导水机构 --------------------------- 右江
编号： 32时间： 2003-12-29 16:55:38
机械跟班实习（3）
水轮机水导及导水机构
一、水轮机导轴承
二、主轴密封
三、检修密封
四、顶盖
五、活动导叶接力器
六、蜗壳
七、座环
八、活动导叶
一、水导轴承
• 水导轴承的作用
• 一是承受机组在各种工况下运行时通过主轴传过来的径向力
• 二是维持已调好的轴线位置
• 本机组导轴承是筒式自润滑，油外循环冷却方式。
• 水导轴承由轴瓦、支座、旋转油箱及箱盖等组成。
• 轴瓦分四瓣，在其表面上铸上巴氏合金。
• 旋转油箱则固定到水轮机轴下法兰上，旋转油箱分四瓣，油箱盖同时也是主轴密封抗磨环的基面，所以制造安装时，一定要确保表面的水平度。
• 水轮机工况时，油是先冷却后润滑瓦面，再回到油箱里的；水泵工况，油是先润滑瓦面，然后在循环至冷却器进行冷却，再回到油箱的。
二、主轴密封
• 主轴密封位于水导轴承上面，主轴密封的形式是采用平衡式流体静压经向双端面机械密封。
• 主轴密封的炭精环
三、检修密封
• 检修密封是当机组检修、检查或由于主轴密封损坏时投入的一种密封，又称空气围带；
• 检修密封：当投入时压缩空气进入空气围带，使空气围带的凸出部位抱紧水导旋转油盆与之配合的加工面或大轴法兰，切断尾水以防水淹水车室。
四、顶盖
• 顶盖主要作用有：
• 形成流道并承受相应的流体压力
• 固定和支撑活动导叶及其连杆机构
• 支撑水导轴承
• 支撑并组成机组的密封，包括主轴密封、检修密封、上迷宫环等
五、活动导叶接力器
• 广蓄一期导水机构采用双接力器操作。
• 接力器由活塞缸、前后端盖、活塞、活塞杆以及相应的密封，锁定系统组成。
• 左手边（面向上游）的接力器有 2 个对称的液压自动锁定装置。
液压锁定
• 导水叶在关闭时投入，可使导水叶有预紧力，减小导叶的漏水量。
• 液压自动锁定装置行程为 68cm ，额定工作压力为 64bar ，试验压力为96bar 。
机械锁定
• 右手边（面向上游）的接力器有 2 个对称的手动锁定装置。
• 在导叶全开时投入，以避免在导水机构内部进行检查或检修时关闭导水叶而造成事故。
• 手动锁定装置的行程为 50cm 。
六、蜗壳
• 在机组作水轮机运行时
• 蜗壳在座环圆周方向提供均匀的流速不变的压力水流进入转轮
• 在机组作为水泵抽水时• 蜗壳收集转轮所泵出的水流并将水流的动能转换成压能输入引水钢管
七、座环
• 座环的作用
• 是承受整个机组及其上部混凝土的重量以及水泵水轮机的轴向水推力• 以最小的水力损失将水流引入导水机构
八、活动导叶
• 导叶安放在转轮与座环之间上下由顶盖和底环上的轴套固定
• 通过接力器和连杆机构来操纵导叶的开关。