水轮机水导及导水机构教学文案
第三章 水轮机工作原理
容积效率
2.水力损失及水力效率
原因：
工作水头
(Q q)( H H ) H e h (Q q) H H
水力损失 有效水头
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水力效率
3.机械摩擦损失及机械效率
机械损失功率 原因： 输出功率
N e N m N m Ne Qe H e
1.进口速度三角形
转速
考察点直径 圆周速度： 轴面速度： 水轮机的 容积效率
u1
vm1
D1n
60 流量 Q v F1
过水断面 面积
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确定过水断面面积
F1 2 Rg lae
近似计算：
F1 k1 D12
与转轮型式 和结构有关
F1 D1b0
机械效率 机械效率 有效功率
4.水轮机总效率
总效率 容积效率
V h m
水力效率
水轮机的效率是衡量水轮机能量转换性能的综合指标。 它与水轮机型式、结构尺寸、加工工艺及运行工况等多 因素有关。
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第三节 水轮机进、出口速度三角形
一、混流式水轮机转轮的进、出口速度三角形
水 流 输入功率 水轮机 输出功率
N i N N
水轮机内总 的功率损失
水轮机内的能量损失可分为： 容积损失： 容积效率 水力损失： 水力效率 机械摩擦损失： 机械效率
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1.容积损失及容积效率
原因： 发生位置：
有效流量
总流量
Q q Qe V Q Q
漏水量
解： u1
v1,vu1,w1,β1 D1n 2 500
水轮机导水机构安装技术(新版)
水轮机导水机构安装技术(新版)Safety technology is guided by safety technology, based on personnel protection, and an orderly combined safety protection service guarantee system.( 安全技术)单位：_______________________部门：_______________________日期：_______________________本文档文字可以自由修改水轮机导水机构安装技术(新版)机坑清扫、测定和导水机构预装时，机坑内应搭设牢固的安全平台。
导叶安装时，作业人员应注意力集中，严禁站在固定导叶和活动导叶之间，防止挤伤。
吊装顶盖等大件前，组合面应清扫干净、磨平高点，吊至安装位置0.4m~0.5m处，再次检查清扫安装面，此时吊物应停稳，桥机司机和起重人员应坚守岗位。
导叶轴套、拐臂安装时，头、手严禁深入轴套、拐臂下方。
调整导叶端部间隙时，导叶处与水轮机室应有可靠的信号联系。
转轮四周应设置防护网，人员通道应规范畅通。
在蜗壳内工作时，应随身携带便携式照明设备。
导叶工作高度超过2m时，研磨立面间隙和安装导叶密封应在牢固的工作平台上进行。
水轮机室和蜗壳内，应设置通风设施。
在尾水管、蜗壳内进行环氧砂浆作业时，水轮机室和蜗壳内的其他工作应停止。
水轮机室和蜗壳内的通道应保持畅通，不得将吊物孔作为交通通道或排水通道。
采用电镀或刷镀对工件缺陷进行处理时，作业人员应做好安全防护。
采用金属喷涂法处理工件缺陷时，应做好防护防止高温灼伤。
²导叶进行动作试验的注意事项导叶进行动作试验前，应对水轮机室和座环导叶部位进行检查，并通告相关人员撤离，试验时应在水轮机室、蜗壳进人门处悬挂警示标志，并设专人监护，无关人员不得进入。
操作人员与水轮机室、蜗壳内检查人员应有可靠的信号联系，每次检查前应与检查人员联系确认。
水轮机及讲解
Pelton turbine
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各型水轮机适用不同水头范围对应不同转 轮形状
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1.3 水轮机的基本构造
• 反击式水轮机通常由四大部分组成
– 进水部件：蜗壳 和座环 – 导水部件：导叶及其传动机构 – 工作部件：转轮 – 泄水部件：尾水管
• 这四大部分对于不同类型的水轮机各不完 全相同，有着自身的特点
水力发电系统组成：水电站建筑物、水力 机械、电器设备
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1
