混流式水轮机概述解剖
水利发电水轮机结构件图解说明
本图中隐藏了导水机构
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. 2. 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； 将水轮机的输出转矩传递给发电机转子。
主 轴 吊 装
装配步骤：
首先在主轴与转子连 接法兰上安装主轴吊具； 用桥机吊起主轴，将主轴 吊入机坑；调整主轴位置， 使得主轴轴心和转轮体轴 心一致；同时保证联轴螺 栓安装孔与转轮体上联轴 螺栓配合正确；安装联轴 螺母，使得二者紧固可靠。 主轴下连接法兰和缸 体的配合面上安装橡皮密 封圈（图中没有表示）。
8.安装镜板；
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。
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
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。
混流式水轮机
/trade/pay_success.htm?biz_order_id=213979720000462&out_trade_no=T200P213979720000462&dealing=T第一节混流式水轮机结构一、概述混流式水轮机是反击式水轮机的一种，其应用水头范围很广，从20~700m水头均可使用。
它结构简单，制造安装方便，运行可靠，且有较高的效率和较低的空蚀系数。
现以图2-1所示的混流式水轮机为例来介绍这种水轮机结构。
水轮机的进水部件是具有钢板里衬的蜗壳，座环支柱也称固定导叶1，在转轮四周布置着导水机构导叶2。
座环支柱具有坚固的上环a和下环b，蜗壳和上下环焊接在一起。
导叶轴颈用衬套（钢或尼龙材料）支承在底环3和固定于顶盖4的套筒5上。
底环固定于座环的下环上面。
顶盖用螺钉6与座环的上环连接。
导水的传动机构是由安置在导水叶上轴颈的转臂12，连杆13和控制环14组成。
导叶的开度0a（从导叶出口边端到相邻导叶背部的最短距离）的改变是通过导水机构的两个接力器16和控制环连接的推拉杆15传动控制环来实现的。
图2-1 HL200-LJ-550水轮机剖面图（高度单位：m，尺寸单位：mm）1—固定导叶；2—导叶；3—底环；4—顶盖；5—套筒；6—螺钉；7—主轴法兰；8—主轴；9—上冠；10—下环；11—叶片；12—转臂；13—连杆；14—控制环；15—推拉杆；16—接力器；17—导轴承；18—泄水锥；a19,b19—上，下迷宫环；a—坐环上环；b—坐环下环；20—连接螺栓由于混流式水轮机应用水头较高，导叶承受的弯曲载荷大，因此导叶的相对高度0b与轴流式水轮机比较起来做得短一些，以减小跨度。
此外，随着水头增高，相同功率下水轮机的过流量减小，这样有可能减小流道的过流载面。
0b一般随水头增加而减小。
导叶和水轮机顶盖4及底环3之间的间隙及相邻导叶在关机时的接合面都会有漏水现象。
一般采用橡胶的或金属制成的密封件，可使导水机构关闭时的漏水量最小。
第二讲水轮机结构
永磁机 上机架 上挡风板 定子 转子
下挡风板 下风罩推力轴Fra bibliotek 推力支 架柱段
推力支 架锥段 空冷器
机组顶部布置
水轮发电机组结构分类
基础部分 基础部分
水轮机部分 底环 导水机构
转轮体
支持盖
受油器
轴系部分 主轴 操作油管 水封 水导轴承 推力轴承
发电机部分 发电机定子 发电机转子 上机架 永磁机
三维效果图
转子支架
主轴连接法兰 顶轴连接法兰 转子中心体
下园盘
盒型支臂
转子支架由中心体和8个可拆卸的盒型支臂组成。支架中心体由中心园筒、上 下园盘、辐板及合缝板焊成。中心园筒由130mm厚钢板在转板机上成形后，再电 渣焊。下园盘为锻钢件。转子支臂是由翼板、腹板、合缝板和立筋等组成的梯形 盒结构，每个支臂长4500mm，重约8吨。
