第六章-水轮机的导水机构.
水轮机习题及答案
H 18m n 107.1r min，假定水力效率 h 0.94 ，在 D 5m 圆柱面上，按无撞击进口 与法向出口条件计算转轮进、出口速度三角形参数，并绘出进、出口速度三角形。
第三章 水轮机的相似原理
（一）填空题
1．水轮机相似应符合的条件为
、
和
。
2．水轮机工况相似的判据是
和
分别相等。
3．水轮机的比转速越高，其空化系数越
机 Z0 24 ， D1 5.0m ，求原型水轮机在与模型水轮机相似工况时的导叶开度0 。
＊解题指导：应用原型水轮机开度换算公式。
第六章 轴流式水轮机
（一）单项选择题（20 分，没题 4 分）
1． 轴流式水轮机的过流能力比混流式大（ ）
A．大
B ．小
2．一般情况下轴流式水轮机的叶片数比混流式（ ）
（B）出口水流的绝对速度与圆周方向垂直
（二）填空题（20 分，每题 4 分）
1．水轮机转轮中的水流运动是
和
的合成。
2．水轮机轴面上所观察到的水流速度分量是
和
。
3．转轮中水流质点的绝对速度 v 可分解为
和
。
4．绘制转轮进口速度三角形需
、
和
三个参数。
5．绘制转轮进口速度三角形需
、
和
三个参数。
（三）简答题（30 分，每题 10 分）
机效率g 0.97，求水轮机的效率和机组的出力 Pg 。
2．某水轮机蜗壳进口压力表的读数为 650103 Pa ，压力表中心高程为 887m，压力 表所在钢管内径 D = 6.0m，电站下游水位为 884m，水轮机流量 Q = 290 m3/s，若水轮机 的效率 92% ，求水轮机的工作水头与出力。
水轮机工作原理
水流作用于叶片的力矩、水轮机基本方程式和效率
水轮机有效水头
H e H H
H H H 即，水轮机水力效率为水轮机有效水头与水轮机水头之比。 正确设计过流部件的流线形状和提高其表面质量及控制水轮机的运行 工况，可以提高水力效率。 h
水力效率
水流作用于叶片的力矩、水轮机基本方程式和效率
水轮机中的水流运动
⑶水流在进入导水机构前应具有一定的旋转环量（即具有一定的圆周 分速度），以保证在水轮机的主要工况下导叶处在不大的冲角下被绕流， 即水流进入导水机构时水力损失较小。
无撞击进口 相对速度 进口有撞击 （水力损失） 导叶骨线
漩涡消耗动能，加大水力损失 漩涡还可能引起空化，产生汽蚀
⑷有合理的断面尺寸及形状，以降低电站厂房投资及便于电站辅助设备 的布臵（如导水机构的接力器及传动机构的布臵）。
d q Vu 2 r2 Vu1r1 mV r u dt g Q Vu 2 r2 Vu1r1 g
水流作用于叶片的力矩、水轮机基本方程式和效率
上述的水流动量矩变化是由dt 时段内作用在水流上的外力对水轮机旋 转轴线的力矩引起的。下面三种外力并不产生这种力矩：
⑴ 重力：因重力的合力与轴线重合或相交；
随之发生改变，从而将能量传给转轮，并使转轮旋转。
计算出瞬时工况下水流作用在水轮机转轮叶片上的动态力矩，再利用 动量矩定理（单位时间内某物体对定轴的动量矩变化等于作用在该物体上
的全部外力对该轴的力矩和），就可获得水轮机的广义基本方程式。
M H Q H (Vu1H r1 Vu 2 H r2 )
水流作用于叶片的力矩、水轮机基本方程式和效率
1、水力损失和水力效率 当水流通过水轮机时，为克服各过流部件的水力阻力而引起的水头损
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。
水轮发电机导水机构接力器行程调整
水轮发电机导水机构接力器行程调整摘要：为了保证在实际工作状态下，尤其是全关位置时，抵消水力矩作用在导叶上的开启力矩，防止机组蠕动，有必要对接力器进行压紧行程调整。
关键词：水轮机；自开力矩；压紧行程1.关于水轮发电机组中接力器压紧行程的作用水轮发电机组的导水机构作用是通过调节其开度的大小，从面控制机组出力。
而导水机构的操作装置则是由接力力器进行调节的。
调整接力器的压紧行程，其作用主要有如下方面：i、使控制环等机械装置上保持残有载荷，用以抵抗导叶自开水力矩；ii、在导叶关闭时减少机组漏水量，防止机组蠕动；iii、在导叶关闭时用以弥补机械装置安装过程中造成一些的操作间隙。
[1]2.压紧行程调整前准备在所有导叶安装完成，并使导叶处于关闭位置，可用钢丝绳加导链捆绑导叶确保其相互接触，立面间隙符合设计要求。
在控制环小耳板与导叶臂连接后，为防止后期安装接力器与控制环大耳板时有移动，可在顶盖和控制环之间两个对称位置处焊接临时定位块。
