水轮机常识

水轮机常识一、水轮机水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站动力设备之一。

二、水轮机的主要类型1、反击式水轮机定义：利用水流的势能和动能做功的水轮机特征：转轮的叶片为空间扭曲面，流过转轮的水流是连续的，而且在同一时间内，所有转轮叶片之间的流道都有水流通过，水流充满转轮室。

2、反击式水轮机原理水流通过转轮叶片时，水流流速的大小、方向均发生变化，因此动量也发生了改变，水流产生反作用力，作用与每个转轮叶片，使转轮产生旋转力矩，从而做功。

（1）混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。

适用范围：H=30-450 m , 最高水头已接近700米，单机容量：几万kW-几十万kW 特点：适用范围广，结构简单，运行稳定，效率高，适用高水头小流量电站。

三峡水电站即采用了这种水轮机，单机容量70万kW。

是世界上单机容量最大的机组。

混流式水轮机（2）轴流式：特点：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。

适用于大流量、低水头。

一般水头在50m以下。

轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。

高效率区较小，适用于水头变化不大的小型电站。

轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度)。

适用于大型水电站。

轴流转浆式水轮机转轮（3）斜流式：水流经过转轮时是斜向的。

转轮叶片随工况变化而转动，高效率区广。

（4）贯流式：水轮机的主轴装置成水平或倾斜。

不设蜗壳，水流直贯转轮。

水流由管道进口到尾水管出口都是轴向的。

H<20m，小型河床电站。

1）贯流式机组分类全贯流式：发电机转子安装在水轮机转轮外缘，其密封困难，现在较少使用。

半贯流式：a、灯泡贯流式：发电机组安装在密闭的灯泡体内，使用较广泛，机组结构紧凑，流道形状平直，水力效率高。

b、轴伸式贯流机组：发电机安装在外面，水轮机轴伸出到尾水管外面。

C、竖井式贯流机组：发电机安装在竖井内。

轴伸式贯流机组竖井贯流式水轮机3、冲击式水轮机定义：利用水流的动能来做功的水轮机特征：由喷管和转轮组成。

水流以自由水流的形式(P=Pa)冲击转轮，利用水流动能(V方向、大小改变)产生旋转力矩使转轮转动。

在同一时刻内，水流只冲击着转轮的一部分，而不是全部。

不适宜调峰运行。

适用：水头高，流量小，多用于400m以上，最高接近2000m。

水流特点：水流从喷嘴射出，沿转轮圆周切线方向冲击在斗叶上；转轮区水流压力为大气压。

结构特点：由喷嘴和转轮组成，叶片为水斗式。

优点：安装高度不受空化条件限制；应用水头可很高。

适用范围：适用H 变化不大，负荷变化大的电站。

水斗: 特点是由喷嘴出来的射流沿圆周切线方向冲击转轮上的水斗作功。

目前，水斗式水轮机是冲击式水轮机中应用最广泛的一种机型。

斜击式：由喷嘴出来的射流沿圆周斜向冲击转轮上的水斗。

双击式：水流两次冲击转轮。

斜击、双击水轮机构造简单，效率低，用于小型电站。

水斗式水轮机转轮轮叶轮盘斜击式水轮机转轮双击式水轮机转轮三、水轮机的基本构造1、反击式水轮机的主要组成部件：(1) 进水(引水)部件—蜗壳：使水流均匀、旋转，以最小水头损失送入转轮室。

(2) 导水机构（导叶及控制设备)：控制工况。

(3) 转轮（工作核心)：能量转换，决定水轮机的尺寸、性能、结构。

(4) 泄水部件(尾水管)：回收能量、排水至下游。

2、冲击式水轮机的主要组成部件：喷管，转轮，折流器，机壳，射流制动器等组成。

(一)、混流式水轮机基本构造水流—蜗壳—座环—导叶—转轮—尾水管—下游（1）蜗壳：其作用是使水流产生圆周运动，并引导水流均匀地、轴对称地进入水轮机。

三门峡水电站水轮机蜗壳（2）座环位于导水叶的外围。

由上、下环和立柱组成。

作用：是水轮机的骨架，承受机墩及传来的荷载，并传到下部基础；支承活动导叶；故必须有足够的强度和刚度。

断面设计：流线形，保证强度、刚度。

数目为活动导叶的一半。

（3）导水机构作用：根据机组负荷变化，调节水轮机流量，改变出力引导水流按切向进入转轮，形成速度矩；组成：导水叶及其轴、接力器。

导水叶：导水机构的主体，上下端分别固定在底环和顶盖上，为流线形。

也称为活动导叶。

作用：改变导叶开度以改变流量。

导叶转动是通过调速成器和接力器来实现的。

导叶参数：导叶数、高度、开度。

（4）接力器接力器用于操作控制环的转动（5）转轮作用：将水能转换为机械能组成：轴、上冠、叶片、下环、止漏环、泄水锥（6）尾水管作用：引导水流进入下游河道，并回收部分动能和势能。

