轴流式水轮机
轴流式 贯流式
轴流式贯流式
轴流式和贯流式是两种不同类型的风机或水轮机的工作方式，它们在结构和运行原理上有所不同。
轴流式风机或水轮机的特点是气体或水流平行于风机轴或水轮机轴流动。
在轴流式风机中，叶片推动空气沿着与轴相同的方向流动，产生气流。
这种类型的风机通常用于需要大风量但压力要求较低的场合，如电风扇或空调的外机风扇。
轴流式水轮机则利用水流沿着轴线方向的动能来转动转轮，进而驱动发电机发电。
贯流式风机或水轮机，又称为横流式，其特点是气体或水流垂直于风机轴或水轮机轴流动，并贯穿整个叶轮或转轮。
在贯流式风机中，气流通过叶轮的旋转被强制折转，从而产生较大的风压。
这种类型的风机通常用于需要较高风压但风量要求适中的场合，如空调挂机或风幕机等。
贯流式水轮机则利用水流通过转轮时的动能和势能转换来产生旋转力，进而驱动发电机发电。
这种类型的机组通常适用于低水头、大流量的水电站。
总的来说，轴流式和贯流式风机或水轮机在结构和运行原理上有所不同，分别适用于不同的场合和需求。
在选择使用哪
种类型的风机或水轮机时，需要根据具体的应用场景和要求进行评估。
水轮机的分类
水轮机的类型
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称为反击式水轮机。 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，即水流充满转轮室。
（1）混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。
适用范围：H=20-700 m , 单机容量：几万kW-几十万kW 广泛应用于中高水头、中小流量电站。
广泛，机组结构紧凑，流道形状平直，水力效率高。
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。
竖井式贯流机组：发电机安装在竖井内
2、冲击式水轮机 定义：利用水流的动能来做功的水轮机为冲击式水轮 机。。 特征：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转变成高速自由射流，该射流冲击 转轮的部分轮叶，并在轮叶的约束下发生流速大小和方 向的急剧改变，从而将其动能大部分传递给轮叶，驱动 转轮旋转。 在射流冲击轮，水流只冲击着转轮的一 部分，而不是全部。 类型：水斗式、斜击式、双击式。
（3）双击式
特点：从喷嘴出来的射流先后两次冲击在转轮叶片上。 这种水轮机结构简单、制作方便，但效率低、转轮叶片 强度差。 适用：仅适用于单机出力不超过1000kW的小型水电站， 其适用水头一般为5～100m。
（三）水轮机适用水头
OVER
适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40～200m 。
常用于抽水蓄能水电站。
（3）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。适用于低水头、大流量的 河床式和潮汐水电站。
叶片：固定的或可转动的两种。 应用：贯流式水轮机的适用水头为1～25m，适用于低水 头、大流量的河床式和潮汐水电站。目前我国自行研制 的最大的灯泡贯流式水轮机转轮直径为5.5m，单机出力 为15MW。 类型：全贯流式、半贯流式。
轴伸式贯流机组竖井贯流式水轮机
(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
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
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
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。
轴流式水轮机
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
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。
水斗的形状