在安装间对接力器进行解体，再次清扫，回装后，完成接力器行程检查和油压试验。
清扫干净接力器基础板。
以控制环实际安装高程确定接力器安装高程。
以顶盖X、Y线定位接力器安装轴线，在接力器基础板上划十字中心线，并打上样冲眼。
在接力器连接法兰上部、两侧面划十字中心线，并打上样冲眼。
准备好接力器调整所需吊具、测量工具、安装零部件。
3.接力器压紧行程调整步骤（1）中间加垫型（图1）先将接力器吊入机坑，放在临时支撑上，以实际的机组轴线为基准调整好接力器中心位置，调整接力器法兰与基础板距离为5~10mm，调整接力器安装水平度不大于0.05 mm/m。
在接力器基础板上划16等分点，实测接力器底部法兰与基础板之间的距离，以决定垫板加工斜度和倾斜位置。
按照理论厚度带实测斜度，现场加工垫板。
安装加工后的接力器基础垫板，把紧接力器与基础板间的连接螺栓，复测接力器活塞杆的水平，确保合格后，拆除接力器临时支撑。
将两个接力器内通入设计给定的预紧油压，使两个接力器活塞均达到关闭位置，即一侧的活塞与接力器缸盖贴紧，另一侧活塞与接力器缸底贴紧。
大型抽水蓄能机组水泵水轮机导水机构安装施工工法
大型抽水蓄能机组水泵水轮机导水机构安装施工工法大型抽水蓄能机组水泵水轮机导水机构安装施工工法一、前言：大型抽水蓄能机组水泵水轮机导水机构安装施工工法是指在大型抽水蓄能机组工程中，对水泵和水轮机的导水机构进行安装施工的一种方法。
本文将介绍该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及一个实际工程应用的案例。
二、工法特点：该工法具有以下几个特点：1. 结构简单：导水机构由导轮、导叶、导顺管等组成，结构简单，易于安装。
2. 施工效率高：采用模块化设计，可以提前制作好导水机构的各个组成部分，并在现场进行快速安装，大大提高施工效率。
3. 工艺技术先进：采用数控技术和三维建模技术，可以精确控制导水机构的尺寸和形状，保证施工质量。
4. 易于维护：导水机构采用模块化设计，可以单独更换导叶和导轮，方便后期维护和修理。
三、适应范围：该工法适用于大型抽水蓄能机组工程中安装水泵和水轮机的导水机构，适用于各种地质条件和水利工程项目。
四、工艺原理：该工法的工艺原理是根据水泵和水轮机的工作原理，通过导水机构将水引导到水泵或水轮机中进行工作。
导水机构的设计和安装施工需要根据实际工程要求进行，其中包括导轮和导叶的尺寸和形状、导顺管的布置等。
五、施工工艺：施工工艺包括以下几个阶段：1. 准备工作：包括施工方案的制定、机具设备的准备、施工现场的清理等。
2. 安装导轮和导叶：首先将导轮和导叶按照设计要求进行调整和组装，并使用吊车将其安装在预留位置上。
3. 安装导顺管：根据导水机构的布置方案，将导顺管进行焊接和安装，并与导轮和导叶进行连接。
4. 做防渗处理：在导水机构与混凝土结构之间进行防渗处理，确保水不会渗泄到混凝土结构中。
5. 进行调试：进行导水机构的调试工作，包括流量、压力等参数的测试，并进行必要的调整。
6. 完善细节：整理导水机构周围的设备和管线，确保施工质量。
六、劳动组织：施工工艺中需要进行劳动组织，确定各个施工人员的具体工作任务和工作时间，并保证施工进度和质量。
毕业设计(论文)—水轮机导水控制装置结构设计及加工工艺
兰州工业高等专科学校毕业设计（论文）题目水轮机导水控制装置结构设计及加工工艺系别机械工程系专业机械制造及自动化班级机制09-2班姓名寇文辉学号 200903103105指导教师（职称）马淑霞水轮机是当今社会水力发电必不可少的发电设备，然而它的控制系统对于不同的水轮机有着不同的控制类型，水轮机导水机构的控制的研究也是一大研究课题。
在本次设计中，主要研究水轮机导水系统的控制，此次用的事机械控制系统，有调速轴的转动，将力量传递给摇臂和连杆来控制水轮机的转动，来控制导叶的打开和关闭来实现水轮机的导水控制。
在本次设计中，不仅设计了水轮机导水控制系统，而且画了大量的零件图和装配图，以及几种零件的加工工艺过程。
通过这次的毕业设计为以后工作打下了结实基础。
