贯流式水轮机的应用与技术发展(一)
灯泡贯流式水轮机
第一章灯泡贯流式水轮机的结构灯泡贯流式水轮机是贯流式水轮机的主要类型之一。
1919年初，美国工程师哈尔扎(Harza)首先提出其设计理念。
经过瑞士爱舍维斯公司(Escher Wyss)公司近20年的研究，于1936年研制成功，并开始生产。
该水轮机应用水头一般在25m以下，主要应用于潮汐电站，近年来逐渐应用到江河上的低水头电站。
贯流式水电站是开发低水头水力资源较好的方式。
它与中、高水头水电站和低水头立轴的轴流式水电站相比，具有如下显著的特点。
1．效率高、结构简单、施工方便贯流式水轮发电机组从进水到出水方向基本上轴向贯通，不拐弯，流道尺寸大而短，过流通道的水力损失少，效率高，结构简单，施工方便。
2．尺寸小贯流式水轮机有较大的比转速，所以在水头和功率相同的条件下，贯流式水轮机的直径要比转桨式水轮机的小10％左右。
3．土建投资少贯流式水电站的机组结构紧凑，与同一容量的轴流转桨式机组相比，其尺寸较小，可布置在坝体内，取消了复杂的引水系统，可以减少厂房的建筑面积，减少电站的开挖量和混凝土用量。
根据有关资料分析，土建费用可以节省20％～30％。
4．运行方式多贯流式水轮机适合作可逆式水轮机运行。
由于进出水流道没有急转弯，使水轮机发电和抽水均能获得较好的水力性能。
它可应用于潮汐电站，具有双向发电、双向抽水和双向泄排水等6种功能。
因此，很适合综合开发利用低水头水力资源。
5．见效快贯流式水电站一般比轴流式水电站建设周期短、投资小、收效快、淹没移民少；电站靠近城镇，有利于发挥地方兴建电站的积极性。
第一节贯流式水轮机的分类及简介贯流式水轮机组按总体布置方式的不同可分为以下几种：(1)全贯流式。
(2)灯泡贯流式。
(3)竖井贯流式。
(4)轴伸贯流式。
第1页(5)虹吸贯流式。
按运行工况不同可分为以下3种：(1)单向贯流式。
(2)双向贯流式。
(3)可逆贯流式。
一般习惯按总体布置方式的不同来分类，而很少按运行工况分类，所以本节按总体布置方式的不同分类，介绍贯流式机组的类型。
灯泡贯流式水电机组发展及技术特点
灯泡贯流式水电机组发展及技术特点摘要：经过20多年的发展，国内厂家（含中外合资公司）灯泡机组的设计制造能力与水平，有了很大的提高。
大型灯泡机组大多由国内厂家设计制造，仅引进了转轮水力设计与叶片。
这样，既提高了制造质量，又不增加太多的费用；同时，也缩短了建设工期，无疑是一条值得推广的机组采购模式。
关键词：灯泡贯流式；水电机组；发展；技术特点1灯泡贯流式水电机组概述贯流式水轮发电机组的特点，主要在于其引水部件、转轮以及排水部件等，都需要布置于同一条轴线上，水流平直通过，是一种适用于开发利用低水头、大流量水力资源的良好机型。
而贯流式机组又包括了各种不同的机型，其中以灯泡贯流式机组最为广泛使用，具有较强的适应性。
灯泡贯流式机组所采用的是水平布置，其水轮机并没有蜗壳，土建过程中的开挖量也相对较小。
而发电机装置则是设置于灯泡形壳体内，安置在水轮机流道中。
机组中采用直锥扩散形的尾水管，因此流道短且平直、对称，具有良好的水流特性，此外还具备转轮效率较高、过流量大、建设周期短、总体投资省等优势。
但是该机组也存在一定的缺点，比如单位电量耗水量大、油系统复杂、安装及大修难度大等。
2灯泡贯流式机组的技术特点2.1运行性能好、适用范围大。
由于良好的效率和水力特性，灯泡贯流式水轮发电机组在运行经济性和稳定性方面都远优于其它常规发电机组；同时，灯泡贯流式水轮发电机组可在4 m～2 5 m水头段可靠而高效的运行，使其相对其它形式的发电机组具有更为广阔的应用范围。
2.2锥形导水机构锥形导水机构的设计与制造技术通常具有较高要求，是灯泡贯流式机组设计制造的重要环节，其基本特点是：①该环节的内外导水环、导叶、控制环等，所采用的结构件的制作通常便于控制，外观好看，且工期较短；②设计导叶密合面时，其立面通常会采用刚性密封，并在密合面上加铺不锈钢；③采用偏心销对导叶立面间隙进行调整；④使用方键联接导叶与导叶臂；⑤通常采用弯曲连杆的方式来保护导叶；⑥使用数控立车来对内外导水环进行加工；⑦设计导水机构时，应当整体吊装的方式为优先。
全华水轮机厂的优势产品—贯流式水轮机的创新和发展
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贯流式水轮机
Particular attention should be given to possible cavitation erosion and scratches on the blades as well as leaks around the blade flange against the hub.