(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。
多喷嘴安装
广泛应用的喷嘴
(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。
轴流式水轮机性能参数表
ZD760-LM/LMY-40型水轮机机组性能参数表ZDT03-LM/LMY-60型水轮机机组性能参数表ZDT03-LM/LMY-80型水轮机机组性能参数表ZDT03-LM/LMY-80型水轮机机组性能参数表ZD560-LMY/LH-60型水轮机机组性能参数表ZD560-LMY/LH-80型水轮机机组性能参数表水轮机选型方案1、水文资料：①、水头Hp≈7.0米；②、流量Q=1.0~1.5米3/秒；2、水轮机选型方案一：①、水轮机型号：ZD T03-LMy-60；转轮角ψ=+100；单价：5.0万元；②、运行状态参数校核：选型计算水头Hp=6.8米；计算单位转速n=750转/分；计算单机引用流量Q=1.15米3/秒；效率η=87%；水轮机有效出力N出=9.81QHη=66千瓦；发电机功率N发=0.9N出=59千瓦；③、配套发电机：SF55-8/590（电压400V）；单价：2.3万元；④、手动调速器：ST-150；(价格包含在水轮机价格中)⑤、控制屏、励磁屏、准同期并网装置；单价：1.5万元；3、水轮机选型方案二：①、水轮机型号：ZD T03-LMy-60；转轮角ψ=+150；单价：5.0万元；②、运行状态参数校核：选型计算水头Hp=6.8米；计算单位转速n=750转/分；计算单机引用流量Q=1.5米3/秒；效率η=87%；水轮机有效出力N出=9.81QHη=86千瓦；发电机功率N发=0.9N出=77千瓦；③、配套发电机：SF75-8/590（电压400V）；单价：3.2万元；④、手动调速器：ST-150；(价格包含在水轮机价格中)⑤、控制屏、励磁屏、准同期并网装置；单价：1.5万元；4、水轮机选型方案三：①、水轮机型号：ZD560-LMy-60；转轮角ψ=+50；单价：6.4万元；②、运行状态参数校核：选型计算水头Hp=6.8米；计算单位转速n=600转/分；计算单机引用流量Q=1.15米3/秒；效率η=87%；水轮机有效出力N出=9.81QHη=66千瓦；发电机功率N发=0.9N出=59千瓦；③、配套发电机：SF55-10/590（电压400V）；单价：3.2万元；④、手动调速器：ST-150；(价格包含在水轮机价格中)⑤、控制屏、励磁屏、准同期并网装置；单价：1.5万元；注：1、以上价格均不包含设备运输费用和安装调试费用；江西省莲花水轮机厂有限公司2005、06、28。
轴轮转浆式水轮机介绍(最详细)
位置
额定容量 (MW)
加拿大 越南 塔吉克斯坦 俄罗斯 苏丹 尼日利亚
3x86.5 2×55.4 2×115 1×52.5 4X80 3x120
转轮 直径 (m)
6.3
6.0 8.5 6.6 5.6 6.8
叶片数 投运 运营情况 时间
5
1984 良好
4
2023 良好
4
2023 良好
6
2023 良好
6
转轮 直径 (m) 10.2
8.0
10.4 6.4 8.0 9.0 10.1
叶片数
5 6 5 5 5 5 4
投运 运营情况 时间
1982 1996 2023 2023 2023 2023 2023
良好 良好
良好 良好 良好 良好 安装中
国际大型轴流水电站
项目
尼伯温 西山 山图迪斯II 切姆良 上阿特巴拉 凯恩吉
水力开发
先进旳设计手段
水力设计
CFD— 水力设计计算
模型试验 — 指导与修正
Ansys
先进旳设计手段
刚强度分析
I-deas
Hale Waihona Puke 轴系动态特征分析 三叶动态涡频分析
先进旳设计手段
推力轴承支架 直缸接力器 混凝土蜗壳 弯肘形尾水管
总体布置
机坑里衬 顶盖 轴承 密封 主轴
推力轴承支架 支持盖 导叶 座环 蜗壳 转轮 转轮室 尾水管
转轮室
分为上、中、下三段 流道表面采用马氏体不锈钢 流道表面全部精加工
里衬
尾水管锥管段
流道里衬范围
蜗壳导流段
尾水管中墩导流段
并能够根据顾客要求增长
感谢！
总体布置
轴流式水轮机课程设计
