水轮机的基本组成结构

水 轮 机 一、水轮机的基本参数 1) 工作水头（H）:水轮机的工作水头就是指水轮机的进、出口单位能量差，也就是上游水位与下游水位之差，用H表示，其单位为m。其大小表示水轮机利用水流单位能量的多少。 2) 流量（Q）：在单位时间内流经水轮机的水量，称为流量，用Q表示，其单位为m³/s。其大小表示水轮机利用水流能量的多少 3) 出力（P）：具有一定水头和流量的水流通过水轮机便做功，而在单位时间内所做的功率称为水轮机的出力，用P表示，其单位KW。 水轮机的出力为：P=9.81QH 4） 效率（η） 目前混流式水轮机的最高效率95% P=9.81QHη 5）比转速 指工作水头H为1m、发出的功率P为1kw时水轮机所具有的转速，故称为比转速。 二、水轮机的类型与代号 我们根据水流能量的转换的特征不同，把水轮机分为两大类，及反击型和冲击型水轮机。 反击型水轮机，具有一定位能的水流主要以压能的形态，由水轮机转变为机械能。按其水流经过转轮的方向不同，反击型水轮机可分为以下几种类型： 反击型：轴流（定桨、转桨）水轮机、混流式水轮机、贯流式水轮机、斜流式水轮机 冲击型：水流不充满过流流道，而是在大气压力下工作，水流全部以动能形态由转轮变为机械能。按射流冲击水斗的方式不同，可分为如下几种类型： 冲击型：水斗式水轮机、斜击式水轮机、双击式水轮机 我国水轮机式的代号，有三部分组成，第一部分由水轮机型式及转轮型号组成,并由汉语拼音表示。 水轮机型式的代号 水轮机型式 代号 水轮机型式 代号 混流式 HL 轴流转桨式 ZZ 斜流式 XL 轴流定桨式 ZD 双击式 SJ 贯流转桨式 GZ 斜击式 XJ 贯流定桨式 GD 冲击式 CJ 以本电站为例：水轮机型号：HL(247)—LJ—235，表示混流式水轮机，转轮型号为247，立轴，金属蜗壳，转轮直径为235㎝。 三、混流式水轮机 1 定义： 水流从径向流入转轮，在转轮中改变方向后从轴向流出的水轮机。其叶片固定，不能转动调节。 2 混流式水轮机 - 结构特点 混流式水轮机主要应用于20—450米的中水头电厂，其结构紧凑，效率较高，能适应很宽的水头范围，是目前世界各国广泛采用的水轮机型式之一。 当水流经过这种水轮机工作轮时，它以辐向进入、轴向流出 ，所以也称为辐向轴流式水轮机。 水流流经转轮是径向式的，导出机构为径向式的，导叶开度可随负荷的改变而进行调节，转轮是由上冠、下环及固定在其中间的一定数量流线型叶片所组成。混流式水轮机，水流从四周径向流入转轮，然后近似轴向流出转轮，转轮由上冠，下环和叶片组成。 3、混流式水轮机的组成：引水部件、导水部件、泄水部件、工作部件 1）引水部件：蜗壳式、明槽式、虹吸式

引水部件作用 ① 以最小的水力损失把水引向导水部件，从而提高水轮机的效率，尽可能保证沿导水部件周围进水流量均匀，水流对称于轴，以使转轮受力均衡，提高工作的稳定性。 ② 在水进入导水部件一起使水流形成一定的环量。 ③ 保证转轮在水中工作，不与大气接触。 2）导水部件：导叶、顶盖、底环、导叶、导叶臂、连杆、控制环、接力器等部件组成。

活动导叶活动导叶上轴颈端面密封叶面密封下轴颈 导水部件的作用： ① 调节流量 ② 形成环量 ③ 截断水流 导叶 ：由导叶体和导叶轴两部分组成。为减轻导叶重量，常做成中空导叶。导叶的断面形状为翼型。导叶轴颈通常比连接处的导叶体厚度大，在连接处采用均匀圆滑过渡形状，以避免应力集中。 导叶轴承：上、中、下轴套，高水头机组为防止导叶上浮力超过导叶自重，保证导叶上端面间隙，在导叶套筒的法兰上一般设有止推装置（止推压板或止推块）。 导叶传动机构 ：导叶传动机构由控制环、连杆、导叶臂三部分组成，用于传递接力器操作力矩，使导叶转动，调节水轮机流量。该机构形式有叉头式受力情况较好和耳柄式受力情况相对较差。 控制环 控制环结构形式双耳平行式 导水机构安全装置：安装导水机构安全装置的目的：及时切除被卡导叶，避免因个别导叶被卡而损坏其它传动机构主要零部件。 剪断销 ：使用最多的导水机构安全装置，在剪断销上加工一个危险断面，在正常操作力作用下，剪断销能正常工作，当超过正常操作力1.5倍时，剪断销连同装在其中的信号装置在危险断面破断并发出信号，被卡导叶从传动机构中解列。在机组顶盖上还设有限位块，其作用是：防止导叶发生正反向旋转而超出全关和最大可能开度的范围。（可能造成剪断销连锁破断事故） 剪断销的作用： 导水机构切断水流 ：当停机时，导叶首尾相连，切断水流。但导叶上、下断面和顶盖、底环处存在着端面间隙，导叶首尾相接处会有立面间隙。这些间隙会产生停机漏水损失；还会产生间隙汽蚀破坏。间隙较大漏水严重时，甚至可使机组停不下来。为此需要设法减小这些间隙，也是机组检修计划的一个必不可少的项目。 立面间隙的调整方法：通过调整导叶传动装置的补偿环（调整螺杆）。 端面间隙的调整方法：通过导叶轴颈端盖上的调节螺钉。 接力器 ：接力器的基本部件:接力器缸和活塞 活塞把接力器缸分成了开启腔和关闭腔。（单导管直缸接力器） 在导水机构快速关闭时，为避免活塞与缸盖发生撞击，在活塞上装有三角形封油块，封油块与缸体油口相对应，当活塞块逐渐遮住部分出油口，形成排油截流，起缓冲作用。 3）工作部件：转轮 工作部件的作用： 它是水轮机的心脏，是实现能量转换的主要部件。 是实现能量转换 4）泄水部件：尾水管 尾水管的主要作用有三点： 1) 把转轮出口的水流引向下游。 2) 当转轮高于下游水位时，使转轮出口形成静力真空，从而利用高于下游水面的吸出高度。 3) 尾水管的扩散使转轮出口处的水流动能恢复为动力真空，从而提高水轮机的效率。 四、混流式水轮机主要部件 蜗壳、顶盖、座环、尾水管、底环、控制环、导叶（活动、固定 ）、转轮、主轴、止漏环（迷宫环）剪断销、拐臂、真空破坏阀等。