龙滩水电站尾水管施工(二)、轴流式水轮机的构造1. 轴流式水轮机特点（1）转速高，当H，N相同时，转速是混流式水轮机的2倍，尺寸较小。

（2）轴流转浆式多用于低水头大流量的大型电站，其转轮叶片可以转动（双调节），H、N变化时，水轮机具有较高的效率。

2. 转轮构造轴流式水轮机除转轮外，其它部件与混流式相似组成：叶片、轮毂、主轴、泄水锥、转动机构叶片：表面为曲面，断面为翼形，根部厚，边缘薄，以承受水流作用的抟矩。

叶片数目：与H大小有关，一般为3~8片；轮毂：外部连接叶片，内部安装转动机构。

转动机构：安装在轮毂内，由调速器控制，调整导叶角度。

(三)、斜流式水轮机构造斜流式水轮机构造主要部件：座环、转轮及其叶片、导水机构、尾水管、主轴、导轴承等。

与轴流转浆式水轮机不同之处：叶片转动轴线与主轴成45°~60°的夹角。

毛家村电站的运行证明，斜流式水轮机可以在比较宽阔的负荷范围内保持较高的平均效率，但其缺点也很突出，如结构复杂，可靠性较低，容易漏油，造成污染，在吸出高度Hs=-8m条件下运行，其空蚀现象仍比较严重。

由于斜流水轮机无显著特点，在设计中很少采用。

（四）、灯泡贯流式水轮机我国开发采用灯泡贯流式水轮机的时间相对较晚，近年来灯泡贯流式水轮机的导叶都采用了重锤式关闭机构来防飞逸，从而可节约引水系统的快速闸门。

目前采用的灯泡贯流式水轮机使用水头高达27.3m ，转轮直径7.9m ，单机容量达57MW 。

广东飞来峡(4×35MW)、宁夏沙坡头(4×30MW)、甘肃炳灵(5×48MW)等电站，均为灯泡贯流机组。

当水头较低而机组容量又较大时，若水轮机与发电机的主轴直接联接，则发电机将因转速较低而直径较大，这会导致灯泡体尺寸过大而使流道水力损失增加。

为此常在水轮机与发电机之间设置齿轮增速传动机构，使发电机转速比水轮机转速大3-10倍，从而缩小发电机尺寸，减小灯泡体尺寸，改善流道的过流条件。

但这种增速机构结构复杂，加工工艺要求较高，传动效率一般较低，因此目前仅应用于小型贯流式机组。

(五)、水斗式水轮机构造水斗式水轮机的组成：喷管、折流板、转轮、机壳、尾水槽实际上是卧轴安装的轴流式水轮机，发电机安装在灯泡体内。

水斗式水轮机的组成：喷管、折流板、转轮、机壳、尾水槽1.喷嘴——由喷嘴、喷管体、导水叶栅、喷针头、喷杆、操作机构组成2. 喷针——控制水轮机的过水流量，以行程表示。

3.转轮——轮盘、斗叶（沿轮盘均匀分布）。

4.折向器——使针阀缓慢关闭，降低水击压力，使水流偏离水斗，避免机组转速升高。

5. 机壳——把水斗中排出的水引导入尾水槽内。

一般为铸钢件。

水流流动方向：水流→喷管→折流板→转轮→机壳→尾水槽(1). 转轮组成：轮盘、斗叶（沿轮盘均匀分布）。

连接方式：螺拴、整体铸造、焊接。

(2). 喷管组成：喷嘴、喷管体、针阀、喷杆、操作机构针阀：控制水轮机的过水流量，以行程表示。

(3). 折流板使针阀缓慢关闭，降低水锤压力，使水流偏离水斗，避免机组转速升高。

(4). 机壳把水斗中排出的水引导入尾水槽内。

一般为铸钢件。

(5). 引水板防止水流随转轮飞溅到上方，造成附加损失四、水轮机的日常维护根据水轮发电机的结构及常见的故障分析，水轮发电机的日常维护和检修工作可以从正常运行时的检查和停机保养两方面进行，并坚持日常的清除杂物、注油除锈、紧固螺钉、更换破损零部件的工作。

（1）水轮机组的检查：水轮机的外壳是否完好，有无开裂情况出现，连接螺栓是否有松动；传动装置、调速器及水轮机的转动部分是否能灵活运转；联轴器的连接有无异常，传动带接头是否牢固，传动带的松紧程度是否满足运行要求；检查全部阀门和导叶是否在关闭位置；各轴承及润滑部位是否按要求进行润滑，油质及油面应符合要求。

（2）水轮机的日常维护：根据水电站机组的运行情况，定期对水轮发电机组进行必要的清扫，保持水轮发电机组设备的清洁，做到四周无杂物、无积水和及时处理掉有可能导致水轮机组不能正常运转的安全隐患。

机组备用时，定期做橡胶水导轴承备用润滑水的投入试验；定期向蝶阀轴承注油。

此外，对于多泥沙的河流，要注意观察泥沙对轴承、导叶、转轮等的磨损；北方电站在冬季运行时，要注意防止冰块对水轮机转轮叶片的破坏。