轴轮转浆式水轮机介绍(最详细最全)
各类型水轮机的型式和适用情况表
各类型水轮机的型式和适用情况表类型名称适用情况
反击式水轮机混流式应用普遍，性能稳定，效率较高（最高达94%），适用水头范围从十几米到六、七百米，单机容量从几个千瓦到几十个
千瓦，可适用于大、中、小型水电站
轴流式
轴流转浆式：适用于低水头（几米到几十米）、大流量，大、
中型水电站，单机容量最大可达二十多万千瓦，性能稳定，
高效率区宽广。
轴流定浆式：适用于低水头、大流量、中小型水电站，单机
容量从几个千瓦到数百千瓦，运行稳定性较差，低负荷运行
时效率低。
斜流式斜流式水轮机是一种新型机型，适用水头较广，最高达二百米，性能稳定，高效率区宽广，亦可适用于抽水蓄能电站。
贯流式过水能力大，水力损失较小，效率较高，结构紧凑，适用水头可达二十多米，单机容量从几个千瓦到几万千瓦，适用于
低水头电站和潮汐电站。
冲击
式水轮机水斗式
适用于高水头（最高达1760米）电站，单机容量从十多千
瓦到二十多万千瓦，性能稳定，效率较反击式水轮机低些，
但结构简单。
斜击式水头适用范围从二十多米到三百米，转轮结构较水斗式简单，制造容易，过水能力较水斗式大些。
龙口电站水轮机介绍及特点
龙口电站轴流式机组介绍水轮机是比较成熟的原动力，全世界从第一台水轮机问世至今，混流式、冲击式已经有一百多年，轴流转桨式也近一百年，斜流式、贯流式也有五六十年。
经过长时间的结构完善后，特别是近几十年的发展，各种机型的总体结构也趋于定型。
水轮机作为水电站的心脏，其运行的好坏决定着电站的经济效益。
水轮机的分类水轮发电机组是水电站的主要设备，水轮机是将水能转换成旋转的机械能，带动发电机发电。
按水流能量的转换方式来讲，水轮机可以分为两种：反击式和冲击式。
反击式：转轮位于水流流经的整个通道，在同一时间内所有的转轮叶片通道都有水流通过，经过叶片，流速大小和方向发生了变化，水流对转轮有一个反作用力，推动转轮旋转，利用这种反作用力推动转轮旋转的水轮机称之反击式机组（龙口和万家寨都属于此种）。
反击式水轮机主要利用了水流的势能和动能。
冲击式：当水流流经转轮的时候，不像反击式水轮机那样整个转轮位于水流通道中，只有部分转轮叶片充满了水，其余部分则处在大气之中，水流以射流形式冲击转轮。
主要是利用水流的动能推动转轮旋转。
成为冲击式机组。
多用于高水头水电厂。
冲击式水轮机主要利用的水流的动能。
反击式（混流式、轴流式、贯流式、斜流式）水轮机冲击式（水斗式、斜击式、双击式）混流式机组是最常见的最广泛的机组，其所以称之为混流式机组是因为水流在转轮中的流动过程是辐向进轴向出。
大型混流式机组适用于50-700m。
万家寨电站所有机组形式都是混流式机组，龙口5#为混流式机组1S1550-01机组布置图.dwg。
国内最大的混流式机组为三峡电站（700MW）。
轴流式水轮机水轮机总装图.pdf是目前应用比较广泛的一种水轮机。
适用水头为2-70m。
是一种低水头大流量水轮机。
它的水流方向为进出转轮叶片都是轴向的，轴向进，轴向出。
龙口1-4#为轴流式机组。
国内比较大的轴流式机组170MW葛洲坝电厂。
轴流式机组分为两种类型，分为轴流转浆式和轴流定桨式。
顾名思义，桨叶固定方式有所不同。
工作任务4轴流式水轮机转轮的认知
– Ⅱ为带操作架的结构
转轮接力器结构• 4Fra bibliotek叶片密封装置– （1）叶片密封装置的作用
– 在叶片与转轮体的接触处安装密封的目的是防止水 流进入转轮体内部和防止转轮体内部的油向外渗漏。 这是因为：
