水轮机及蝴蝶阀

第一篇水轮机及蝴蝶阀第一章水轮机概述第一节水轮机的基本工作参数第二节水轮机的基本类型和适应水头及其型号第二章混流式水轮机结构第一节混流式水轮机的主要结构部件组成和基本工作流程第二节转轮第三节主轴第四节导水机构第五节蜗壳、座环、基础环、尾水管第六节导轴承第七节密封装置第八节附属装置第三章蝴蝶阀第一节蝴蝶阀的作用和主要结构部件第二节蝴蝶阀的手动开、关操作第三节蝴蝶阀的自动开、关操作第四章开、停机操作第一节手动开、停机操作第二节自动开、停机操作第五章水机机械事故及故障处理第一节水机保护的分类及动作后果第二节第一类水机保护动作后的处理方法第三节第二类水机保护动作后的处理方法第四节第三类水机保护动作后的处理方法第一章水轮机概述第一节水轮机的基本工作参数一、工作水头H w、流量Q、出力N1、工作水头水轮机的工作水头H w是指水轮机进、出口截面处水流的总比能差，是表明水轮机利用水流单位机械能的多少。

单位为（m）。

2、流量Q流量Q是指单位时间内，通过水轮机某一既定过流断面的水流体积。

单位为（m3／s）。

3、出力N出力N是指在单位时间内，水轮机主轴所输出的功。

单位为（KW）。

二、效率η、转速n、直径D11、效率η效率η是指水轮机的轴出力与输入给水轮机的水流出力之比。

由于水轮机工作过程中存在能量消耗，故η小于1。

2、转速n水轮机转速n是指水轮机主轴每分钟的转数。

单位为（r／min）。

3、直径D1混流式水轮机的标称直径D1是指叶片进口边的最大直径。

单位为（m）。

第二节水轮机的基本类型和适应水头及型号一、水轮机的基本类型和适应水头水轮机是将水能转换为机械能的水力机械。

现代大、中型水轮机主要分为反击型和冲击型两大类。

水轮机转轮叶片给水流一个阻力，水流给叶片一个反作用力，靠这种作用与反作用原理而工作的各种水轮机都归于反击型。

反击型水轮机转轮充满着水并在密闭状态下工作，以利用水能的压能为主，利用水流的动能为辅。

也就是说，这类水轮机的能量转换，主要是水力势能的转换。

混流式水轮机就是反击型水轮机。

其应用水头范围为几十米到几百米，它属于中水头水轮机。

二、水轮机的型号我国水轮机产品型号由三部分组成，各部之间以一短横线相连。

型号的第一部分为水轮机型式和转轮型号，型号以阿拉伯数字写出，代表该转轮的比转速n s；第二部分为水轮机主轴的布置型式和引水室的特征；第三部分为水轮机转轮的标称直径（cm）以及其它必要数据组成。

型号示例：HLA296—LJ—275,HL＿＿表示混流式水轮机，296＿＿表示转轮的比转速为296，A＿＿表示第一次改进型，LJ＿＿表示立轴金属蜗壳，275＿＿表示转轮标称直径为275cm。

第二章混流式水轮机结构第一节混流式水轮机的主要结构部件和基本工作流程一、混流式水轮机的主要结构部件混流式水轮机由引水、导水、工作、和排水四大部分组成，其主要部件有主轴、转轮、导轴承、导水机构、座环、基础环、蜗壳、尾水管、止漏装置、减压装置、密封装置及附属装置等。