西安理工大学研究生课程作业课程名称：流体机械设计理论与应用任课教师：完成日期：2011 年12 月15 日学科：水利水电工程学号：姓名：成绩：轴流式水轮机转轮水力设计的主要目的是设计出能够保证各项性能要求的高效率的转轮，而轴流式转轮叶片的设计无疑是转轮设计的重要内容，本文采用奇点分布法来设计叶片，叶片设计出发点是用一系列分布在翼型骨线上的奇点来代替叶栅中的翼型对液流的作用，这样可以设计出一条翼型骨线，再通过加厚的方式设计出翼型及完整叶片。
可分为：1、选择环量密度沿骨线的分布规律；2、假定第一次近似翼型；3、第二、三次翼型的计算和绘制。
本次转轮叶片设计共分为5个断面，由小组合作完成，本人对该叶片第3断面翼型进行设计计算，截面半径r=3.05m 。
一、水轮机基本参数：N=37000kW ，H=14m ，n=83.3r/min ，η=90%，D 1=7.42m ，d=1.04m ，叶片数Z 1=4。
求计算截面半径：r=3.05m 上的翼型，给定的弦长为：l=4.984m 。
二、求解过程：叶栅距：791.4405.314.3221=⨯⨯==Z r t π(m) 计算截面的圆周速度u:26.606603.8305.314.32602=⨯⨯⨯==rn U π(m/s) 假定转轮出口Ｃ2u ＝０，则641.4606.261481.99.0C u 1=⨯⨯==UgHη(m/s)通过水轮机流量Ｑ：3001410009.037000102102Q =⨯⨯⨯==HNην(m 3/s)则轴向速度Z C 为：066.7])04.1()42.7[(14.33004)(4C 22221z -=-⨯⨯-=--=d D Q π(m/s) 按速度三角形：-24.2852C W 21u =-+=∞U C uu (m/s)066.7-==∞z z C W (m/s)283.0285.24066.7tan =--==∞∞∞u z W W β 8.15=∞β绕翼型环量B Γ为：235.223.8341481.99.060601121=⨯⨯⨯⨯==Γ-Γ=ΓZ gH Z B η(m 2/s) 三、翼型第一次计算作为第一次近似，先假定叶栅的翼型为平板翼型，如下图所示：叶栅中平板的安放角en β根据所选的)(s γ形式来确定。
轴流式水轮机安装特点
轴流式水轮机的安装特点
泄水锥 安装孔 安装孔 叶片 叶片
轴流式转轮安装孔
轴流式水轮机的安装特点
悬挂螺栓 转轮叶片 悬挂螺栓 导叶 蜗壳 座环
轴流式转轮悬挂
轴流式水轮机的安装特点
2．质量要求和测量方法 ．
①、高程——比工作位置略低15mm～20mm。 高程——比工作位置略低 ～ 。 ——比工作位置略低 中心位置—测量轮叶边缘与转轮室间隙均匀， ②、中心位置—测量轮叶边缘与转轮室间隙均匀，允许最大 偏差为设计间隙的± 偏差为设计间隙的±10%。 。 轴线垂直度—上法兰面水平，用方形水平仪测量， ③、轴线垂直度—上法兰面水平，用方形水平仪测量，达到 0.02mm/m。 。
衬板
座环
轴流式水轮机的安装特点
三、导水机构安装的特点
1．预装时不吊入支持盖 程序不同：主要保证底环与转轮室同心、 2．程序不同：主要保证底环与转轮室同心、同轴 定位顺序： 定位顺序： 底环 检查导叶活动性 端面间隙检查 调整顶 盖位置
轴流式水轮机的安装特点
四、转动部分组合检查特点
1．ZD与HL有相同的程序、方法。 ZD与HL有相同的程序、方法。 有相同的程序 ZZ转轮组合检查非常复杂 转轮组合检查非常复杂。 2．ZZ转轮组合检查非常复杂。 轮毂内部组合。 ①、轮毂内部组合。 轮叶组合。 ②、轮叶组合。 联轴。 ③、联轴。 受油器组合安装。 ④、受油器组合安装。
2、导水机不同 轴流式顶盖：分为外顶盖、 （1）轴流式顶盖：分为外顶盖、内顶盖
内顶盖 外顶盖 内顶盖 外顶盖
轴流式水轮机的安装特点
（2）止漏环位置不同
上部止漏环 止漏环
下部止漏环
混流式水轮机止漏环
轴流式水轮机止漏环
轴流式水轮机的结构
第二节 轴流式水轮机的结构一、概述轴流式水轮机与混流式水轮一样属于反击式水轮机，由于水流进入转轮和离开转轮均是轴向的，故称为轴流式水轮机。
轴流式水轮机又分为轴流定桨式和轴流转桨式两种。
轴流式水轮机用于开发较低水头，较大流量的水利资源。
它的比转速大于混流式水轮机，属于高比转速水轮机。