水力发电过程能量转换：水能—机械能— —电能
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2
本课程的主要内容
• 水电站是水利枢纽的一个重要组成部分，是利 用水力资源发电的场所，是建筑物、水、机、 电的综合体。
– 进水及引水建筑物（进水口、引水隧洞、压力管 道）——
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1.5 水流在反击式水轮机中的运动
水流在转轮中的运动是三维复合运动
叶片表面：三维扭曲面 叶道：三维扭曲空间 转轮：绕主轴旋转 所以水流在反击式水轮机 转轮中的运动是一个复杂 的三维空间的复合运动
相对运动、牵连运动 和绝对运动
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分析水流在水轮机中的运动要作假定
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引水部件—蜗壳和座环
• 蜗壳（和座环）
– 蜗壳的作用主要是使水流以较小的水力损失均匀对 称地流入转轮；座环起加强蜗壳的刚度并传递上部 结构力的作用。
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引水部件—蜗壳和座环
• 蜗壳（和座环）
– 蜗壳的作用主要是使水流以较小的水力损失均匀对 称地流入转轮；座环起加强蜗壳的刚度并传递上部 结构力的作用。
水轮发电机组培训课件
制动系统
• 发电机采用机械制动的方式，在下机架支臂上均匀装设了 4只具有气复位功能的制动器，每个制动器上均安装了复 位信号发送装置，制动器也作为发电机转子顶起装置的一 部分。
集电环和碳刷 • 发电机最上端的集电环和碳刷，其作用是将静止
的励磁系统输出的电流送入旋转的转子线圈。
下风罩
• 下风罩安装在主轴法兰连接处，构成发电机的密闭仓，下 风罩也作为发电机的安装平台及水轮机吊车的支撑体。
• 检修密封在工作密封下方，采用空气压迫橡胶带式密封结构，当机组检修时，向空气 围带内充入0.5-0.7MPa压缩空气，橡胶围带膨胀而使围带的密封唇边与主轴贴紧起到 密封作用。正常运行中严禁将检修密封投入，否则会造成橡胶围带磨损损坏。
• 定子 • 转子 • 上机架 • 下机架 • 空气冷却系统 • 制动系统 • 集电环和刷架 • 检测保护系统 • 灭火系统 • 上盖板和下风罩 • 大轴等部分组成。
尾水管
• 尾水管结构：锥管、肘管。 • 尾水管作用：锥管主要为转轮室补气测压监视；肘管主要
作用是排水、补气测压监视。
导水机构
• 水轮机导水机构的作用，主要是形成和改变进入转轮水流 的环量，采用转动式的性能良好的多导叶控制，保证水流 以很小的能量损失，在不同的流量下沿圆周均匀进入转轮。
主轴
• 水导轴承为自循环稀油润滑筒式轴承，外循环冷却，采用巴氏合金轴 瓦，具有自润滑循环方式，运行中透平油因离心力从转动油盆自下沿 轴瓦上约45°的螺旋导油槽进入上油盆，其间对轴瓦进行润滑、冷却， 透平油在上油盆内进行冷却，冷却后因自重又回到转动油盆中，如此 往复不止从而起到润滑和冷却的效果。
轴承密封
• 主轴密封分工作密封和检修密封两种。
• 工作密封采用活塞式橡胶平板接触密封，由转环、密封座、橡胶密封环等组成，工作 时，通过技术供水将橡胶密封环顶起，与转环直接接触，达到密封的效果。橡胶密封 环通过泄漏水进行润滑、冷却，磨损后可自动调整复位，上密封座上有压力水进口和 排沙口，密封效果较好。
水轮机相关知识培训
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2.3. 泥沙磨损破坏的因素： ①.磨损物质的成分、颗粒大小、硬质、形状等。 ②.受磨材料的特性：指水轮机过流部件金属材料的内部组织及成分、粗糙 度、表面尺寸、硬度等。 ③.水流的一些特性：水流含泥沙的浓度、水流速度大小及方向等。 ④.运行方式的影响。当在非设计工况下运行时，会引起气蚀和磨损对机件 的联合作用，其表现为： a.气蚀和磨损联合作用时间在材料的汽蚀潜伏期内，这时材料破坏仅与水 流速度、泥沙含量及沙粒特性有关，即主要为磨损。
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下环：下环将转轮的叶片练成整体，以增加转轮的强度和刚度，并与上冠一起形 成过流通道。 泄水锥：泄水锥作用是引导经叶片流道出来的水流迅速而又顺利地向下渲泄，防 止水流相互撞击，以减少水力损失，提高水轮机的效率。 止漏环：作用是减少转轮上下转动间隙的漏水量。 减压装置：作用是减少作用在转轮上冠上的轴向水推力，以减轻推力轴承的负荷。