转子支架 磁轭
转子
顶轴
集电环组件
磁极装配
转子引线
转子为无轴结构。本机组轴向为三级连接，即水轮机和发电机公用一根主轴，发电机轮毂 和发电机顶轴。转子直径为φ 14960，磁轭高度为1850mm，转子主要部件有转子支架、磁轭冲 片、磁极等，在工地进行组装，转子重量为630吨。
制动环
转子
主轴连接法兰
上园盘
本图中隐藏了导水机构
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。
主轴吊装
装配步骤：
首先在主轴与转子连 接法兰上安装主轴吊具； 用桥机吊起主轴，将主轴 吊入机坑；调整主轴位置， 使得主轴轴心和转轮体轴 心一致；同时保证联轴螺 栓安装孔与转轮体上联轴 螺栓配合正确；安装联轴 螺母，使得二者紧固可靠。
混流式水轮机概述
（二）不同的混流式水轮机
高水头 低比转速 D2<D1 中水头 中比转速 D2=D1 低水头 高比转速 D2>D1
（三）混流式的过流过部件： 蜗壳 导水机构 转轮
尾水管
1、蜗壳：大中型机组一般采用金属蜗壳 2、导水机构：径向式导水机构 3、转轮：6—12叶片 4、尾水管：大中型机组一般采用弯肘式尾水管
（四）混流式水轮机的主要部件及其结构
1、混流式转轮（runner） 主要部件：上冠、叶片、下环、泄水锥 辅助部件：止漏环、漏压板、减压孔
止漏环形式：迷宫式、直板式、梳齿式
二、混流式水轮机的引水室
1、引水室的作用：
把水流均匀 轴对称地引至导水机构 c1 c2 形成一定的环量 H 2g
江垭发电纪念
作业:
简述混流式水轮机的结构 1、主要过流部件的名称及作用。 2、有哪些转动部件与固定部件。 3、画出转轮结构简图，标注各部分名称。 4、说明导水不 锈钢块 3-弹簧圈
五、补气装置：防止抬机，防止尾水管空腔空
化，
减轻机组振动。
六、导水机构的作用：调节流量，开关水轮机， 调节水流环量
导水机构工作原理
导叶操作.AVI
导水机构立体图
导水叶结构
导水叶转臂结构
控制环结构
大型水轮机导水机构
导水机构的结构
2、引水室的型式（反击式）蜗壳及其他形式 大中型水轮机：混凝土蜗壳（H<=40m）。金属蜗 壳(H>40m) 小型水轮机 ：开敞式 罐式 蜗壳式
引 水室的选择
蜗壳式引水室
明槽式引水
罐
式
引
水
大型焊接金属蜗壳
与带碟形边连接的金属蜗壳
1.水轮发电机结构及工作原理介绍
– 中、小容量高转速水轮发电机的转子，常采用 实心磁极结构，整体锻造或铸造而成。转速大 于或等于750r／min的小型水轮发电机，常采用 磁极铁芯连同转子的磁轭与主轴整体锻造加工。
– 磁极固定方式通常采用螺钉、T尾和鸽尾结构。
• 磁轭与转子支架
– 磁轭的作用是构成磁路并固定磁极。 – 转子支架的作用是固定磁轭。 – 对于定子铁芯外径小于325cm的中小容量的
– 按冷却方式分：可分为空气冷却和水冷却两种 。
• 水能，其结构 与性能的好坏对电站的安全、稳定、高效运行起 着致关重要的作用。
• 水轮发电机组成
主要由定子、转子、机架、推力轴承、导轴承、 冷却器、制动器等部件组成。
水轮发电机定子结构
• 水轮发电机定子主要由机座、铁芯和三 相绕组线圈等组成。
水轮发电机，磁轭可用铸钢或整圆的厚钢 板制造，不需要专门的转子支架。
– 对于定子铁芯外径较大的水轮发电机，磁 轭通过转子支架和主轴连成一体。
– 磁轭的外缘加工有T尾、鹇尾槽或螺孔，用 以固定磁极。
• 机架是立轴水轮发电机安置推力轴承、导 轴承、制动器及水轮机受油器的支撑部件， 是水轮发电机较为重要的结构件。
• 要求镜板保证其平面度和水平度，一般为0.02mm／ m。
• 镜板多采用45号锻钢，应有足够的刚度。
– 推力头
• 推力头是承受并传递机组轴向负荷及扭矩的部件。 多数用平键和卡环固定在主轴上，也有采用热套方 法固定于主轴上的。
• 推力头应有足够的刚度和强度，以承受机组轴向推 力产生的弯矩作用，不致产生有害的变形和损坏。