• A remote indication thermometer with two temperature sensors fower bearing pad • A level float for alarm on low oil level
Introduction
The Bulb turbine is a reaction turbine which is used for the lowest heads. It is characterized by having the essential turbine components as well as the generator inside a bulb, from which the name is developed. A main difference from the Kaplan turbine is moreover that the water flows with a mixed axial-radial direction into the guide vane cascade and not through a scroll casing. The guide vane spindles are inclined in relation to the turbine shaft. Contrary to other turbine types this results in a conical guide vane cascade.
水轮机技术的现状分析与发展趋势
水轮机技术的现状分析与发展趋势摘要：我国具有丰富的水力资源，为实现对其高效利用，即是通过水轮机进行开发，从而进一步提高资源利用效率。
而当前随着社会经济以及科学技术的发展，我国水电总装机容量已位列世界前茅，水轮机技术由此得到了较大的创新进步。
为在新时期下，有效、持续的推动水电行业健康发展，本文主要针对水轮机技术的现状进行分析，并展望未来发展趋势，以此提高水力资源的利用率，助力社会整体建设速度加快、合理运用水资源，实现可持续目标。
关键词：水轮机技术；现状；发展趋势前言水轮机的重要作用即是将水能顺利转化为机械能，在水资源开发领域内发挥了重要功能。
我国现阶段利用的水轮机大多以反击式为主，在科学技术持续创新进步的形式下，基于计算机与新数据统计方法的普及应用，促使水轮机的最高效率得到提升。
并且将流体动力学与计算机技术相结合，能够显著提升水轮机的可靠性和使用效率，在全面模拟计算和性能预估后，可最大限度的降低能量损失，为水资源开发提供良好的技术支撑。
1水轮机技术现状1.1 反击式水轮机我国目前对于水轮机技术的应用，以反击式水轮机为主。
一般可分为五种类型，分别是混流式、轴流式、贯流式等。
其中混流式水轮机通常是应用在水头30-700m的项目中，相比于其他类型混流式水轮机的运行效率与满负荷工况效率相对较高，而且空化系数较小、结构简单、运行可靠性强[1]。
由此混流式成为我国近几年应用范围最广泛、单机容量最高的水轮机。
比如当前我国已经设计并制造出直径超10m的大型混流式水轮机转轮及其配套设备，单机容量达800MW，并向1000MW容量方向开展研究。
轴流式水轮机是反击式水轮机的另一种类型，构成部分包括轮毂与桨叶，一般叶片数在4-6片，根据水头高低进行调整，最低使用3叶片，最多可使用8叶片。
在实际运用中轴流式水轮机也可分为两种形式，一是转桨式、二是定桨式，其中以前者应用居多，适用于3-80m水头。
现阶段轴流式水轮机技术的发展较为迅速，先有转轮直径达10.4m，单机出力达到150MW，推动轴流式水轮机的最高效率超过93%。
关于竖井贯流式水轮机组设计的研究
关于竖井贯流式水轮机组设计的研究摘要：随着时代的发展和科技的进步，人们对水力的利用率也越来越高，目前，水电站采用的竖井贯流式水轮机组有着广泛的应用。