气蚀对过流表面产生的破坏作用
主要有以下三种： ①.机械破坏作用：大量气泡连续不断地产生与溃灭，水流质点反复冲 击，使过流通道的金属表面晶粒脱落，遭到严重破坏，称为机械破坏，又称 疲劳剥蚀。 ②.化学破坏作用：气泡被压缩，体积缩小，气泡破坏时水流质点相互 撞击，引起局部温度升高（可达到300℃），气泡的氧原子与金属发生化学 反应，造成腐蚀；同时由于局部温度升高，引起金属材料氧化。 ③.电化破坏作用：在发生气蚀过程，气泡溃灭时引起局部温度升高， 冷热端之间形成热电偶，冷热端间存在着电位差，在材料中有电流产生，引 起热电效应，对金属表面产生电解作用，形成电化学腐蚀。金属表面因电解 作用而发暗边毛糙，加速了机械作用的破坏。
子的转速n （r/min） 则感应电势每秒交变 频率为 f=pn/60 （Hz），又得： pn/60 次，即电势的 （r/min）
第六章 水轮机的导水机构
按弧长计算。
t
D0 。
z0
翼弦长度与栅距的比值称为叶栅稠密度。
一般采用
L t
1.1
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第二节 径向式导水机构的几何参数
5.导 叶 出 口 角0
导叶出口边处骨线与圆周方向的 夹角称为导叶出口角。它是决定 水轮机过流量的一个重要参数。
假定出口为法向时，基本方程式
变为
g
Hh
第四节 导叶的类型及选择
Q b0
(ctg
ctg0 )
负曲率
0
0
环量增加
对称型
0
0
环量不变
正曲率
0
0
环量减少
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第四节 导叶的类型及选择
三、导叶翼型的选择
选择导叶时，除了考虑其它要求外，主要应满足 转轮进口环量要求。
转轮进口环量大小取决于水头，因此主要根据水 头选择导叶翼型，同时考虑蜗壳的型式。
低比速混流式水轮机(H>150m):
负曲率
中高比速混流式水轮机(H=40~150m) 正曲率
低比速轴流式水轮机(H=40~60m) :
高比速轴流式水轮机(H<40m):
对称型
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本章主要内容
导水机构的类型 导水机构的主要参数（导叶高度、导叶出口
ctg2
可见在水轮机转速和水头不变的情况下，流量的调 节可通过改变三个量来达到：导叶高度，导叶出口 角，以及转轮叶片出口角。（调节流量的方法）
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第四节 导叶的类型及选择
一、导叶翼型的类型
0
第六章-水轮机的导水机构.
Q wu 2 vm 2ctg2 ctg2 F2
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第三节 导水机构的工作原理
代入基本方程式，则有
g
Hh
Q Q ctg 0 r22 ctg 2r2 2b0 A2
整理上式即得到流量调节方程
Q r2 Hh 1 r2 ctg 0 ctg 2 2b0 A2
4.应便于安装和检修，特别是调正导叶端面和立面间隙时操作 要简便； 5.在停机时应有良好的封水性能； 6.导叶传动机构应灵活，各个零部件之间的磨擦应有良好的润 滑，结构要简单。
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第一节 导水机构的分类
理想的调节机构是工况变化时，仅仅只改变流 量而水头损失极小。
调节水轮机的过流能力，可以通过不同的途径实现： 1.微小型和较小型的水轮机，可以用一个装在进水管的 阀，或转轮前的筒形阀来调节通过水轮机的流量。
可见在水轮机转速和水头不变的情况下，流量的调 节可通过改变三个量来达到：导叶高度，导叶出口 角，以及转轮叶片出口角。（调节流量的方法）
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第四节 导叶的类型及选择
一、导叶翼型的类型
0
负曲率
0
对称型
0
正曲率
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第四节 导叶的类型及选择
2.在水轮机转轮前布置多个导叶,它们在调节时作同步
的绕自身轴线转动，有如百叶窗一样，只改变水流过 水断面面积，水流流径该通道，水头损失很小。
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第一节 导水机构的分类
