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水轮机基础知识
发布者：fjhykj 发布时间：2013-08-26 11:17:33
一、简介
水轮机是水电厂将水轮转换为机械能的重要设备。
1、按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。反击型利用水流的压能和动能，冲击型利用水流动能。
2、反击式中又分为混流、轴流、斜流和贯流四种；
3、冲击式中又分为水斗、斜击和双击式三种。
1）、混流式：
水流从四周沿径向进入转轮，近似轴向流出
应用水头范围：30m~700m
特点：结构简单、运行稳定且效率高
2）、轴流式
水流在导叶与转轮之间由径向运动转变为轴向流动
应用水头：3~80m
特点：适用于中低水头，大流量水电站
分类：轴流定桨、轴流转桨
3）、冲击式
转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已经转变为高速射流，冲击转轮叶片作功。
水头范围：300~1700m
适用于高水头，小流量机组。
二、
水轮机主要基本参数
1、水轮机主要基本参数
水头：Hg、H、Hmax、Hmin、Hr（设计水头）
流量：Q
转速:f=np/60
出力：N=9.81QHη（Kw）
效率：η
2、水轮机型式代号
混流式：HL
斜流式：XL
轴流转桨式：ZZ
轴流定桨式：ZD
冲击（水斗式）：CJ
双击式：SJ
斜击式：XJ
贯流转桨式：GZ
贯流定桨式：GD
对于可逆式，在其代号后增加N
3、混流式水轮机
型号：HL100—LJ—210
HL：代表混流式水轮机
100：转轮型号（也称比转速）
LJ：立式金属蜗壳
210：转轮直径（210厘米）
4、轴流式水轮机
ZZ560—LH—1130
ZZ：轴流转桨式水轮机
560：转轮型号
LH：立式混凝土蜗壳
1130：表示转轮直径为1130厘米
5、冲击式水轮机
CJ47—W—170/2X15.0
CJ：冲击式
W：卧轴
170：转轮直径170cm
2：2个喷嘴
15.0：射流直径
三、水轮机主要部件
（一）、组成
引水部件、导水部件、工作部件、泄水部件
1、引水部件
组成：引水室（蜗壳）、座环
作用：以较小的水力损失把水流均匀地、对称地引入导水部件，并在进入导叶前形成一定的环量。
2、导水部件
组成：导叶及其操作机构、顶盖、底环
作用：调节进入转轮的流量和形成转轮所需的环量
3、工作部件
组成：转轮
作用：直接将水流能量转化为旋转的机械能
4、泄水部件
组成：泄水锥、尾水管
作用：引导水流进入下游，尾水管同时还在转轮后形成真空，利用转轮出口到下游尾水之间的位能，恢复转轮出口处的部分动能损失，以提高效率。
（二）、水轮发电机组装置形式
立式和卧式
立式：根据推力头的位置分悬式、全伞式、半伞式
（三）、混流式水轮机主要结构
由转轮、主轴、导轴承、主轴密封、座环、蜗壳、顶盖、底环、泄流环（基础环）、止漏环、抗磨板、导叶及其操作机构、机坑里衬、机坑内环形吊车、尾水管等组成。
将水轮机分成三大部分：转动部分、固定部分、埋入部分
1、转动部分
转动部分是机组的核心组成部分，是水能转换成机械能/电能的关键。
转动部分及其相关部件主要包括：转轮、主轴、主轴密封等。
2、转轮
转轮是实现水能转换的主要部件，它将大部分水能转换成转轮的旋转机械能，并通过水轮机主轴传递给发电机。
水轮机的转轮是将水能转换成机械能。
3、主轴
主轴是承受水轮机转动部分的重量及轴向水推力所产生的拉力，同时传递转轮产生的扭矩。
4、转轮拆卸方式
现在立式机组转轮的拆卸可以有三种方式：
下拆：将尾水锥管和底环以及转轮由下方取出；
中拆：即取出一段中间轴并拆除顶盖后，将转轮由水车室取出；
上拆：用传统方式，吊出发电机转子并拆除顶盖后由上方取出转轮。
5、主轴密封
主轴密封是水轮机关键部件之一，水轮机在运行过程中，其主轴密封的安全可靠运行，直接关系到水轮机是否安全运行
分类：平板密封（映站）、端面密封、螺旋（水泵）密封、滑动架密封等。
作用是：有效地阻挡尾水管中的水从主轴与顶盖之间的间隙上溢，防止水轮机导轴承及顶盖被淹，维持轴承和机组的正常运行。
6、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。
7、固定部分
顶盖、底环、座环、支持环等
8、埋入部分
蜗壳、座环等
9、水轮机导轴承
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
10、筒式水导轴承循环方式