关键词：水轮机；控制系统：导水控制Essential in today's society hydroelectric turbine power generation equipment, but its control system for different turbine types have different control, control of turbine guide apparatus of the research is a major research topic.In this design, the main research turbine guide water system control, the control system with mechanical things, there is the shaft rotation speed, the power delivered to the rocker arm and the connecting rod to control the rotation of the turbine, guide vane control the opening and closing to achieve control of the turbine's hydraulic conductivity.In this design, not only designed the turbine control system, hydraulic conductivity, and drew a large number of parts and assembly drawings, and several parts of the machining process. Through this work after graduation designed to lay a solid foundation.Key words：hydroelectric；control system；turbine's hydraulic conductivity目录1 水轮机的基础知识 (5)1.1水轮机的简介 (5)1.2水轮机导水机构作用及几何参数 (5)1.3水轮机的工作原理 (8)1.3.1发电机原理 (8)1.3.2水轮发电机基本工作原理 (8)1.4水轮机的分类 (10)1.5水轮机的主要参数 (12)2 水轮机导水机构方案设计及核算 (13)2.1水轮机导水控制部分的主要参数 (13)3 机械装配图的设计和绘制 (25)3.1机械装配图的设计概念 (25)3.2画正式装配图注意的事项 (25)3.3装配草图的设计和绘制 (28)3.4装配工作图的设计和总成设计 (31)3.5装配图的分析和说明 (32)4零件工作图的设计和绘制 (35)4.1零件工作图设计概述 (35)4.2 零件工作图设计概述 (36)4.3轴类零件工作图的设计和绘制 (37)4.4箱体(铸造)工作图的设计和绘制 (38)4.5 零件工作图设计概述 (40)4.6零件图的作用和分析 (41)5 零件的工艺规程 (47)5.1 工艺规程 (47)5.2机械加工工艺规程 (49)5.3 零件的机械加工工艺分析 (50)5.3.1机械加工工艺规程的制订原则 (50)5.3.2 制订机械加工工艺规程的内容和步骤 (50)5.4 轴类零件的加工工艺制订 (51)5.5 箱体类零件的加工工艺 (54)5.6拨动杆零件机械加工工艺规程 (57)5.7零件的加工工艺过程 (58)结论 (62)致谢 (63)参考文献 (64)1 水轮机的基础知识1．1 水轮机的简介：水轮机: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。
水轮机导水机构安装技术
水轮机导水机构安装技术水轮机导水机构是水轮机中起着至关重要作用的机构，它主要的功能就是将水从水渠中引导到水轮机叶轮上，以达到转动发电的目的。
对于现代化的水力发电站来说，水轮机导水机构的安装技术是一项至关重要的技术，它不仅关系到水力发电的效率和安全性，还涉及到环境保护和经济效益等多个方面。
下面就来具体介绍一下水轮机导水机构的安装技术。
1.水轮机导水机构的选型在水轮机导水机构的选型过程中，需要考虑的因素非常多，比如水流的流量、压力、速度、温度等等，还需要考虑水轮机的型号和功率。
因此，选型过程需要全面考虑各方面的因素，同时还需要与水轮机厂家和设计人员进行充分的沟通和协调，尽可能地达到最佳的选型方案。
2.导水管道的设计和制造导水管道是水轮机导水机构的核心组成部分之一，它负责将水从水渠中引导到水轮机叶轮上。
因此，导水管道的设计和制造对于整个水轮机的效率和安全性至关重要。