圆柱式导水机构 圆锥式导水机构 径向式导水机构 斜向式导水机构 轴向式导水机构
圆盘式导水机构
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2-4 水轮机导水部件的作用原理
p2 g
2 c2 Z 2 ）和动能（ ）白白浪费掉 2g
• 5—5断面至自由表面的损失为
5 c5 2
2g
Z5 (Z0 Z5 )
2 5c5
2g
h50 Z 0
2 2 2 c2 pa 5 c5 p2 • 则 Z2 h 2 5 g g 2g
当喷管出口的环境压力（背压）降低时，出 口速度将随之增加，但这个增加是有限度的， 当出口速度达到当地音速时，速度达到极大值。
当达到音速时的背压称为临界压力。
p 临界压力比 cr cr p0
绝热指数的函数
1 p1 2 v1 v0 ( ) p1 ( ) p0 2 1 1 喷管的质量流量 q Ac p0 p1 1 2 p0 p1 2 m q A ( ) ( ) c m 1 0 v1 1 v0 p0 p0 v02
§2-4 水轮机导水部分的作用原理
一、 导叶的工作原理 • 当水轮机轴端负荷发生改变时， n 随即改变，要求流量变，以使 水轮机的功率与负荷平衡，而在许可的时间内使 n回到原来的位 置。 Q Q c r c r c ctg r ctg r ctg • 转轮进口的速度矩： 2 r b 2 b • • b0 —导叶高度， 0 —导叶出流角 • 转轮出口的速度矩：
T T 0 u1 1 u0 0 m0 0 0 0 0 0 0 0 0
0
• • •
cu 2 r2 u2 r2 cm 2 ctg 2 r2 r22
QT ctg 2 r2 A2T
A2T ——水轮机转轮出口过流面积 —转轮出口半径 r2
第二讲水轮机结构
9.安装推力头；
定
子
串联变出口 出口母线 定子绕组 定子铁芯 空冷器支架
定子机座
空冷器
暖风窗
定
子
安
装
机座分为六瓣，由五层环板及其间盒型筋等支撑，装焊而成，最大直径17.7米，高3.5米 ；定子 铁芯是由0.5mm厚W315-50热轧矽钢片冲制的扇形片叠压而成，整园每层66张扇形片，每张扇形片上 有12个槽，铁芯共分36段，采用高度为8mm通风槽钢，齿压片和端箍均采用无磁性材料；定子绕组采 用条形波绕组，每个线棒由42根双玻璃丝包线360°挨位编织，包绝缘模压而成。绝缘为B级环气粉 云母带。绕组为3路人形接法。
水 导 油 箱
分瓣配合处
水导油箱由二瓣组成，安装时先分别吊入，然后组合安装 成一个整体，并且与水导油箱筒连接成一体。
水 导 轴 承 体
水导轴瓦支柱螺 丝安装孔
水 导 轴 承 安 装
装配步骤：
1.安装水导油箱筒； 2.安装水导油箱； 3.安装水导轴承体； 4.安装水导轴瓦； 5.调整水导轴瓦； 6.安装轴瓦测温装置； 7.安装地板； 8.安装水导轴承盖；
缸体与轮毂之间应该装有 橡皮密封圈（图中没有表 示其安装过程），保证油 缸那中压力油不外漏。
轮叶操作机构
枢轴 转臂 铜瓦
铸铁瓦
连杆
操作架连接处
注：图中尚缺乏轮叶操作架
轮叶操作机构装配
装配步骤：
1. 安装转臂和连杆； 2.安 装枢轴；
轮叶密封装置
垫环 V型密封 顶起环
密封压板
λ型密封
轮叶密封装配
外形图 剖面图 轴套
套筒
轴套
L型密封
固定导叶轴心； 起密封作用，防止水流进水车室。
水轮机原理及构造
水轮机原理及构造1、概述混流式水轮机工作原理：水流经压力钢管在开启蝶阀后进入蜗壳形成封闭的环流〔形成环流是为了使水流作用转轮时，使转轮各方向受力均匀，到达机组稳定运行的目的〕，在导叶开启后，水流径向进入转轮又轴向流出转轮〔所以称之为混流式水轮机〕，在这个过程中由水流和水轮机的相互作用，水流能量传给水轮机，水轮机开始旋转作功。
水轮机带动直流励磁的同步发电机转子旋转后，根据电磁感应原理〔问题〕，在三相定子绕阻中便感应出交流电势，带上外负荷后便输出电流。
注：电磁感应闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生感应电流，这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。
①产生感应电流的必要条件是：a、电路要闭合；b、闭合电路中一部分导体做切割磁感线运动，缺一不可；假设是闭合电路的一部分导体，但不做切割磁感线运动则无感应电流，假设导体做切割磁感线运动但电路不闭合，导体上仍无感应电流则导体两端有感应电压。
②感应电流的方向跟磁场方向和导体切割磁感线运动方向有关三者互相垂直，改变磁场方向或改变导体切割磁感线方向都会改变感应电流的方向。
③在电磁感应现象中机械能转化为电能。