– A、转桨式水轮机在运行中需要转动叶片以适应不同 的工况，当叶片操作机构工作时，一些转动部件与 其支持面间需要进行润滑，因此在转轮体内是充满 了一定压力的压力油（重力+离心力）。B、转轮体 外是高压水流。
• 5、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。
• 2、叶片
– 根据工作水头的大小，轴流式水轮机叶片数 目为3～8片。
– 轴流式转轮叶片由叶片本体和枢轴两部分组 成。
– 对于尺寸小的水轮机，一般采用整体轴；但 当水轮机尺寸大时，分开成叶片本体和枢轴 两部分就比较有利。
– 但是分开式的结构对转轮体的强度有所削弱， 对于高水头的转轮可能就无法满足强度要求 了。
知识介绍
• 1、轴流式（转浆）水轮机的转轮组成 • 2、轴流式水轮机的操作油管和受油器
• 轴流式水轮机也是反击式水轮机的一种，由于水 流进入转轮和离开转轮均是轴向的，故称为轴流 式水轮机。
• 轴流式水轮机的转轮按照桨叶能否转动分为定桨 式和转桨式两种。
– 定桨式转轮结构简单，容易制造，适用于工况变化比 较小的带基本负荷的电站。
– 这种机构多数采用在叶片数为4～5的大型机组上。
1—螺帽； 2—套筒； 3—销； 4—连杆； 5—轴套； 6—限位板； 7—转臂
• （2）转轮接力器
– 转轮接力器的布置方式很多，通常把接力器布置在 转轮体的叶片中心线上部，也有把接力器布置在叶 片下部泄水锥的空腔内。
第二章水轮机
小、中、大型水轮机的分类
类型 小型 中型 大型
转轮直径D1（m） 混流式 轴流式
<1.0
2.25～ 1.0
>2.25
<1.2 3.0～1.2
>3.0
额定出力Pr （MW）
＜12
12≤Pr＜100 ≥100
备注
巨型
尚无确切定 义
三峡(9.8m,700MW)、水布垭、小湾、龙滩、向家坝、溪洛渡、锦屏二级 其他电站的标称直径和单机容量是多少？
第三节 反击式水轮机导水机构
作用：
形成与改变进入转轮 的水流速度环量，
引导水流按一定方向 进入转轮。
调节进入转轮的流量 ，调节出力并开停机
。
导水机构结构图
活动导叶及其操纵机构 ——液压操作
接力器 调速环
接力器
?接力器用于操作控制环的转动
接力器示意图
导叶的主要几何参数
导叶的开度
(1) 导叶开度a0：两导叶 之间的垂直距离，最大
第五节、水斗式水轮机构造 组成： 转轮、喷管、折流板、机壳、尾水槽
(1). 转轮
? 组成： 轮盘、斗叶（沿轮盘均匀分布）。 ?连接方式： 螺拴、整体铸造、焊接。
水斗的形状
(2). 喷管
组成： 喷嘴、喷管体、针阀、喷杆、操作机构 针阀：控制水轮机的过水流量，以行程表示。
多喷嘴安装
广泛应用的喷嘴
（按射流是否在转轮旋转平面内？）
水斗式: 由喷嘴出来的射流沿圆周切 线方向冲击转轮上的水斗作功。
也称：切击式，培尔顿式
目前，水斗式水轮机是冲击式水轮机中应用最广泛的一种机型
水斗式水轮机转轮
轮叶 轮盘
水轮机概述
第一节水轮机概述一、水轮机工作参数1、水轮机工作水头（1）水轮机槪念：水流付出的能量转换成旋转机械能的机器。
（2）水轮机工作水头：水轮机进口断面与出口断面水流单位能量之差。
公式H=Hst-Δh发电机水轮机ⅠⅠγZIⅡ∏ⅡⅡα1v122g1即：水轮机工作水头等于水电站净水头。
Hst---水电站毛水头，等于上下游水位差Δh----水头损失，引水管的沿程水力与局部水力损失（3）设计水头：水轮机发额定出力是的最小水头。
2、水轮机的功率和效率（1）水轮机的功率：单位时间内，水流对水轮机所做的功。
用N表示。
公式：N=9.81QHη其中：Q为水轮机流量η为水轮机效率，现在的水轮机效率可达90%以上，而模型效率可达95%。