筒式瓦的油循环方式是采用自循环，润滑油的自循环工作原理：当机组运行时，安装在大轴上的水导轴承旋转油盆与大轴一起旋转，旋转时油盆中油也跟着旋转，由于离心力的作用，油盆中的油位形成边缘高，中心低的状态，即形成一个抛物面。在压差的作用下，油经固定不动的轴承体圆周外部的进油孔进入瓦面的下环形油槽，由于大轴的转动使油沿轴瓦面上的斜向油沟上移，并流经整个瓦面，使大轴与轴瓦之间的润滑良好，同时带走热量，热油流到上环形油槽经排油管流至冷却器，热油经冷却后通过进油管进入油盆，以上润滑油的路径为一次工作过程。机组运行时润滑油如此往复进行不停的循环，来满足轴承的运行需要。
11、导水机构
组成：由导水机构由顶盖、底环、导叶、连杆机构和接力器等组成。
作用：
1、是使水流进入转轮之前形成旋转并改变水流的入射角度
；
2、当机组出力发生变化时，用来调节流量
。
3、正常与事故停机时，用来截断水流。
导叶的转动最终通过接力器和连杆机构来操纵导叶的开关
12、顶盖
主要作用：
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
13、底环
作用：
与顶盖一起形成过流通道
安装导叶下轴承
14、基础环
（支持环）
作用
在机组安装时放座环，成为座环的基础。
在水轮机安装及检修时，用来放置转轮
。
15、尾水管
尾水管位于转轮的下方是主要的通流部件
，作用是引导进出转轮的水流。
水泵水轮机作水轮机运行时要求尾水管的断面为缓慢扩散型
16、其他
紧急真空破坏阀：消除抬机现象
补气装置：尾水管十字架补气、尾水短管补气、轴心孔补气
17、埋设管路
埋设管路主要包括
机组排水管路
机组测压管路
压水系统管路
回水排气管路
机组冷却润滑系统管路
18、水轮机气蚀（空化）及磨损
分类：间隙、空腔、翼型、局部
19、水轮机振动
按振动的原因：水力、机械、电磁
按振动方向：轴向和径向
振动允许值：250~375r/min 合格为0.10
摆度允许值： 250r/min 0.05mm/m 375r/min 0.04mm/m
20、水轮机保护装置
水轮机保护装置是当机组在启停和运行过程中发生危及设备和人身安全的故障时，自动采取保护或联锁措施，防止事故产生和避免事故扩大，从而保证人和设备的安全不受损害或将损害降到最低限度。
保护装置主要包括
振动保护装置
压力保护装置：如转轮上腔水压力、冷却水压力
温度保护装置
导轴承油位保护装置
水轮机是水电厂将水轮转换为机械能的重要设备。
1、按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。反击型利用水流的压能和动能，冲击型利用水流动能。
2、反击式中又分为混流、轴流、斜流和贯流四种；
3、冲击式中又分为水斗、斜击和双击式三种。
1）、混流式：
水流从四周沿径向进入转轮，近似轴向流出
应用水头范围：30m~700m
特点：结构简单、运行稳定且效率高
2）、轴流式
水流在导叶与转轮之间由径向运动转变为轴向流动
应用水头：3~80m
特点：适用于中低水头，大流量水电站
分类：轴流定桨、轴流转桨
3）、冲击式
转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已经转变为高速射流，冲击转轮叶片作功。
水头范围：300~1700m
适用于高水头，小流量机组。
二、
水轮机主要基本参数
1、水轮机主要基本参数
水头：Hg、H、Hmax、Hmin、Hr（设计水头）
流量：Q
转速:f=np/60
出力：N=9.81QHη（Kw）
效率：η
2、水轮机型式代号
混流式：HL
斜流式：XL
轴流转桨式：ZZ
轴流定桨式：ZD
冲击（水斗式）：CJ
双击式：SJ
斜击式：XJ
贯流转桨式：GZ
贯流定桨式：GD
对于可逆式，在其代号后增加N
3、混流式水轮机
型号：HL100—LJ—210
HL：代表混流式水轮机
100：转轮型号（也称比转速）
LJ：立式金属蜗壳
210：转轮直径（210厘米）
4、轴流式水轮机
ZZ560—LH—1130
ZZ：轴流转桨式水轮机
560：转轮型号
LH：立式混凝土蜗壳
1130：表示转轮直径为1130厘米
5、冲击式水轮机
CJ47—W—170/2X15.0
CJ：冲击式
W：卧轴
170：转轮直径170cm
2：2个喷嘴
15.0：射流直径
三、水轮机主要部件
（一）、组成
引水部件、导水部件、工作部件、泄水部件
1、引水部件
组成：引水室（蜗壳）、座环
作用：以较小的水力损失把水流均匀地、对称地引入导水部件，并在进入导叶前形成一定的环量。
2、导水部件
组成：导叶及其操作机构、顶盖、底环
作用：调节进入转轮的流量和形成转轮所需的环量
3、工作部件