应用：发电机是根据电磁感应原理制成的，它使人们大规模获得电能成为现实。
①交流发电机主要由转子和定子两部分组成，另外还有滑环、电刷等。
②交流电的周期与频率周期和频率是用来表示交流电特点的两个物理量，周期是指交流发电机中线圈转动一周所用的时间，所以单位是“秒”；频率是指每秒钟内线圈转动的周数，它的单位是“赫”。
我国使用的交流电周期为0.02秒，频率是50赫，其意义是发电机线圈转一周用时0.02秒，即1秒内线圈转50周，因为线圈每转一周电流方向改变两次，所以，频率为50赫的交流电在1秒钟内方向改变100次。
2、水轮机的主要类型：水轮机基本类型有：还击式冲击式还击式：混流式〔HL〕、东风：HLA722C-LJ-192HL混流式水轮机设计序号为A722C为L立轴J金属蜗壳192转轮直径为192cm轴流式〔ZL〕：轴流转桨式〔ZZ〕轴流定桨式〔ZD〕、斜流式〔XL〕、贯流式〔GL〕：贯流转桨式〔GZ〕贯流定桨式〔GD〕特点：将位能〔势能〕、动能转换为压能，进行工作；转轮完全淹没在密闭的水体中。
水轮机分类和结构(水电站培训资料)
水轮机分类和结构一、水轮机分类1、按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。
反击式利用水流的压能和动能，冲击式利用水流动能。
反击式中又分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种。
冲击式中又分为水斗式、斜击式和双击式三种。
2、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。
3、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4、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。
5、水轮机主轴布置形式分类（1）水轮机按主轴的布置形式又可分为卧式和立式两种（也称横轴和立轴）。
立式布置得水轮发电机分为悬式和伞式两种。
（2）悬式发电机的推力轴承位于发电机转子上部的上机架上或上机架中。
伞式发电机的推力轴承位于转子下部的下机架中，或用支架支承在水轮机顶盖上。
伞式发电机又分普通伞式（其上、下导轴承分别位于上、下机架中），半伞式（只用上导轴承，它布置在上机架中，无下导轴承；我厂机组为此类型）和全伞式（只有下导轴承，它布置在下机架中，无上导轴承）。
二、水轮机主要基本参数1、工作水头H是指水轮机进、出口断面处单位重量水体的能量差，单位是米（m），典型工作水头有以下：（1）最大水头（Hmax）：水轮机运行范围内允许出现的最大净水头。
（2）最小水头（Hmin）：水轮机运行范围内允许出现的最小净水头。
（3）设计水头（H设）：水轮发电机组发出额定功率时的最小水头。
2、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量，单位是立方米/秒。
3、出力N是指水流在单位时间内所做的功（功率），其大小与水轮机的水头，流量有关，单位为千瓦。
计算公式：N=9.81QHn4、效率是指水轮机总效率，是水轮机输入功率与输出功率之比，其值总是小于1，因为水轮机在工作过程中不可避免地要产生一些能量损失，主要包括：（1）水力损失：即水流经过蜗壳、导水机构、转轮、尾水管的水头损失。
第一章 水轮机的类型构造及工作原理
世界上最高水头的混流式可逆水轮机装于南斯拉夫巴伊 纳巴什塔电站,水头为600.3米，水泵扬程为 623.1米， 单机功率为315兆瓦。
四川农业大学水建系
利用水流的势能和动能进行工作； 转轮完全淹没在密闭的水体中。
总结：水轮机的分类
混流式 轴流式 反击式 轴流转浆式 斜流式 全贯流式 贯流式 灯泡式 轴伸式 竖井式 轴流定浆式
座环（Stay ring）
四川农业大学水建系
三峡水轮机座环，重达 300多吨，竖立的是座环固定导叶， 内侧安装活动导叶，座环中间安装水轮机转轮。
四川农业大学水建系
导水机构（distributor ）
功用：
①引导水流按一定方向进入转轮； ②形成与改变进入转轮的速度环量； ③根据机组负荷变化，调节水轮机流量，改变出力； ④关机时截断水流。
第一节 水轮机主要类型 第二节 水轮机工作参数
第三节 水轮机的基本构造
第四节 水轮机型号 第五节 水流在反击式水轮机转轮中的运动
第六节 水轮机的基本方程式
第七节 水轮机效率及最优工况
四川农业大学水建系
本节课教学内容及教学要求
1
水轮发电机组的基本概念
掌握水轮发电机组的基本概念。
水轮机 水斗式 冲击式
利用水流的动能进行工作 四川农业大学水建系 转轮露在空气中。