在低水头条件下，轴流式水轮机与混流式水轮机相比较具有较明显的优点，当它们使用水头和出力相同时，轴流式水轮机由于过流能力大（图2-15），可以采用较小的转轮直径和较高的转速，从而缩小了机组尺寸，降低了投资。
当两者具有相同的直径并使用在同一水头时，轴流式水轮机能发出更多的效率。
特别是轴流转桨式水轮机，由于转轮叶片和导叶随着工况的变化形成最优的协联关系，提高了水轮机的平均效率，扩大了运行范围，获得了稳定的运行特性，更是值得广泛使用的一种机型。
图2-15 轴流式水轮机1— 1— 1— 转轮接力器活塞；2—转轮体；3—转臂；4—叶片；5—叶片枢轴；6—转轮室图2-16所示是轴流转桨式水轮机的结构图。
它的工作过程和混流式水轮机基本相同。
水流经压力水管、蜗壳、座环、导叶、转轮、尾水管到下游。
与混流式水轮机所不同的是负荷变化时，它不但调节导叶转动，同时还调节转轮叶片，使其与导叶转动保持某种协联关系，以保持水轮机在高效区运行。
轴流式水轮机转轮位于转轮室内，轴流式水轮机转轮主要由转轮体、叶片、泄水锥等部件组成。
轴流转桨式水轮机转轮还有一套叶片操作机构和密封装置。
转轮体上部与主轴连接，下部连接泄水锥，在转轮体的四周放置悬臂式叶片。
在转桨式水轮机的转轮体内部装有叶片转动机构，在叶片与转轮体之间安装着转轮密封装置，用来止油和止水。
轴流式水轮机广泛应用于平原河流上的低水头电站，应用水头范围为3～55m ，目前最大应用水头不超过70m 。
限制轴流式水轮机最大应用水头的原因是空化和强度两方面的条件。
由于轴流式水轮机的过流能力大。
单位流量11Q 和单位转速11n 都比较大，转轮中水流的相对流速比相同直径的混流式转轮中的高，所以它具有较大的空化系数 。
轴流式水轮机型号
轴流式水轮机型号
适用于开发较低水头（2-30m）较大流量的水力资源, 适用于水头变化大而负荷变化较小的电站, 该机型为立轴装置, 具有结构简单, 维修方便, 设备价格较低, 便于实现直接传动等特点。
从进水流道分：有明槽、有压明槽、混凝土蜗壳; 从尾水流道分：有直锥管和弯肘管两种。
ZDT03 ─LM(Y)
─ 43型水轮机性能配套表LH(J)
ZDT03 ─LM(Y)
─ 60型水轮机性能配套表LH(J)
ZDT03 ─LM(Y)
─ 80型水轮机性能配套表LH(J)
LH(J)
LH(J)
LH(J)
LH(J)
定浆、转浆轴流式系列水轮机组特点
（或整装轴流式水轮机组）
※ 提供转达浆系列水轮机，增加年平均发电量的10%—30%
※ 提供固定座环外调速结构，不断导叶轴
※ 选用自润滑复合材料轴套（国家重点推广产品）
※ 顶盖拉钩处加大加厚，运行更稳定
※ 采用压紧式层叠型橡胶轴瓦，更换易、成本低、运行更稳定。
※ 原梳齿密封必为填料密封
ZDT03 ─LM(Y)
─ 180型水轮机性能配套表LH(J)
ZD560(a)─ LM(Y)
─ 43型水轮机性能配套表
LH(J)
ZD560(a)─ LM(Y)
─ 60型水轮机性能配套表
LH(J)
ZD560(a)─ LM(Y)
─ 80型水轮机性能配套表
LH(J)
ZD560(a)─ LM(Y)
─ 100型水轮机性能配套表
LH(J)
ZDJP502─LH(J)-100型水轮机性能配套表。
水轮机知识水轮机的主要类型及适用水头
水轮机的主要类型及适用水头水轮机是将水能转换成旋转机械能的一种水力原动机。
根据转轮转换水流能量方式的不同，水轮机分成两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机。
反击式水轮机包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机；冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式水轮机。
一、反击式水轮机反击式水轮机转轮区内的水流在通过转轮叶片流道时，始终是连续充满整个转轮的有压流动，并在转轮空间曲面型叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向，从而对转轮叶片产生一个反作用力，驱动转轮旋转。