组成：转轮
作用：直接将水流能量转化为旋转的机械能
4、泄水部件
组成：泄水锥、尾水管
作用：引导水流进入下游，尾水管同时还在转轮后形成真空，利用转轮出口到下游尾水之间的位能，恢复转轮出口处的部分动能损失，以提高效率。
（二）、水轮发电机组装置形式
立式和卧式
立式：根据推力头的位置分悬式、全伞式、半伞式
（三）、混流式水轮机主要结构
由转轮、主轴、导轴承、主轴密封、座环、蜗壳、顶盖、底环、泄流环（基础环）、止漏环、抗磨板、导叶及其操作机构、机坑里衬、机坑内环形吊车、尾水管等组成。
将水轮机分成三大部分：转动部分、固定部分、埋入部分
1、转动部分
转动部分是机组的核心组成部分，是水能转换成机械能/电能的关键。
转动部分及其相关部件主要包括：转轮、主轴、主轴密封等。
2、转轮
转轮是实现水能转换的主要部件，它将大部分水能转换成转轮的旋转机械能，并通过水轮机主轴传递给发电机。
水轮机的转轮是将水能转换成机械能。
3、主轴
主轴是承受水轮机转动部分的重量及轴向水推力所产生的拉力，同时传递转轮产生的扭矩。
4、转轮拆卸方式
现在立式机组转轮的拆卸可以有三种方式：
下拆：将尾水锥管和底环以及转轮由下方取出；
中拆：即取出一段中间轴并拆除顶盖后，将转轮由水车室取出；
上拆：用传统方式，吊出发电机转子并拆除顶盖后由上方取出转轮。
5、主轴密封
主轴密封是水轮机关键部件之一，水轮机在运行过程中，其主轴密封的安全可靠运行，直接关系到水轮机是否安全运行
分类：平板密封（映站）、端面密封、螺旋（水泵）密封、滑动架密封等。
作用是：有效地阻挡尾水管中的水从主轴与顶盖之间的间隙上溢，防止水轮机导轴承及顶盖被淹，维持轴承和机组的正常运行。
6、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。
7、固定部分
顶盖、底环、座环、支持环等
8、埋入部分
蜗壳、座环等
9、水轮机导轴承
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
10、筒式水导轴承循环方式
筒式瓦的油循环方式是采用自循环，润滑油的自循环工作原理：当机组运行时，安装在大轴上的水导轴承旋转油盆与大轴一起旋转，旋转时油盆中油也跟着旋转，由于离心力的作用，油盆中的油位形成边缘高，中心低的状态，即形成一个抛物面。在压差的作用下，油经固定不动的轴承体圆周外部的进油孔进入瓦面的下环形油槽，由于大轴的转动使油沿轴瓦面上的斜向油沟上移，并流经整个瓦面，使大轴与轴瓦之间的润滑良好，同时带走热量，热油流到上环形油槽经排油管流至冷却器，热油经冷却后通过进油管进入油盆，以上润滑油的路径为一次工作过程。机组运行时润滑油如此往复进行不停的循环，来满足轴承的运行需要。
11、导水机构
组成：由导水机构由顶盖、底环、导叶、连杆机构和接力器等组成。
作用：
1、是使水流进入转轮之前形成旋转并改变水流的入射角度
；
2、当机组出力发生变化时，用来调节流量
。
3、正常与事故停机时，用来截断水流。
导叶的转动最终通过接力器和连杆机构来操纵导叶的开关
12、顶盖
主要作用：
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
13、底环
作用：
与顶盖一起形成过流通道
安装导叶下轴承
14、基础环
（支持环）
作用
在机组安装时放座环，成为座环的基础。
在水轮机安装及检修时，用来放置转轮
。
15、尾水管
尾水管位于转轮的下方是主要的通流部件
，作用是引导进出转轮的水流。
水泵水轮机作水轮机运行时要求尾水管的断面为缓慢扩散型
16、其他
紧急真空破坏阀：消除抬机现象
补气装置：尾水管十字架补气、尾水短管补气、轴心孔补气
17、埋设管路
埋设管路主要包括
机组排水管路
机组测压管路
压水系统管路
回水排气管路
机组冷却润滑系统管路
18、水轮机气蚀（空化）及磨损
分类：间隙、空腔、翼型、局部
19、水轮机振动
按振动的原因：水力、机械、电磁
按振动方向：轴向和径向
振动允许值：250~375r/min 合格为0.10
摆度允许值： 250r/min 0.05mm/m 375r/min 0.04mm/m
20、水轮机保护装置
水轮机保护装置是当机组在启停和运行过程中发生危及设备和人身安全的故障时，自动采取保护或联锁措施，防止事故产生和避免事故扩大，从而保证人和设备的安全不受损害或将损害降到最低限度。
保护装置主要包括
振动保护装置
压力保护装置：如转轮上腔水压力、冷却水压力
温度保护装置
导轴承油位保护装置
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