在导水管道的设计和制造过程中，需要考虑到管道的材质、内部涂层、厚度、连接方式、支撑结构等多方面因素，以确保其具备足够的流量和压力承受能力，同时还需要满足环保和安全要求。
3.导水机构的安装和调试导水机构的安装和调试过程中，需要按照设计图纸和相关规范进行操作，严格控制各个制造环节的质量，同时还需要进行合理的现场监管和现场安全控制。
在安装过程中，需要认真检查导水机构的各个部位是否符合要求，如管道的连接是否牢固、导水机构的支撑结构是否牢固等等。
在调试过程中，需要进行流量、压力、温度等参数的测试和调整，确保水轮机导水机构的性能和效率达到最佳状态。
4.运行和维护水轮机导水机构的运行和维护是水力发电站日常管理的重要环节。
在运行过程中，需要按照操作规程进行操作，注意监控各项参数，及时排除故障，确保水轮机的安全运行。
在维护过程中，需要进行定期检查和维护，检查导水机构的各个部位是否正常运行、维护管道的清洁和涂层的保护等等，以保证设备的可靠性和延长使用寿命。
综上所述，水轮机导水机构的安装技术是一项非常技术性、复杂性和系统性的工作，需要多方面专业人员的协同作业和精心策划。
水轮机典型零部件的制造工艺(导水机构(底环+顶盖+导叶轴孔)
六、加工中要注意的问题 1、防止加工过程中的变形； 、防止加工过程中的变形； 2、要用标准平面检查顶盖下平面的变形； 、要用标准平面检查顶盖下平面的变形； 3、注意异种材料的加工及抗磨板的加工。 、注意异种材料的加工及抗磨板的加工。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、顶盖与底环导叶轴孔的加工工艺
导叶轴孔的加工是顶盖与底环加工过程中的重要工 一般在顶盖与底环的平面及圆面精车之后进行。 序，一般在顶盖与底环的平面及圆面精车之后进行。其 加工的方法有： 加工的方法有： 1、划线同镗法 划线同镗法 这种方法适用于轴孔位置要求不高 位置要求不高， 这种方法适用于轴孔位置要求不高，而同轴度要求较 的情况。 高的情况。 1）、钻床上镗底环轴孔 ）、钻床上镗底环轴孔 ）、 要点：先划出顶盖上的导叶轴孔线， 要点：先划出顶盖上的导叶轴孔线，按孔线在镗床 上精镗出顶盖轴孔，然后将顶盖放在底环上， 上精镗出顶盖轴孔，然后将顶盖放在底环上，按X、Y 、 线和工艺定位止口定位，使顶盖和底环同心， 线和工艺定位止口定位，使顶盖和底环同心，以平面找 平后，再按顶盖轴孔找正，镗或扩铰底环轴孔。 平后，再按顶盖轴孔找正，镗或扩铰底环轴孔。 适用： 适用：小型机组的加工 2）、在镗床上同镗轴孔 ）、在镗床上同镗轴孔 ）、
2、划 、 1）、划工件 ）、划工件 十字中心线， ）、划工件X—Y十字中心线，引至四周，作标记； 十字中心线 引至四周，作标记； 2）、划各螺纹孔，光孔及导叶孔加工线。 ）、划各螺纹孔 ）、划各螺纹孔，光孔及导叶孔加工线。 3、钻 、 预钻各孔 4、钳 、 1）、清理各加工表面，去毛刺； ）、清理各加工表面 ）、清理各加工表面，去毛刺； 2）、将底环右端（底部）向下吊放于车床工作台上， 2）、将底环右端（底部）向下吊放于车床工作台上， ）、将底环右端 底部用千斤顶支撑，夹外圆，找正内孔及左端面。 底部用千斤顶支撑，夹外圆，找正内孔及左端面。 在底环左端面上均布几块等高块， 在底环左端面上均布几块等高块，厚度不大于 10mm，吊顶盖于底环工艺搭子止口内，注意保证 ，吊顶盖于底环工艺搭子止口内， 两工件上X－ 线对齐 找正顶盖与底环同心， 线对齐， 两工件上 －Y线对齐，找正顶盖与底环同心，同心 度控制在0.04mm范围内；（见下图） 范围内； 见下图） 度控制在 范围内 3）用6～8组工艺螺杆及搭压板将顶盖与底环把紧，复 组工艺螺杆及搭压板将顶盖与底环把紧， ） ～ 组工艺螺杆及搭压板将顶盖与底环把紧 查同心度； 查同心度； 4）焊牢顶盖、底环成一体。 ）焊牢顶盖、底环成一体。
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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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第二节 径向式导水机构的几何参数
3.导叶分布圆直径D0
导叶分布圆直径是水轮机很 重要的结构参数，其值的大 小对机组的体积和重量影响 很大，所以尺寸要尽可能缩 小。
。
D0 D1 1.30 ~ 1.13