当水流通过水轮机后，其动能和势能大部分被转换成转轮的旋转机械能。
1.混流式水轮机如图1-4所示，水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。
混流式水轮机应用水头范围较广，约为20～700m，结构简单，运行稳定且效率高，是应用最广泛的一种水轮机。
图1-4 混流式水轮机1—主轴；2—叶片；3—导叶2．轴流式水轮机如图1-5所示，水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而在转轮区内水流保持轴向流动，轴流式水轮机的应用水头约为3～80m。
轴流式水轮机在中低水头、大流量水电站中得到了广泛应用。
根据其转轮叶片在运行中能否转动，又可分为轴流定桨式和轴流转桨式水轮机两种。
轴流定桨式水轮机的转轮叶片是固定不动的，因而结构简单、造价较低，但它在偏离设计工况运行时效率会急剧下降，因此，这种水轮机一般用于水头较低、出力较小以及水头变化幅度较小的水电站。
轴流转桨式水轮机的转轮叶片可以根据运行工况的改变而转动，从而扩大了高效率区的范围，提高了运行的稳定性。
但是，这种水轮机需要有一个操作叶片转动的机构，因而结构较复杂，造价较高，一般用于水头、出力均有较大变化幅度的大中型水电站。
图1-5 轴流式水轮机1—导叶；2—叶片；3—轮毂3．斜流式水轮机如图1-6所示，水流在转轮区内沿着与主轴成某一角度的方向流动。
斜流式水轮机的转轮叶片大多做成可转动的形式。
因此，斜流式水轮机具有较宽的高效率区，适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40～200m。
轴流式水轮机
知识创造未来
轴流式水轮机
轴流式水轮机是一种利用水流能量转换为机械能的设备。
它采用轴向流动的水流与转子叶片相对作用的原理，将水
流能量转化为转子轴上的转动能量。
轴流式水轮机的主要组成部分包括水轮机壳体、导流装置
和转子。
水流由导流装置引导进入水轮机壳体内，经过转
子的叶片作用后，使转子产生转动。
转子上的叶片形状和
数量可以根据需要进行设计，以适应不同的水流条件和功
率要求。
轴流式水轮机具有高转速、高效率和适应范围广等特点。
它可根据需要调整导向叶片的角度来调节输出功率，适用
于中小型水电站、水利灌溉和排水等领域。
然而，轴流式水轮机也存在一些问题，如容易因水质问题
产生堵塞、效率受水流条件限制等。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的水轮机类型。
1。
轴流式水轮机
图5 转轮叶片转动角度示意图
图5 转轮叶片转动角度示意图 轴流转桨式水轮机效率较高，目前最高效率有的已超过94％，下面是转桨式转轮的叶片转桨动画。
转桨式转轮的叶片转桨动画 葛洲坝的轴流式水轮机单机容量是17万千瓦，转轮直径11.3m，是目前世界上直径最大的轴流式水轮机；福建水口水电站 单机容量是20万千瓦，是目前世界上单机容量最大的轴流式水轮机。图6是葛洲坝水轮机转轮在吊装过程中。
叶片受水流作用力图
叶片受水流作用力图
图3 叶片受水流作用力图 先看左面图，m是靠近叶片的一个水质点，为看的清楚，把他挪到左上方，水质点的速度是V，由于水进入转轮区有环量， 在图中的方向不是垂直向下，而是向左方倾斜；叶片绕轴旋转，截面的切线速度是U，相对于叶片水质点m则是以-U的速度 向右运动；所以水质点m相对于叶片的运动速度是W，也就是说叶片受到水流的方向是W。 再看右图，叶片受到方向是W的水流作用，由于W与翼形弦线c有攻角α，会产生一个垂直于W的升力L，同时也受到阻力 D（与W同向），两力的合力R是叶片受到的力，R在水平方向的分力是F，F就是推动叶片旋转的力。 轴流式水轮机叶片数目一般为3至8片，低水头少叶片，高水头多叶片。轴流式水轮机转轮流道的过流断面面积较大，可提 高了水轮机的单位流量和单位转速，可以采用较小的转轮直径和较高的转速，从而缩小了机组尺寸，降低了投资。轴流式 水轮机适用于较低水头、较大流量的水利资源。
轴流定桨式转轮和轴流转桨式转轮 轴流式水轮机分为轴流定桨式和轴流转桨式两种，图4是这两种水轮机转轮的图片。
轴流式水轮机的转轮