半贯流式
双击式 斜击式
小结
四川农业大学水建系
第二节 水轮机的工作参数
1 、水轮机的工作参数是表征水流通过水轮机时水流能量 转换为转轮机械能过程中的一些特性数据。 2 、水轮机的基本工作参数主要有水头、流量、转速、出 力、效率。
2 、冲击式水轮机：主要利用水流的动能做功的水轮机。 冲击式水轮机按射流冲击转轮的方式不同分为水斗式、斜击式 和双击式。
水轮机理论学习
6 水轮机包括哪几个基本工作参数？各参数的含义是什 水轮机包括哪几个基本工作参数？ 么？
水轮机基本工作参数有工作水头H、流量Q、出力NT、效率ηT和转速n等。 工作水头H是指水轮机进、出口断面处单位重量水体的能量差（亦称比能 差），单位是米（m）。 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量，单位是米3／ 秒（m3／s）。 出力（即功率）N，是指单位时间内，水轮机主轴所输出的功，单位是千瓦 (kW)。 效率NT，它等于水轮机出力从与输入水轮机的水流出力9. 81QH之比。 转速n是指水轮机运行时，在单位时间内的旋转次数，单位是转／分（r／ min）。
在水轮机前面装设蝴蝶阀或球阀或快速闸门是防飞逸的有效措施。当机组 过速达额定转速的150％时，关闭蝴蝶阀（球阀）或快速闸门，截断水流， 使机组停机，以缩短水轮机在过速或飞逸转速下运行的时间，起到对水 轮机的保护作用。
(2) 油压保护：压油装置高、低油压事故停机
(3) 瓦温保护：轴承瓦温升高报警，过高停机 (4) 剪断销：报警 剪断销保护装置由剪断销及其信号器组成。水轮机导水机构的传动机构中， 连接板和导叶臂之间是通过剪断销连接在一起的。正常情况下，导叶在 动作过程中，剪断销足够强度带动导叶转动，但当某导叶间有异物卡住 时，导叶轴和导叶臂都不能动了，而连接板在叉头带动下转动，因而对 剪断销产生剪切，当该剪切应力增加到正常操作应力的1．5倍时，剪断 销首先被剪断，该导叶脱离控制环，而其它导叶仍可正常转动，避免事 故扩大。同时剪断销剪断后，发出信号告诉运行人员 (5) 机组轴承油面保护（包括推力、上下导轴承任一个油槽油面升高或降 低到整定极限值）
混流式水轮机主要部件有： 主轴、转轮、水导、导水机构、顶盖、座环、基础环、蜗壳、尾水管、止漏 装置、减压装置和密封装置等。
水轮机水导及导水机构
水轮机水导及导水机构右江编号：32时间：2003-12-2916:55:38机械跟班实习（3）水轮机水导及导水机构一、水轮机导轴承二、主轴密封三、检修密封四、顶盖五、活动导叶接力器六、蜗壳七、座环八、活动导叶一、水导轴承•水导轴承的作用•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•二是维持已调好的轴线位置•本机组导轴承是筒式自润滑，油外循环冷却方式。
•水导轴承由轴瓦、支座、旋转油箱及箱盖等组成。
•轴瓦分四瓣，在其表面上铸上巴氏合金。
•旋转油箱则固定到水轮机轴下法兰上，旋转油箱分四瓣，油箱盖同时也是主轴密封抗磨环的基面，所以制造安装时，一定要确保表面的水平度。
•水轮机工况时，油是先冷却后润滑瓦面，再回到油箱里的；水泵工况，油是先润滑瓦面，然后在循环至冷却器进行冷却，再回到油箱的。
二、主轴密封•主轴密封位于水导轴承上面，主轴密封的形式是采用平衡式流体静压经向双端面机械密封。
•主轴密封的炭精环三、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。
四、顶盖顶盖主要作用有：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、上迷宫环等五、活动导叶接力器•广蓄一期导水机构采用双接力器操作。
•接力器由活塞缸、前后端盖、活塞、活塞杆以及相应的密封，锁定系统组成•左手边（面向上游）的接力器有2个对称的液压自动锁定装置。
液压锁定•导水叶在关闭时投入，可使导水叶有预紧力，减小导叶的漏水量。
•液压自动锁定装置行程为68cm，额定工作压力为64bar，试验压力为96bar。
机械锁定•右手边（面向上游）的接力器有2个对称的手动锁定装置。
•在导叶全开时投入，以避免在导水机构内部进行检查或检修时关闭导水叶而造成事故。
水轮机概论及工作原理
水轮机概论及工作原理水轮机是一种将水的能量转化为机械能的装置，广泛应用于水力发电和工业生产中。
水轮机的工作原理基于流体静力学原理和动力学原理，通过水流的压力和流速来驱动轮盘的转动。
水轮机的主要组成部分包括定子、转子和导水管道。
定子是需要安装在导水管道上的一种装置，用于引导水流并控制水流的压力和方向。
转子是水轮机的核心部分，由轮盘和转轴组成。