（2）水轮机效率：水轮机把水轮机出力与水流出力之比，主要有三方面的效率损失：①容积效率：即一部分水量没有流经转轮做功，损失了。
如：主轴漏水，下迷宫环漏水等。
用ηq表示。
2②水流效率：转轮在旋转过程中，克服水的阻力所损失的功率，用ηd表示。
③机械效率：克服主轴与轴承之间的摩擦阻力所消耗的功率，用ηm表示。
则：水轮机的效率为η=ηq×ηd×ηm3、流量单位时间内流过转轮的水量，以Q表示，单位m³／s。
两种说法：①水轮机发额定出力时的最大流量②在设计´水头下，水轮机发额定出力时的流量。
4、水轮机的转速（1）定义：单位时间内水轮机旋转次数，以n表示。
n10´Hav公式n=──────D13其中：n10´为最优单元转速Hav 为加权平均水头，在某些情况下可取设计水头。
（2）水轮机额定转速按（1）式计算结果，取相近发电机同步转速为水´轮机额定转速，可大于计算结果。
同步转速按n=f×60／P计算。
其中f=50HZ，P为磁极对数。
（3）飞逸转速：水轮机发额定出力时，突然跳闸，而调速器又失灵，不能关／闭导水机构，以致转速快速上升，并达到某一最高值后稳定，这个空转的最高转速就是水轮机的飞逸转速。
轴流定桨式水轮机安装、使用、维护说明书
ZDXX-LM-160水轮机安装、使用、维护说明书目录一、概述 (2)二、基本数据 (2)三、结构说明………………………………………… 2～3四、安装说明………………………………………....3～5五、使用维护说明…………………………………….5～7六、运输说明 (7)七、标记说明 (7)八、常见故障及处理办法……………………………8～9１一、概述水轮机是将水能转换为机械能的水力原动机，它适用于中、小型电站，供发电之用，其出力的大小取决于工作的水头和流量。
型号说明：ZDXXX－LM－160型水轮机ZD－表示轴流定浆式xxxx－表示转轮型号L－表示主轴布置为立式M－表示明槽式160－表示转轮标称直径为160cm二、技术数据1、使用范围：型号 ZDxxx－LM－160适用水头HP（米） 2.5～6流量Q（米3/秒）4～20转速n（转/分） 150～500出力N（千瓦）100～1000旋转方向由上向下看为顺时针调速方式自动或手动传动方式法兰直联三、结构说明本水轮机为轴流定浆式，水自引水渠道、前池、拦污栅和启闭闸门进入水轮机室，经活动导叶引向转轮，在水力作用下，使转轮旋转，然后由主轴通过法兰与发电机直联传动，把机械能转变为电能，由转轮流出的水，经尾水管流入尾水渠道。
当负荷变化时，通过水轮机的导水机构来调节过流量，以保证机２组稳定在额定转速下运行。
导水机构的开闭，通过调速器完成。
1、转动部分转轮是水轮机的核心零件，通过它将水能转换为机械能，其结构采用铸钢组焊（或组装、整铸），叶片型线采用我国研制的性能先进的转轮模型换算而成，转轮体下部的泄水锥用螺钉紧固，为使过流表面光滑平整，泄水锥与转轮体联接后，凹陷处灌注环氧树脂或铅，并修磨平整光滑。
主轴采用法兰刚性联接，其上轴端是法兰与电机法兰端面配合，通过螺栓传递扭距；下轴端是法兰与转轮体端面联接，通过端面横销及紧固螺栓传递扭矩，主轴与橡胶瓦水导轴承配合。
1、导水机构导水机构的作用是将来自引水室的水流，以一定的速度和方向引入转轮，形成转动前所需的均匀能量，控制环在转轮室上端面可以转动，借助于连板销、连板、导叶销，调节导叶的开度，改变过流量，调节负荷的大小，同时当需要停机时，可关闭导水结构，封住水流。
02水轮机的基本类型、构造、特性参数及附属部件全
代号 GT GD CJ XJ SJ
23
四、水轮机的型号及标称直径