竖井贯流式水轮机组有着非常多的优点，在利用水力方面有着很大的优势。
本文就其总体结构布置以及流道和水力设计方面作简要的探讨，希望对竖井贯流式水轮机组的推广和水力领域的进步做一点贡献。
关键词：竖井贯流式；水轮机组；总体结构布置1引言竖井贯流式水轮机在中小型贯流式机组应用得比较多，这是因为竖井贯流式机组可以把发电机或增速机构布置在竖井内，解决了灯泡式贯流机组将发电机布置在水下所碰到的困难问题，使机组的运行、维护、检修等带来较大的方便。
此外，由于结构比较简单，在制造上也没有什么特殊要求，将使机组的造价比较低廉。
但是，竖井贯流式机组由于竖井的几何尺寸比较大，而且把进水段的水流分开两部分，一直到竖井的后端才汇合成一股水流。
结果造成水流运动比较复杂，产生较大的水力损失。
为了改善流动状况，可以适当延长竖井的末端，使其形状变得比较狭长（图1），形成水流在竖井末端汇合时比较平顺，没有急烈的拐弯，有较好的流动边界条件，这对提高水轮机效率是有利的。
但带来了机组主轴长度需要加长，给制造和安装方面增加了一定困难。
竖井贯流式机组与灯泡贯流式机组比较，其结构型式上主要是竖井代替了灯泡贯流式机组的金属结构的灯泡体。
竖井是敞开的，便于发电机与增速器等部件吊装、维修。
发电机的冷却与常规机组一致。
竖井贯流式水轮机的水力性能与灯泡机相差无几，在选型时可依据灯泡贯流式转轮的模型综合特性曲线进行计算，但由于竖井机组进水段水流从竖井两个侧面或加上竖井底部进水，若进水流道设计合理，水轮机的效率选取降低0.5%即可。
与轴流式机组相比，其过流能力大约20%，而效率高3%—4%（尤其是大时，效率差值愈大）。
另外，竖井贯流式机组的设备造价很有优势。
带增速器的竖井机组比直联机组便宜25%，与立式轴流式相比，便宜5%—10%.图1为带行星齿轮增速器的竖井贯流式水轮发电机组图：图12机组总体布置水沿竖井的侧面或竖井的底部从入口管流到竖井的尾部，以进入水引导机构和流道室，并通过引流尾管排出去。
贯流式水轮发电机组安装技术分析
贯流式水轮发电机组安装技术分析摘要：经济在快速发展，社会在不断进步，综合国力显著加强，灯泡贯流式机组效率比较高，其加权平均效率比轴流转桨式机组高4％左右，相应的其年发电量可增加4％左右。
这是灯泡贯流式机组的最大优势，也是灯泡贯流式机组在国外得到快速发展的重要原因之一。
由于灯泡贯流式机组转轮桨叶与导叶协联关系好，机组结构刚度大，流道对称，因此灯泡贯流式机组具有运行稳定、机组振动与摆度值小、运行噪声小等特点。
关键词：贯流式水轮机；水轮发电机；安装引言水力资源属于可再生形式的能源，具有较高的开发利用价值，其中水轮机是其重要的开发设备，主要以水能对发电机组进行冲击，使其进行旋转劲儿对磁场进行切割而形成电量，将水能向电能进行转化。
水轮发电机组由于设计、制造及安装过程中的缺陷以及运行状态不佳、检修不当都将会导致机组振动加剧，严重威胁机组的安全运行，缩短机组的使用寿命，甚至威胁到厂房的的安全。
大型灯泡贯流式水轮发电机组（转轮直径为Φ5000mm以上的机组）的安装，对安装技术、安装质量均有很高要求。
为确保吊装安全和安装质量，根据安装工艺原理，自行研制了管形座安装设备，采用转轮体空中翻身、导水机构滑绳吊装、轴线二次调整、转子热插键等技术成功地实施于水电站的大型灯泡贯流式水轮发电机组安装。
1解决的关键技术问题1.1由于贯流式机组最大部件管形座为预埋件,如何解决在厂房桥机没有形成的情况下进行设备吊装的问题,是制约整个工程发电工期的关键;管形座的焊接如何防止变形是保证安装质量的关键环节。
1.2导水机构由于其具有外形型尺寸大、吊装质量大等特点,采用分半吊装或内外环分开安装无法控制导叶端面间隙和立面间隙,整体安装需考虑吊装的可行性。
1.3轴线调整为整台机组安装的关键技术,如何选择正确的轴线调整方法是机组安装的关键。