轮盘上面通常有多个叶片，可以根据水流的压力和流速来转动。
转轴将转动的动能传输给发电机或其他机械装置。
根据水轮机叶片的形状和布局方式，可以将水轮机分为多种类型，其中最常见的是水轮机和斜流水轮机。
水轮机：水轮机采用径流式布置，叶片通过水流的冲击和冲击力矩来转动轮盘。
流入水轮机的水流方向垂直于轮盘的转动轴线，水流经过叶片后冲击轮盘的另一侧。
水轮机适用于大流量、低水头的水力资源，如河流和瀑布。
斜流水轮机：斜流水轮机采用斜流式布置，水流的方向与轮盘的转动轴线呈45度角。
水流沿着叶片倾斜的方向经过水轮机，通过叶片的转动转变为轮盘的旋转动能。
斜流水轮机适用于中等流量、中等水头的水力资源，如河流和水库。
水轮机的工作过程可以概括为以下几个步骤：1.水流的引导：水轮机的定子通过导水管道将水流导向叶片区域。
定子具有特定的形状和角度，能够使水流以一定的速度和方向进入叶片。
2.水流的转向：水进入叶片区域后，受到叶片的作用发生方向的变化。
叶片的形状和布局可以改变水流的流向，并且通过冲击叶片产生冲击力矩来推动轮盘的转动。
3.转动轮盘：当水流对叶片施加冲击力矩时，叶片就会开始转动轮盘。
转动轮盘的速度取决于水流的流速和压力，以及叶片的形状和数量。
4.能量转移：转动轮盘的动能可以进一步转移到发电机或其他机械装置。
发电机将机械能转化为电能，用于供电；或者机械装置可以利用转动的动力进行生产。
总体上，水轮机利用水的能量来推动转子旋转，将水流的动能转化为机械能。
水轮机具有高效、可持续的特点，在水力资源丰富的地区广泛应用，为社会经济的发展提供了重要的能源支持。
水轮机工作原理
水流作用于叶片的力矩、水轮机基本方程式和效率
1、水力损失和水力效率 当水流通过水轮机时，为克服各过流部件的水力阻力而引起的水头损
失称为水力损失。
水力损失包括：从蜗壳进口断面开始，经蜗壳、座环、导水机构、转 轮、尾水管直到出口断面所有过流部件的沿程摩擦损失和局部撞击、漩涡 、脱流等引起的局部阻力损失，以及尾水管的出口损失（速度水头）。 沿程摩擦损失与流速及过流部件的表面粗糙度有关。而局部损失除与 流速分布有关外，更主要取决于各过流部件流线形状及运行工况。 在水轮机各种损失中，以水力损失最大。
三、转轮中的水流运动 水流通过水轮机转轮流道时，一方面沿着弯曲的转轮叶片做相对运 动，另一方面又随转轮旋转。因此，转轮中的水流形成一种复杂运动。 为简化问题，一般假定转轮叶片数和导叶数为无限多，且水流在水轮 机中的运动可做如下假设： ⑴稳定流：认为在水头、流量和转速一定的情况下(即固定工况下)， 水流在引水室、导水机构、尾水管中的流动以及在转轮中相对于叶片的 流动是稳定的，即不随时间而改变运动状况。 ⑵轴对称流：认为水流对称于水轮机轴线流向导叶和转轮，即导叶周
转轮的力矩关系。水轮机的基本方程式就是在理论上建立这个关系。 根据动量矩定理，单位时间内水流质量对定轴的动量矩变化等于作用 在该质量上的全部外力对定轴的力矩和，即
Ma
d mV u r dt
式中
Ma——外力矩。
水流作用于叶片的力矩、水轮机基本方程式和效率
考虑水流通过转轮时动量矩的变化： 在时刻 t ，水流质量充满转轮流道 ABCD ，经过时间 dt 后，这部分质量
水轮机中的水流运动
水轮机各过流部件水流运动的特点 一、蜗壳中的水流运动
蜗壳是水流进入水轮机的第一个部件。通过它将水引向导水机构并进
第七章 水轮机的引水部件
2
⑦进口断面的外半径
R0 a0 0
2、座环的连接方式及参数的选择
（1）座环的连接方式
A.蜗壳与座环蝶形边对接或搭接；
B. 蜗壳与座环无蝶形边相连；
C. 蜗壳与座环蝶形边相切。（工程上常采用）
（2）座环参数的选择 ① 座环内外径，可以直接查座环标准型谱（见设 计手册）。或由经验公式决定：
v
2、轴对称进水——是指蜗壳内的水流对水轮机
轴线而言是轴对称的。 即：要求蜗壳中距水轮机轴心半径相同的各点上 其水流的切向速度
vu
大小相同。
或 距半径不同的点上，其
vu 与
r 成反比。
则同一圆周上：
vu K
vu r K
或不同圆周上：
三、蜗壳中水流流线的特点
由蜗壳内任一点的水流速度矢量图知，有下列
2、 “等速度矩”法
水流进入蜗壳后，设任意一点的速度为
表示，速度 速度
vu 和沿半径方向的径向速度 vr 点的水流速度与圆周方向的夹角为
图所示。
v 可分解为沿圆周方向的切向
，如
v
，该
等速度矩”法表明： ①蜗壳中水流各点的速度 矩
vu r C 为一常数；
②蜗壳中距水轮机轴心半
径相同的各点其水流切向
h Ra r0 tg
④ 座环蝶形边锥角顶点 至座环外径的最小距离
d ra Ra
⑤ 当量圆断面半径 i 2 Ra 1 2 ctg C sin i C