二、混流式水轮机的基本工作流程其工作流程是：水流经取水口闸门、引水管道、蜗壳、座环以及活动导水叶进入转轮内并对转轮做功使其旋转，然后经尾水管排至下游河床。

旋转的水轮机主轴带动发电机主轴及转子一同旋转，即水轮机的主动力矩克服发电机的机械和电磁转矩，从而在定子绕组中感应出交变电势而使发电机发电。

当发电机所带负荷与水轮机所产生的出力不平衡时，调速系统将通过导水机构自动调节水轮机的流量，从而达到新的平衡。

第二节转轮一、转轮的作用转轮是实现水能转换的主要部件，它将大部分的水能转换为转轮的旋转机械能，并通过水轮机主轴传递给发电机主轴及其转子。

二、转轮的主要结构部件转轮主要由上冠、叶片、下环、泄水锥、减压装置和止漏装置等六部分组成。

第三节主轴一、主轴的作用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。

二、主轴的主要结构部件主轴主要由上、下法兰及轴身三部分组成。

大、中型水轮机主轴一般均开有中心孔。

第四节导水机构一、作用与类型导水机构的作用，是使进入转轮之前形成旋转并改变水流的入射角度；当机组出力发生变化时，用来调节流量；正常与事故停机时，用来截断水流。

混流式水轮机广泛采用圆柱式导水机构。

二、组成与动作圆柱式导水机构主要由操纵机构（接力器及其锁锭装置、推拉杆等）、传动机构（控制环、连杆、连接板和键等）、执行机构（导水叶）和支撑机构（顶盖、底环及轴承等）四部分组成。

以导水叶开启为例，介绍导水机构的动作。

当调速器的主配压阀下移时，压力油进入接力器的开侧，闭侧排油，在推拉杆作用下，使控制环向逆时针方向旋转，同时带动铰接的连杆和连接板，使导水叶轴顺时针转动，从而加大导水叶开口，进入转轮的流量增加。

第五节蜗壳、座环、基础环、尾水管一、蜗壳蜗壳的作用，是使进入导叶之前的水流形成一定的旋转并轴对称地、均匀地将水流引入导水机构。

按构成材料分，主要有金属蜗壳、混泥土蜗壳及钢板钢筋混泥土蜗壳。

二、座环和基础环（一）座环的作用、组成和类型座环的作用，是承受整个机组及其上部混泥土的重量以及水轮机的轴向水推力；以最小的水力损失将水流引入导水机构。

座环由上环、下环和支柱（即固定导水叶）三大部分组成。

座环的类型，分为与混泥土蜗壳连接的和与金属外壳连接的两类。

（二）基础环基础环的作用是，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。

基础环的上法兰与座环的下环相连，下法兰与尾水管的锥管里衬上口相连。

三、尾水管尾水管的作用是，将转轮出口水流顺畅引至下游；如转轮安装在下游水位以上高程，还可利用转轮与下游水位之间水流的位能，即形成转轮后面的静力真空；将转轮出口的水流动能的大部分转换为转轮下部的动力真空，从而使转轮所接受的压能增加。

尾水管主要有直锥形和弯曲形两种类型。

大、中型反击型水轮机采用后者。

弯曲形尾水管由进口锥管、肘管和出口扩散段组成。

第六节导轴承一、作用与类型水轮机导轴承的作用，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，维持已调好的轴线位置。

按润滑剂不同，导轴承主要分为水润滑的橡胶瓦导轴承和油润滑的乌金瓦导轴承，乌金瓦导轴承又分为稀油自循环分块瓦导轴承和筒式导轴承。

二、筒式导轴承的组成筒式导轴承主要由下油箱、油箱盖、轴承体、乌金瓦、进油孔、上油箱、上油箱盖、观察孔、挡油套、挡油管、回油管、溢流板、冷却器、浮子信号器及温度信号器等部件组成。

三、筒式导轴承的工作原理由于下油箱旋转，离心力所形成的油柱高度大于轴承高度，使轴承间隙上下端存在着压差；再加上主轴与瓦面斜油沟之间的相对运动有螺旋泵的作用，所以，使润滑油能够产生“自循环”。