图4 轴流式水轮机的转轮（照片来自网络） 轴流定桨式水轮机转轮叶片是固定在轮毂上，结构简单，造价便宜，但只能通过调节导水机构控制出力，在水头与负荷变 化较大时，水轮机效率会有较大下降。轴流定桨式水轮机通常使用在水头25m以下，功率不超过5万千瓦。 轴流转桨式水轮机转轮叶片是可按水头和负荷变化作相应转动，改变叶片的攻角α，可在水头和负荷有较大变化时仍有良好 的运行性能。图5是轴流转桨式水轮机转轮叶片转动的示意图，左图是叶片在关闭状态；中间是计算位置，是正常运转时的 设计位置；右图是全开位置。
轴流式水轮机拆装及测量
轴流式水轮机拆装及测量实验目标1.知识目标：认识小型轴流式水轮机的叶片、导叶、主轴、轴承的功能和作用。
2.能力目标: 能够熟练拆解、安装、调试小型轴流式水轮发电机。
轴流式水轮机拆装及测量一、轴流式水轮机的结构、主要部件的功能和作用1、结构2、主要部件的功能和作用①主轴:中间连接、传递转矩、承受机组转动部件的重量及轴向推力。
②叶片:水轮机工作时转换水流的压力能以及动能，形成旋转机械能。
③导叶:在水轮机工作时控制水的流量，并水形成一个环状的量。
④轴承:承受机组转动部分的机械不平衡力和电磁不平衡力，维持机组主轴在轴承间隙范内稳定运行。
二、主要部件绘图1、绘制的尺寸单位为毫米。
2、主要绘制叶轮和导叶的展开图，采用AutoCAD1比1的比例绘制。
导叶展开图叶轮图三、技术参数①型号:ZD760- -LM-(10- -25)型水轮永磁发电机组②相数:单相、三相③电压:交流220伏、380伏④标称功率:0.3KW，0.5KW，0.6KW，1.0KW，1.5KW，2.0KW，3.0KW，5.0KW，8.0KW⑤水头:1-5米⑥流量:0.02- 1.0立方米/秒⑦允许工作环境温度:- 10℃- +60℃⑧工作方式:连续四、拆装及测量1、拆解和组装都比较简单，拆解从外往里依次拆解，需要把部件和螺丝摆放整齐，组装过程则是从里往外，依次组装。
2.测量:利用测量工具测量主要部件的尺寸，单位为毫米。
测量结束后，记录尺寸，收拾好工具并摆放整齐。
3.注意事项:①拆装过程中要注意防止划伤和重物砸伤。
②拆解的部件要摆放整齐。
③测量过程要进行多次测量防止误差偏大。
④实训结束后要打扫卫生，工具摆放整齐。
五、工作原理轴流式水轮机的工作原理主要是利用尾水管形成真空吸管，拉吸上游的来水使其形成射流，冲射水叶旋转，从而由水流动能转换诚机械能。
六、结果讨论①拆解过程要仔细观察各组成部件:有疑问及时向指导老师咨询。
②拆解过程中有的螺丝松动，要注意重物砸伤。
水轮机知识水轮机的主要类型及适用水头
水轮机的主要类型及适用水头水轮机是将水能转换成旋转机械能的一种水力原动机。
根据转轮转换水流能量方式的不同，水轮机分成两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机。
反击式水轮机包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机；冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式水轮机。
一、反击式水轮机反击式水轮机转轮区内的水流在通过转轮叶片流道时，始终是连续充满整个转轮的有压流动，并在转轮空间曲面型叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向，从而对转轮叶片产生一个反作用力，驱动转轮旋转。
当水流通过水轮机后，其动能和势能大部分被转换成转轮的旋转机械能。
1.混流式水轮机如图1-4所示，水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。
混流式水轮机应用水头范围较广，约为20～700m，结构简单，运行稳定且效率高，是应用最广泛的一种水轮机。
图1-4 混流式水轮机1—主轴；2—叶片；3—导叶2．轴流式水轮机如图1-5所示，水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而在转轮区内水流保持轴向流动，轴流式水轮机的应用水头约为3～80m。
轴流式水轮机在中低水头、大流量水电站中得到了广泛应用。