机的转轮上部与主轴相连接，四周布满导叶。导叶的上部通过传动机构与控制环（调速环）相连，下部套在底环内，而底环布置在座环的下环内。顶盖安放在座环的上环上，盖住转轮。固定导叶布置在导水叶外围，座环的蝶形边与蜗壳相连，并被蜗壳包围。导轴承位于顶盖上，控制环口通过推拉环与接力器相连。在座环下发布置有基础环，通过锥形环与尾水管相连。混流式水轮机附属装置还有布置在顶盖上的真空破坏阀、吸力补气阀和放水阀等。 水轮机的导水机构是有导叶、传动机构（转臂、连杆、控制环）、接力器、和推拉杆等组成。

水轮机的底环是由上环、下环、和固定导叶三部分组成，它既是水轮机的通水部件，机组安装时的基准部件，又是机组运行的承重部件。要求具有水力损失小，具有一定的强度和刚度。 混流式水轮机的转轮主要由上冠、叶片、下环、止漏环、泄水锥和减压装置等组成。

水轮机的转轮包括转体、叶片、泄水锥等。 立轴混流式水轮机引水室采用金属焊接蜗壳，其进口与压力水管相连接，其余各节与座环相连。为了便与检修，在蜗壳上开有专门进人孔（蜗壳人孔门），其底部并有排水孔和阀门，以便排出蜗壳积水。 座环位于蜗壳里，布置导水机构，它是水轮机的承重部分，又是过流部件在安装时它还是一个主要基准件，因此它要符合水力，强度和刚强等诸方面的要求。 基础环埋在混凝土内，是转轮室的组成部分，早机组安装和检修拆卸转轮时，用来支撑水轮机转轮。混流式转轮上叶片（24），呈空间扭曲状，断面为流线型，是直接将谁能转换为机械能的最主要部件。止漏装置 止漏装置的作用是用来减小转动部分与固定部分之间的漏水损失。止漏装置分为固定部分和转动部分，为防止水流向上和向下漏出，水轮机上一般装有上、下两道止漏环。上止漏环固定部分装在顶盖上，其转动部分装在上冠上，下止漏环的固定部分一般装在底环上，转动部分装在转轮的下环上。目前广泛采用的止漏环结构型式有间隙式，迷宫式，梳齿式和阶梯式四种，如图所示。

（止漏装置型式） )(a间隙式；)(b迷宫式；)(c梳齿式；)(d阶梯式迷宫

止漏环又称迷宫环，作用是阻止水流从转轮上、下间隙处漏出，

分转动和固定部分。止漏环是个易损件，结构上要求易于装卸、检修，选用抗磨损和抗空蚀的材料。 减压装置的作用是降低轴向水推力，以减轻推力轴承的荷载，其上冠开有泄水孔，起排水减压的作用。 蜗壳的作用： 水轮机导轴承的作用：一是承受机组在各种工况下运行时由主轴传来的径向力（主要由转动部分的重复不平衡，水流经过转轮时的 水力不平衡以及由尾水管的振动引起。），二是维持以调好的机组轴线位置，提高机组运行的稳定性。 导轴承是水轮机的重要组成部分，它的工作质量直接影响水轮机的运行。导轴承常见的问题有：轴承过热，严重时会烧瓦；其次是轴承磨损，使轴瓦间隙增大，导致水轮机振动和摆度加大，影响运行质量缩短轴承寿命。 主轴密封装置可以保证导轴承正常工作，在稀油导轴承下部布置主轴密封装置，防止压力水从旋转的主轴渗入导轴承。主轴密封装置分为运行密封和检修密封（空气尾带）两类。 ① 运行密封根据结构形式分为有盘根密封、橡胶平板密封，断面密封、径向密封、和水泵密封。 ② 检修密封是在轴承检修或停机时，对主轴进行密封，其结构形式有机械式、空气围带式和抬机式密封。 抬机是指当水轮机导叶突然关闭后，尾水管内瞬间形成真空，造成负水锤，使尾水回流，鼓破水轮机顶盖的严重事故。为了防止抬机现象发生，在水轮机顶盖上装了真空破坏阀，用来破坏真空。 真空破坏阀装置，布置在顶盖上，其作用是在水轮机紧急关闭，顶盖下部产生真空时，补充空气，破坏真空，以免从尾水倒流回的水流，将使水轮机抬起，造成抬机事故。 泄水锥的作用：是引导经叶片流道流出的水流迅速而顺畅的向下