1.4转轮体由于尺寸大、重量重,组装成整体吊装需进行空中翻身和换绳,如何换绳问题是决定在安装间组装叶片还是在基坑组装叶片的关键。
灯泡贯流式水轮机
水轮机侧导轴承
球面导轴承
1-封油环；2-轴承盖； 3-发电机轴；4-反向推 力盘； 5-机座；6-镜板；7-推 力抽瓦； 8-抽承端罩；9-轴承座； 10-主轴；11-调节级栓； 12-连轴螺拴
双向推力轴承之一
1、9-轴承支承 架；2-内受油 回复管；3-轴 承辅助支架； 4-主轴；5-外 受油管；6-轴 承端盖； 7-甩油环；8轴瓦；10-测温 计；11-像皮圆
五、组合轴承
1-顶轴千斤顶；2发电机导轴瓦； 3-轴承支持环；4配合垫片； 5-发电机导轴承壳 体；6-反推力瓦； 7-护板；8-推力环； 9-正推力瓦； 10-推立轴承壳体； 11-抗重螺钉；12主轴
灯泡贯流式水轮机
一、贯流式水轮机的特点
贯流式水轮机道呈直线状，是一种卧轴水轮机，转轮形状 与轴流式相似，也有定桨和转桨之分，由于水流在流道内 基本上沿轴向运动不拐弯，因此较大的提高了机组的过水 能力和水力效率。 （1）从进水到出水方向轴向贯通形状简单，过流通道的水 力损失减小，施工方便，另外它效率较高，其尾水管恢复 功能可占总水头的40%以上。 （2）贯流式机组有较高的过流能力和比转速，所以在水头 与功率相同的条件下，贯流式的要比转桨式的直径小10% 左右。
二、贯流式水轮机的分类
灯泡贯流式水轮机
第二节 灯泡贯流式水轮机的基本结构
1-内管形壳；2-外管形壳；3-前锥体；4-人孔管；5-框架； 6-盖板；7-导水板；8-导流板；9-排水阀；10-转轮室； 11-吸出管；12-外配水环；13-内配水环；14-导水锥； 15-导叶外轴承；16-导叶内轴承；17-拐臂；18、19-连杆； 20-控制环；21-关闭重锤；22-转轮体；23-叶片；24-泄 水锥；25-轴承支持环；26-组合轴承；27-转轮侧导轴承； 28-叶片回复装置；29-受油器；30-发电机定子；31-转子； 32-冷却套；33-灯泡头；34-中间台板；35-人孔；36-梯 子；37-膨胀水箱；38-基础支撑；39-出人通道；40-导风 洞；41-扇形隔板；42-油箱；43-排水管
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贯流式水轮机的应用与技术发展(一)
摘要：水轮机是将水流机械能转换为固体机械能的水力原动机。
根据在水轮机内实现能量转换的水流能量形式及水流在水轮机转轮区域内的运动特征，贯流式水轮机属于轴流式水轮机一类。
而根据水轮机的结构和机组的布置形式，贯流式水轮机有全贯流式、半贯流式(灯泡贯流、轴伸贯流和竖井贯流)等形式的区别。
关键词：水轮机应用技术发展1贯流式水轮机的结构特点与技术经济优势
贯流式水轮机的流道形式和轴流式水轮机不同，为保证向导水机构均匀供水和形成必要的环量，保证导叶较平滑绕流，轴流式水轮机需设置蜗壳，其流道由蜗壳、导水机构和弯肘型尾水管组成。
贯流式水轮机没有蜗壳，流道由圆锥形导水机构和直锥扩散形或S型尾水管组成。
通常采用卧轴式布置，从流道进口到尾水管出口，水流沿轴向几乎呈直线流动，避免了水流拐弯形成的流速分布不均导致的水流损失和流态变坏，水流平顺，水力损失小，尾水管恢复性能好，水力效率高。
灯泡贯流机组的发电机装置在水轮机流道中的灯泡形壳体内，采用直锥扩散形尾水管，流道短而平直对称，水流特性好。
大型贯流机组几乎都是灯泡机组，中小型多采用轴伸式、竖井式等形式。
贯流式水轮机单位过流量大，转速高，水轮机效率高，且高效区宽，加权平均效率也较高，具有比轴流式水轮机更优良的能量特性。
其特征参数比转速ns、可达1000以上，比速系数可达3000以上。
与轴流式水轮机相比，在相同水头和相同单机容量时，其机组尺寸小，重量轻，材料消耗少，机组造价低。