根据其转轮叶片在运行中能否转动，又可分为轴流定桨式和轴流转桨式水轮机两种。
轴流定桨式水轮机的转轮叶片是固定不动的，因而结构简单、造价较低，但它在偏离设计工况运行时效率会急剧下降，因此，这种水轮机一般用于水头较低、出力较小以及水头变化幅度较小的水电站。
轴流转桨式水轮机的转轮叶片可以根据运行工况的改变而转动，从而扩大了高效率区的范围，提高了运行的稳定性。
但是，这种水轮机需要有一个操作叶片转动的机构，因而结构较复杂，造价较高，一般用于水头、出力均有较大变化幅度的大中型水电站。
图1-5 轴流式水轮机1—导叶；2—叶片；3—轮毂3．斜流式水轮机如图1-6所示，水流在转轮区内沿着与主轴成某一角度的方向流动。
斜流式水轮机的转轮叶片大多做成可转动的形式。
因此，斜流式水轮机具有较宽的高效率区，适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40～200m。
轴流式水轮机
桨叶反馈信号 去调速器
操作油管
叶片
泄水锥
受油器结构与工作原理
操作油管及连接法兰
操作油管
外形图
上操作油管
连接轮叶接 力器上腔
中操作油管 下操作油管
连接轮叶接 力器下腔
端面图
转轮体内部结构
导轴 活塞环 活塞 轮毂
枢轴
转臂 连杆 连接体 下盖 放油阀 泄水锥
转轮体内部结构
缸体 护盖
轮叶密封 轮叶
操作油管 水轮机大轴
顶盖 水导轴承
支持盖 转轮体
主轴密封
轮叶接力器 叶片操 作机构
泄水锥
2）轴流式水轮机的导轴承——分 块瓦式 稀油润滑水导轴承
水导轴承箱
轴瓦 轴领
抗重螺钉
给水 排水
○○○○接力器 轮叶
操作架
4）桨叶操作系统
回油 压力油
漏油 水轮机大轴 桨叶接力器
谱或模型 特性曲线）例：ZZ440,K=0.71
Tz=KD12Hmax(104)N
２或经验公式计算（经验系数）
Tz
k
π 4
D12Hmax(104
N)
叶片数 ４
５
６
７
８
Ｋ
0.85
教材P206
0.87 0.90 0.93 0.95
３由单位轴向水推力曲线换算：教材P207
Tz TZ11D12Hmax (N ) TZ11 : 单位轴向水推力，查实验曲线
等开度线
等叶片转角线
5o......0o......10o
导叶开度增大
水
头
增 大
ao 10......20.......30
Q11
三、水轮机的轴向水推力
轴流式水轮机的典型结构分析
水管等部件组成 。蜗壳是水轮机的基础部件 ， 它使
水轮机进 水形成 一定环 量并沿 整个 圆周 均匀地输 送
收 稿 Ｅ期 ：０ ９ １ ９ 修 回 日期 ：０ ９ ２—２ ｔ ２０ —１ —０ ； ２ ０ —１ ４
导水机构主要由底环 、 顶盖、 导叶、 控制环、 接力
器、 导叶传 动 件 、 持盖 等部件 组成 ， 轮机转 轮 所 支 水
保护 ， 防止水流对混 凝土 的冲刷 ， 为 保护 钢板一直 延
续到水 流速 度 ６ｍ／ 左 右 的地方 。有时为 了免去 立 ｓ
机组 的 运 行 性 能 已 达 到 或 优 于 国 外 同类 机 型 的
水平 。
模、 拆模工作 ， 保证外形尺寸正确， 整个肘管甚至出
口扩散 管都用 钢 板里 衬 。大 型里衬 在 工 厂成 型 ， 分
重 量 、 轮机 的水 推力及蜗 壳 的内水 压力 ， 水 因此 要求 有足 够 的强度 和刚 度。座 环 一般 由上 环 、 环和 固 下
定 在转轮 体上 ， 叶片安放 角不能在运 行 中改变 ， 效率
曲线较 陡 ， 适用 于 负荷 变化 小 或 可 以用 调整 机组 运 行 台数来适应 负荷 变化 的电站 。轴 流转桨式水 轮机
流式水轮机设计具有参考意义。
关 键 词 ： 流 式 水轮 机 ； 环 ； 承 ； 水 机 构 ； 轴 密封 ； 轴 座 轴 导 主 转轮
中图分类号 ： ７ ３３ ３ ＴＫ ３ ．０
文献标识码 ： Ｂ
文章编号 ：０ １ ０ Ｘ ２ １ ）２ ０６ ３ １ ０ —４ ８ （０ ０ ０ —０ ６ —０
提高其 抗空蚀 能力 ， 面 采用 不锈 钢制 造 。尾 水 管 球
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等开度线
等叶片转角线
5o ...0 .o ...1 ..o 0 .