• 主轴布置形式和结构特征的代号
名称 立轴 卧轴 金属蜗壳 混凝土蜗壳 明槽式 有压明槽式
代号 L W J H M My
名称 罐式 全贯流式 灯泡式 竖井式 虹吸式 轴伸式
代号 G Q P S X Z
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四、水轮机的型号及标称直径
• 尾水管的型式
– 直锥形尾水管：结构简单，水力损失小，效率
高，但尾水管较长，适用于小型水电站
– 弯管直锥形尾水管：水力损失大，效率较低，
常用于小型卧轴混流式水轮机 – 弯肘形尾水管：适用于大中型立式机组水轮机
59
60
（二）冲击式水轮机主要过流部件
• 以水斗式水轮机为代表，冲击式水轮机的 主要过流部件有转轮、喷管、折向器、机 壳
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冲击式水轮机的类型
• 水斗式
– 特点是由喷泉嘴出来的射流沿圆周切线方向冲 击转轮上的水斗作功。
– 水斗式水轮机是冲击式水轮机中目前应用最广 泛的一种机型。
• 斜击式：射流中心线与转轮转动平面呈斜 射角度
• 双击式：水流穿过转轮两次作用到转轮叶 片上
– 斜击、双击水轮机构造简单，效率低，用于小
型电站
水轮机水头的加权平均值
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2.流量(m3/s)
• 单位时间内通过水轮机的水量
– Q随H、P的变化而变化，H、P一定时，Q也一 定，当H=Hr、P=P额时，Q为最大
– 在Hr、nr、Nr 运行时—— Qr
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3.转 速
• 水轮机单位时间内旋转的次数称为水轮机 的转数，用n表示，单位为r/min。
• 正常情况下机组的转速保持为固定转速， 该转速称为额定转速，并与发电机的同步 转速相等。
轴流式水轮机的结构
第二节 轴流式水轮机的结构一、概述轴流式水轮机与混流式水轮一样属于反击式水轮机，由于水流进入转轮和离开转轮均是轴向的，故称为轴流式水轮机。
轴流式水轮机又分为轴流定桨式和轴流转桨式两种。
轴流式水轮机用于开发较低水头，较大流量的水利资源。
它的比转速大于混流式水轮机，属于高比转速水轮机。
在低水头条件下，轴流式水轮机与混流式水轮机相比较具有较明显的优点，当它们使用水头和出力相同时，轴流式水轮机由于过流能力大（图2-15），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。
当两者具有相同的直径并使用在同一水头时，轴流式水轮机能发出更多的效率。
特别是轴流转桨式水轮机，由于转轮叶片和导叶随着工况的变化形成最优的协联关系，提高了水轮机的平均效率，扩大了运行范围，获得了稳定的运行特性，更是值得广泛使用的一种机型。
图2-15 轴流式水轮机1— 1— 1— 转轮接力器活塞；2—转轮体；3—转臂；4—叶片；5—叶片枢轴；6—转轮室图2-16所示是轴流转桨式水轮机的结构图。
它的工作过程和混流式水轮机基本相同。
水流经压力水管、蜗壳、座环、导叶、转轮、尾水管到下游。
与混流式水轮机所不同的是负荷变化时，它不但调节导叶转动，同时还调节转轮叶片，使其与导叶转动保持某种协联关系，以保持水轮机在高效区运行。
轴流式水轮机转轮位于转轮室内，轴流式水轮机转轮主要由转轮体、叶片、泄水锥等部件组成。
轴流转桨式水轮机转轮还有一套叶片操作机构和密封装置。