⑥ 当量圆面积
A d tg hL cos
1、进口断面参数的选择
①包角 ②进口断面平均流速
v0 K H
③进口断面的流量
水轮机结构介绍2讲课文档
现在四十七页，总共九十五页。
轴瓦调 整用孔
水导油箱筒
水导油箱筒由二瓣组成，安装时先分别吊入，然后组合安装。
现在四十八页，总共九十五页。
水导油箱
分瓣配合处
水导油箱由二瓣组成，安装时先分别吊入，然后组合安装成一 个整体，并且与水导油箱筒连接成一体。
现在四十九页，总共九十五页。
水导轴承体
水导轴瓦支柱螺丝 安装孔
两段操作油管的连接法兰 和下操作油管与导轴连接法兰 之间安装橡皮密封圈（图中没 有表示）。
本图中隐藏了导水机构
现在三十五页，总共九十五页。
主
轴
转子连 接法兰
推力轴承 配合面
水导轴承 配合面
缸体连 接法兰
作用：
1. 水轮机与发电机的重要连接部件，连接发电机转子和水轮机转轮体； 2. 将水轮机的输出转矩传递给发电机转子。
装配步骤：
首先采用转轮翻身工 具将转轮体翻身（图中 没有表示）；然后将轮 叶分片装配到相应位置 （图中只显示了单个轮 叶的安装）；用螺栓将 轮叶与枢轴固定；安装 转轮悬挂装置；再安装 操作架（图中没有表示 出来）。
现在三十一页，总共九十五页。
外形图
泄水锥结构
剖面图
作用：
1. 是水轮机导水机构的重要组成部分，主要是为尾水导流； 2. 使转轮体内部形成一个封闭油腔，起密封作用。
水轮机底环安装
1. 将底环吊入机坑，调整底
环位置符合设计要求；
2. 将底环固定在水泥基础上，
保证其过流面与座环和转轮 室上环过流面光滑过渡。
现在十二页，总共九十五页。
控制环 导叶连杆 活动导叶
导水机构
导叶套筒 顶盖
底环
作用：
1. 调节通过机组过流系统的水的流量，达到控制机组转速的目的； 2. 机组主要过流部件之一。
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水轮机水导及导水机
构
水轮机水导及导水机构 --------------------------- 右江
编号： 32时间： 2003-12-29 16:55:38
机械跟班实习（3）
水轮机水导及导水机构
一、水轮机导轴承
二、主轴密封
三、检修密封
四、顶盖
五、活动导叶接力器
六、蜗壳
七、座环
八、活动导叶
一、水导轴承
• 水导轴承的作用
• 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
• 二是维持已调好的轴线位置
• 本机组导轴承是筒式自润滑，油外循环冷却方式。
• 水导轴承由轴瓦、支座、旋转油箱及箱盖等组成。
• 轴瓦分四瓣，在其表面上铸上巴氏合金。
• 旋转油箱则固定到水轮机轴下法兰上，旋转油箱分四瓣，油箱盖同时也是主轴密封抗磨环的基面，所以制造安装时，一定要确保表面的水平度。
• 水轮机工况时，油是先冷却后润滑瓦面，再回到油箱里的；水泵工况，油是先润滑瓦面，然后在循环至冷却器进行冷却，再回到油箱的。
二、主轴密封
• 主轴密封位于水导轴承上面，主轴密封的形式是采用平衡式流体静压经向双端面机械密封。
• 主轴密封的炭精环
三、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。
四、顶盖
• 顶盖主要作用有：
• 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
五、活动导叶接力器
• 广蓄一期导水机构采用双接力器操作。
• 接力器由活塞缸、前后端盖、活塞、活塞杆以及相应的密封，锁定系统组成。
• 左手边（面向上游）的接力器有 2 个对称的液压自动锁定装置。
液压锁定
• 导水叶在关闭时投入，可使导水叶有预紧力，减小导叶的漏水量。
• 液压自动锁定装置行程为 68cm ，额定工作压力为 64bar ，试验压力为96bar 。
机械锁定
• 右手边（面向上游）的接力器有 2 个对称的手动锁定装置。
• 在导叶全开时投入，以避免在导水机构内部进行检查或检修时关闭导水叶而造成事故。
• 手动锁定装置的行程为 50cm 。
六、蜗壳
• 在机组作水轮机运行时
• 蜗壳在座环圆周方向提供均匀的流速不变的压力水流进入转轮
• 在机组作为水泵抽水时• 蜗壳收集转轮所泵出的水流并将水流的动能转换成压能输入引水钢管
七、座环
• 座环的作用
• 是承受整个机组及其上部混凝土的重量以及水泵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
八、活动导叶
• 导叶安放在转轮与座环之间上下由顶盖和底环上的轴套固定
• 通过接力器和连杆机构来操纵导叶的开关。