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第二节 径向式导水机构的几何参数
4. 弦长 L、栅距 t和叶栅稠密度
按导水机构能紧密关闭的 原则，确定叶栅密度和翼 弦长度。 翼弦长度是指导叶两端点的直线长度。 栅距是指两相邻导叶轴线的距离，可近似 按弧长计算。 D0
t
z0
。
翼弦长度与栅距的比值称为叶栅稠密度。 L 1 .1 一般采用 t
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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 H h vu1r1 假定转轮进口速度矩等于导叶出 口速度距，则有
第二节 径向式导水机构的几何参数
1.导叶高度 b0
比速和应用水头的关系，还要考虑强度要求。 相对导叶高度
b0 0.1 ~ 0.5
2.导叶数目Z0
一般大型水轮机，为了使其有较高的效率，选取较多的导 叶数，对小型水轮机为简化结构，采用较少的导叶数。
D1 2.25m, z0 24
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相对开度：任一开度与径向开度的比值
a0 a0 z0 a0 a0 r D1
同型号的水轮机在相似工况下相对开度相等，据此 D1 z0 M 可进行换算，即： a0 a0 M D1M z0 最优开度：与最高效率相对应的水轮机开度。 a00 最大开度：设计水头下发出额定功率时的水轮机开度。 a0 max 最大可能开度：实际所能开大的最大开度。 max 1.05a0 max a0
第六章 水轮机导水机构
第一节 导水机构的分类 第二节 径向式导水机构的几何参数 第三节 导水机构的工作原理 第四节 导叶的类型及选择
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第一节 导水机构的分类
导水机构的结构都应满足下列基本要求： 1.导水机构过流部件的尺寸应与模型水轮机相应部件的尺寸保持 几何相似，过流部件的表面应光滑以减少水力损失； 2.导水机构的最大开度要可靠并应留有一定的裕量，以保证水 轮机有足够的过水能力； 3.导水机构应有安全保护装置，以防止导叶因硬物卡住而引起 主要传动零件破坏和尽快断流防止水轮机飞逸；
二、不同导叶翼型对环量的影响
环量的计算
2vu r
Q Q ctg ra ctg 进口环量 a 2vua ra 2 2b0ra b0 Q Q 出口环量 0 2vu 0r0 2 ctg 0 r0 ctg 0 2b0r0 b0
流经导叶后，环量的变化量 Q (ctg ctg 0 ) b0
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第二节 径向式导水机构的几何参数
6.导叶开度 a0
反映导叶安放位置的参数，其大 小为从一个导叶的出口边到相邻 导叶体的最短距离。
径向开度、相对开度、最大开度、 最大可能开度和最优开度。
径向开度
Dr a0 r z0
导叶位于径向位置 时尾部圆直径
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第二节 径向式导水机构的几何参数
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第四节 导叶的类型及选择
Q (ctg ctg 0 ) b0
负曲率
对称型
正曲率
0
0
环量增加
0
0
环量不变
0
Q H h vu1r1 vu 0 r0 vr 0ctg 0 r0 ctg 0 2b0
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g
第二节 径向式导水机构的几何参数
Q Hh ctg 0 2b0
2n 60 Qn b0tg 0 60Hh g
g
由此看出：在其它条件相同时， 导叶出口角越大，水轮机过流量 越大。
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第三节 导水机构的工作原理
导水机构的作用：
2
vu 2 g Hh vu1r1 vu 2r2
vm 2
v2
w2
其中
由转轮出口速度三角形，得到
vu 2 u2 wu 2
u2 r2
Q vu1r ctg 0 1 vu 0 r 0 vr 0ctg 0 r 0 2b0