贯流机组电站还可获得年发电量的增加。
贯流式水轮机的空化性能和运行稳定性也优于轴流式水轮机，其空化系数相对较小，机组可靠性高，运行故障率低，可用率高，检修时间缩短，检修周期延长。
对于低水头资源开发，贯流式水轮机的稳定运行范围宽，在极低水头时也能稳定运行(如超低水头1.5m以下)，是其他类型的水轮机不可比的。
如广东白垢电站，额定水头6.2m，最大水头10.0m，但在1.3m 水头时仍能稳定运行。
贯流式水轮发电机组结构紧凑，布置简洁，厂房土建工程量较小，可节省土建投资。
贯流机组设备运输和安装重量较轻，施工和设备安装方便，可缩短工期，实现提前发电。
根据国内外有关水电站的统计资料，采用灯泡贯流机组比相同容量轴流转桨机组，电站建设投资一般可节省10%～25%，年发电量可增加约3%～5%。
如我国广东白垢和广西马骝滩水电站，投资节省分别达22.6%和24%。
小型水电站采用轴伸贯流机组与立式轴流机组比较，也可节省建设投资约10%～20%。
由此可见，贯流式水轮机是开发低水头水能资源的一种最经济、适宜的水轮机形式，具有资源利用充分、投资节省的优势和电量增值、综合效益增值的效果。
2国内外贯流式水轮机的应用现状
贯流式水轮机自20世纪30年代问世以来，因其优良的技术经济特性和适用性而得到广泛应用和迅速发展，包括灯泡贯流发电机技术在内的贯流机组技术日益成熟，贯流式水电站的开发、设计、运行技术与经验日益丰富。
国外水头25m以下的水电开发，已出现取代轴流式水轮机的局面。
贯流机组技术在1960～1990的发展最为迅猛，这一时期投入运行的贯流机组，最大单机容量达65.8MW(灯泡贯流，日本只见)，最大水轮机转轮直径达8.2m(竖井贯流，美国墨累)，最高工作水头达22.45m(灯泡贯流，日本新乡第二)。
我国从20世纪60年代开始贯流式水轮机的研究和应用，到20世纪80年代，贯流机组技术及其应用取得突破性的进展，1983年引进设备的第一座大型灯泡贯流机组电站一湖南马迹塘水电站建成，1984年自主开发的广东白垢电站转轮直径5.5m，单机容量10MW灯泡贯流机组投运，标志着具备自行开发研制大型贯流机组设备的能力。
贯流式水轮机的应用研究和运行技术也获得了发展，积累了经验。
最近20年来，相继开发建成引进设备、技术合作或自行装备的大型灯泡贯流机组电站数十座，如凌津滩、王甫洲、尼那、洪江等。
其中洪江水电站最大工作水头27.3m，单机容量45MW，是目前世界上应用水头最高、国内单机容量
最大的灯泡贯流机组。
国内已运行的灯泡贯流式水轮机最大转轮直径已达7.5m。
目前规划或在建的贯流式水电站遍布全国各地，在建的广西长洲水电站装机15台，总装机容量达621.3MW。
在西北地区，20世纪80年代开始贯流式水电站的规划设计，并完成了柴家峡等电站的可行性研究。
在黄河干流上现已建成青海尼那电站，宁夏沙坡头电站即将竣工，甘肃柴家峡、青海直岗拉卡等电站在建。
尼那电站是我国海拔最高的大型灯泡贯流机组电站，沙坡头则是应用于高含沙水流的第一座大型灯泡贯流机组电站，各具特色，为贯流式水电站的开发提供了新的经验。
对于低水头小型水电站，轴伸贯流水轮机和竖井贯流水轮机具有与灯泡贯流水轮机相当的技术经济优势，国外20m以下的小水电开发，已逐步取代轴流机组。
据文献介绍，国外已运行的轴伸贯流式水轮机转轮直径达8.6m，单机容量达到31.5MW，最大使用水头达到38m。
我国轴伸贯流式水轮机的技术开发起步较晚，自行研制的GZ006、GZ007(5叶片)等转轮的性能达到或超过国际先进水平，但尚没有得到普遍的技术推广和形成相应的生产和市场规模。
国内已运行的轴伸贯流水轮机多采用定桨式转轮，最大转轮直径2.75m，单机容量3.5MW，最大使用水头22m。
而竖井贯流和全贯流机组技术开发程度较低，应用很少，与国外存在明显差距。