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

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

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）

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