转轮体上部与主轴连接，下部连接泄水锥，在转轮体的四周放置悬臂式叶片。
在转桨式水轮机的转轮体内部装有叶片转动机构，在叶片与转轮体之间安装着转轮密封装置，用来止油和止水。
轴流式水轮机广泛应用于平原河流上的低水头电站，应用水头范围为3～55m ，目前最大应用水头不超过70m 。
限制轴流式水轮机最大应用水头的原因是空化和强度两方面的条件。
由于轴流式水轮机的过流能力大。
单位流量11Q 和单位转速11n 都比较大，转轮中水流的相对流速比相同直径的混流式转轮中的高，所以它具有较大的空化系数 。
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总体布置
下机架结构
转轮
轮毂小 桨叶数4、5、6、8个 桨叶外圆设有裙边 高效率 优良的抗汽蚀性能
转轮
减小桨叶变形 高强度桨叶轴套 缸动式桨叶操作机构 双向桨叶密封 桨叶VOD精炼
主轴
锻钢20SiMn整锻 轴转轮侧及发电机主轴侧均为法兰连接 如要求转轮互换，转轮侧可以采用摩擦传递扭矩方式
转轮室
分为上、中、下三段 流道表面采用马氏体不锈钢 流道表面全部精加工
里衬
尾水管锥管段
流道里衬范围
蜗壳导流段
尾水管中墩导流段
并可以根据用户要求增加
感谢！
2015 安装中
6
2015 安装中
引领世界先进技术
147台机组安全运行 超过60年的专业领域经验
HE 装机超过8000MW 最大尺寸转轮直径 10.4m(乐滩电站) 最高出力 235MW (水口电站) 最高水头 78m (石门电站)
乐滩电站
葛洲坝电站（大江、二江） 水口电站
水力开发
模型试验 国家重点试验室
转轮 直径 (m) 10.2
8.0
10.4 6.4 8.0 9.0 10.1
叶片数
5 6 5 5 5 5 4
投运 运行情况 时间
1982 1996 2005 2005 2006 2009 2015
良好 良好
良好 良好 良好 良好 安装中
国际大型轴流水电站
项目
尼伯温 西山 山图迪斯II 切姆良 上阿特巴拉 凯恩吉
水导轴承
带轴领的分块瓦式 冷却器内置或外置 边壁冷却
主轴密封
径向密封 弹簧径向块 盘根
轴向密封 浮环式
检修密封 精过滤器
导叶操作机构
活动导叶
导叶在正常运行范围内 具有自关闭趋势
直缸接力器 摇摆接力器
导叶操作机构
摩擦轴衬+剪断销联合作用 自润滑轴瓦 导叶轴颈采用U形密封
座环
整体座环，上环板整圈 支墩式座环 固定导叶 足够刚强度 蜗壳衬板 与蜗壳在制造厂制成整体
先进的设计手段
水力设计
CFD— 水力设计计算
模型试验 — 指导与修正
先进的设计手段
Ansys
刚强度分析
I-deas
轴系动态特性分析 三叶动态涡频分析
先进的设计手段
总体布置
推力轴承支架 直缸接力器 混凝土蜗壳 弯肘形尾水管
机坑里 顶衬 盖 轴承 密封
主轴
推力轴承 支架
支持盖
导叶
座环
蜗壳
转轮 转轮室
位置
额 苏丹 尼日利亚
3x86.5 2×55.4 2×115 1×52.5 4X80 3x120
转轮 直径 (m)
6.3
6.0 8.5 6.6 5.6 6.8
叶片数 投运 运行情况 时间
5
1984 良好
4
2007 良好
4
2011 良好
6
2011 良好
6
轴流转桨式水轮机
轴流转桨式水轮机
HE 56个水电站 147台轴流转桨式水
轮机
国内大型轴流水电站
项目
位置
葛洲坝 水口 乐滩 尼尔基 白云源 大化扩机 桐子林
湖北 福建 广西 黑龙江 浙江 广西 四川
额定容量 (MW)
13X129 7×204 4×153.1 5×63.8 1×61.55 1×122.4 4X150