第七节密封装置一、密封装置的类型与作用水轮机密封装置的类型较多，按其应用场合可分为乌金导轴承下部的主轴密封和检修密封。

主轴密封的作用是，有效地阻挡水流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。

检修密封的作用是，尾水位的高程高于水轮机导轴承的下部高程，当轴承或主轴密封检修时，防止水流上溢。

二、用于主轴密封的单层平板密封它的作用原理是，用单层橡胶板与固定在主轴上的回转环下端面接触，借密封压力水实现密封。

三、检修密封围带式检修密封，围带压装在主轴密封支架下部与固定在顶盖上的密封托板的圆槽之间。

当机组正常运行时，围带里缘与水轮机主轴等旋转部件之间有几个毫米的间隙。

当停机检修时，一般将围带充压缩空气，使围带扩张，密闭间隙封水。

第八节附属装置水轮机的附属装置有补气、排水及漏油装置等。

补气装置包括轴心补气阀、真空破坏阀、尾水管补气的十字架和短管以及蜗壳空气阀等；排水装置包括高水头混流式水轮机的空放阀、蜗壳排水阀及顶盖排水泵等。

一、补气装置的作用当机组处于不稳定工况区运行时，用补气的方法减轻振动和尾水管内的水流扰动，并可稍微提高水轮机的水力效率，从而改善机组的运行状态。

二、补气方式和补气位置补气方式分为自然补气和强行补气两类。

水轮机的补气位置，通常有三处：主轴中心孔、顶盖和尾水管。

第三章蝴蝶阀（以东津电厂为例）第一节蝴蝶阀的作用和主要结构部件一、蝴蝶阀的作用1、当停机检查或水轮机检修时，关闭阀门可用来切断水流。

2、当机组较长时间停机时，关闭阀门切断水流可减少导叶漏水量，防止导叶因漏水发生间隙气蚀损坏。

3、当机组发生事故或导叶失灵不能关闭时，利用在动水中快速关闭蝶阀来防止事故的扩大。

二、蝴蝶阀的主要结构部件横轴式蝴蝶阀主要由阀壳、活门、阀轴、轴承、密封装置和操作机构及附属设备等部件组成。

附属设备有旁通阀、空气阀、伸缩节及排水、注油等。

第三节蝴蝶阀的手动开、关操作一、蝴蝶阀操作注意事项1、蝴蝶阀检修后第一次开关操作应以手动方式进行；2、自动开关蝴蝶阀时，运行人员应监视其自动元件动作情况，如拒绝动作应手动帮助或改为手动方式进行操作；二、蝴蝶阀的手动操作（一）手动开蝴蝶阀1、拉开401操作电源，断开电动旁通阀空气开关；2、手动打开电动旁通阀向蜗壳充水，蜗壳充满水后，拨动51DKF电磁空气阀向“排气”，排除围带空气；3、手动按51DP电磁阀“开”侧，拔出自动锁锭；4、手动按52DP电磁阀“开”侧，四通滑阀动作，蝴蝶阀向开侧动作；5、蝴蝶阀全开后，按下51DP电磁阀“关”侧，投入自动锁锭；6、投入电动旁通阀电源空气开关，监视电动旁通阀自动关闭；7、投入401操作电源，蝴蝶阀本体控制柜开关指示灯红灯灭，绿灯亮。

（二）手动关蝴蝶阀1、拉开401操作电源；2、手动按51DP电磁阀“开”侧，拔出自动锁锭；3、手动按52DP电磁阀“关”侧，四通滑阀动作，蝴蝶阀向关侧动作；4、蝴蝶阀全关后，按51DP电磁阀“关”侧，投入自动锁锭；5、手动拨动51DKF电磁空气阀向“充气”侧，监视气压表指示正常；6、投入401操作电源，蝴蝶阀本体控制柜开关指示灯红灯亮，绿灯灭；（三）自动开蝴蝶阀1、蝴蝶阀自动开启条件：1）水轮机导叶在全关；2）蝴蝶阀在全关位置；3）机组无事故；4）蝴蝶阀关闭继电器未动作；5）蝴蝶阀压油装置油压正常。

2、自动开蝴蝶阀1）在上位机下达开1G（2G）蝶阀令；2）监视开阀继电器励磁；3）监视蝶阀电动旁通阀开启，向蜗壳充水；4）监视蜗壳充水完成后51YX动作；5）监视蝶阀电磁空气阀51DFK励磁动作，围带放气完成；6）监视蝶阀51DP电磁阀励磁动作，自动锁锭拔出；7）监视蝶阀52DP电磁阀励磁、接力器动作；8）监视蝶阀全开继电器励磁动作，蝶阀全开到位；9）监视蝶阀全开之后开阀回路自动复归；10）监视蝶阀51DP电磁阀励磁动作，自动锁锭投入正常；11）监视蝶阀电动旁通阀自动关闭正常。

（四）自动关蝴蝶阀1、自动关蝴蝶阀的条件蝴蝶阀压油装置油压正常；2、自动关蝴蝶阀1）在上位机下达关1G（2G）蝶阀令；2）监视蝶阀全开位置继电器在励磁；3）监视关阀继电器励磁动作；4）监视蝶阀51DP电磁阀励磁动作，自动锁锭拔出；5）监视52DP电磁阀励磁动作，接力器动作；6）监视蝶阀全关继电器励磁动作，蝶阀全关到位；7）监视蝶阀电磁空气阀51DKF励磁动作，围带充气51YX动作；8）监视关阀回路自动复归；9）监视51DP电磁阀励磁动作，蝶阀自动锁锭投入正常。