导叶开度增大
水
头
增 大
a o1.0 ..2...0 ...3 ..0 ..
Q11
三、水轮机的轴向水推力
• 水推力的成因：作用在水轮机转轮上的各种力的 轴向分量之和称作水轮机的轴向水推力。
• 水推力的影响：水轮机推力轴承的主要负荷。 • 水推力的计算:
F2
F4
F1
F3
Ft
Ft9.811034D12Hma(xN)
K4D12Hma(x104)(N) --------教材P157
转轮型号 HL310
HL240
K
0.37-0.45 0.30-0.41
HL100 0.08-0.14
四、轴流式水轮机飞逸转速的计算
1、轴流定桨式水轮机：同混流式水轮机
nR n11R. Hmax/D1 n11R:单位飞逸转速， 特由 性飞 曲逸 线查出。
定桨、转桨比较
n11
等开度线
等叶片转角线
Q11
3）转桨式水轮机桨叶与导叶的协联 导叶开度增大时叶片角度增大
ao ao
转桨式水轮机桨叶与水头的协联 水头增大时叶片角度增大
H H
4) 桨叶与导叶、水头的协联
水头不变时， n11
ao ao
导叶开度不变时，
H H
（１）水轮机的特性
1）轴流定桨式水轮机的特性
n11
a
Q
１、效率线窄长，负荷变化适应性差。 ２、等开度线为上升曲线，单位转速增大时流量增大。
Q11
２）转桨式水n 50
90%
85% 80%
Q11
50 00 50
Q11
２）转桨式水轮机的特性
特点：高效区宽；叶片与水头、导叶双协联
或由型谱查出
2、转桨式水轮机按协联工况保持计算 取Hmin、 Hr 、Hmax等数个水头，计算对应单位转速，
查协联保持飞逸特性曲线，分别查出各自的最大单位飞逸 转速，计算各水头的飞逸转速，再取其中最大值。 如ZZ440水轮机教材P382
瑞典语:Tack
２或经验公式计算（经验系数） T zkπ 4D 1 2H m(a14 xN 0 )
叶片数 ４
Ｋ
0.85
教材P206
５
６
７
８
0.87 0.90 0.93 0.95
３由单位轴向水推力曲线换算：教材P207
TzTZ11D12Hmax(N) TZ11:单位轴向水推力， 验查 曲实 线
2) 混流式水轮机的轴向水推力
转轮体内部结构
缸体 护盖
轮叶密封 轮叶
注：
1.图中没有安装轮叶 操作架；
2.图中没有标出所有 的连接螺钉和轴套。
轮叶连杆转壁
轮叶操作机构
铜瓦
枢轴
转臂
铸铁瓦
操作架连接处
连杆 图中尚缺乏轮叶操作架
二、轴流式水轮机的性能特点
１）比转速高，过流能力强，同样条件下， 出力大。 2）定桨式高效率区窄长，不适合负荷变化。 3）转桨式可随水头与负荷的变化自动调整叶 片角度，有宽广的高效率区。 ３）单位流量大，空化系数大，同样工作条 件下比混流式空化严重。 水轮机安装高程一 般低于混流式。
4）桨叶操作系统
回油 压力油
漏油 水轮机大轴 桨叶接力器
转轮体 操作架
桨叶反馈信号 去调速器
操作油管
叶片
泄水锥
受油器结构与工作原理
操作油管及连接法兰
操作油管
外形图
上操作油管
连接轮叶接 力器上腔
中操作油管 下操作油管
连接轮叶接 力器下腔
端面图
转轮体内部结构
导轴 活塞环 活塞 轮毂
枢轴
转臂 连杆 连接体 下盖 放油阀 泄水锥
* 用经验公式或经验系数计算； * 用实验参数确定：轴向水推力系数；单位轴向 水推力。
1) 转桨式水轮机的轴向水推力
Do
bo Vm
Ru
R RzF
Pz
F : 转轮体的水压力、 浮力等力之和；
Rz : 叶片升力的轴向分量； Tz : 转轮的轴向水推力。
Tz F Rz
轴向水推力的计算
１一般由实验确定水推力系数: 教材P382（水轮机型 谱或模型 特性曲线）例：ZZ440,K=0.71 Tz=KD12Hmax(104)N