2）发电机调压过程：由电磁感应定律E=L*dφ/dt可知改变等式右侧任意一个参数就可以改变 感应电势E，但一般L不可改变，同步发电机磁力线切割速度不可改变，所以一般通过改变 磁通强度（磁力线密度）来调整电压，要改变磁通强度必先改变励磁电流强度，也就是平 时改变可控硅导通角。
混流式水轮机
/trade/pay_success.htm?biz_order_id=213979720000462&out_trade_no=T200P213979720000462&dealing=T第一节混流式水轮机结构一、概述混流式水轮机是反击式水轮机的一种，其应用水头范围很广，从20~700m水头均可使用。
它结构简单，制造安装方便，运行可靠，且有较高的效率和较低的空蚀系数。
现以图2-1所示的混流式水轮机为例来介绍这种水轮机结构。
水轮机的进水部件是具有钢板里衬的蜗壳，座环支柱也称固定导叶1，在转轮四周布置着导水机构导叶2。
座环支柱具有坚固的上环a和下环b，蜗壳和上下环焊接在一起。
导叶轴颈用衬套（钢或尼龙材料）支承在底环3和固定于顶盖4的套筒5上。
底环固定于座环的下环上面。
顶盖用螺钉6与座环的上环连接。
导水的传动机构是由安置在导水叶上轴颈的转臂12，连杆13和控制环14组成。
导叶的开度0a（从导叶出口边端到相邻导叶背部的最短距离）的改变是通过导水机构的两个接力器16和控制环连接的推拉杆15传动控制环来实现的。
图2-1 HL200-LJ-550水轮机剖面图（高度单位：m，尺寸单位：mm）1—固定导叶；2—导叶；3—底环；4—顶盖；5—套筒；6—螺钉；7—主轴法兰；8—主轴；9—上冠；10—下环；11—叶片；12—转臂；13—连杆；14—控制环；15—推拉杆；16—接力器；17—导轴承；18—泄水锥；a19,b19—上，下迷宫环；a—坐环上环；b—坐环下环；20—连接螺栓由于混流式水轮机应用水头较高，导叶承受的弯曲载荷大，因此导叶的相对高度0b与轴流式水轮机比较起来做得短一些，以减小跨度。
此外，随着水头增高，相同功率下水轮机的过流量减小，这样有可能减小流道的过流载面。
0b一般随水头增加而减小。
导叶和水轮机顶盖4及底环3之间的间隙及相邻导叶在关机时的接合面都会有漏水现象。
一般采用橡胶的或金属制成的密封件，可使导水机构关闭时的漏水量最小。
水轮发电机结构及工作原理介绍_图文
– 中、小容量高转速水轮发电机的转子，常采用 实心磁极结构，整体锻造或铸造而成。转速大 于或等于750r／min的小型水轮发电机，常采用 磁极铁芯连同转子的磁轭与主轴整体锻造加工 。
– 磁极固定方式通常采用螺钉、T尾和鸽尾结构。
• 磁轭与转子支架
– 磁轭的作用是构成磁路并固定磁极。 – 转子支架的作用是固定磁轭。 – 对于定子铁芯外径小于325cm的中小容量的
• 中小型水轮发电机轴承的油循环冷却方式一般为内 循环。
• 水轮发电机制动方式 机械制动、电气制动、混合制动
• 水轮发电机制动系统的组成 制动装置（俗称 风闸）、控制原件、管路系统。
• 机械制动的作用 为避免机组停机减速过程后期时间较长，引起推力瓦的磨损。 一般当机组转速降低到额定转速25%~35%，自动投入制动器， 加闸停机。
– 按布置方式分：可分为卧式和立式两种。
• 卧式水轮发电机适合中小型、贯流及冲击式水轮机。 • 一般低、中速的大、中型机组多采用立式发电机。
– 按推力轴承位置分：立式发电机又分为悬式和伞 式两种。
• 推力轴承位于转子上方的发电机称为悬式发电机，它适 用于转速在100r/min以上。
• 推力轴承位于转子下方的发电机称为伞式发电机，无上 导的称为全伞式，有上导的称为半伞式，它适用于转速 在150r/min以下。
起动试运行的内容和程序 ：
1. 机组起动试运行的工作范围很广，要进行从水工建筑物到 机电设备的全面检查。一般说来包括试验检查和试运行两 大部分，而且以试验检查为主。
2. 起动试运行程序： （1）水轮发电机组试运行前的检查
2. 通过检杳发现尚未完善的工作及工程或设备所存在的缺陷， 及时处理以保证电站能顺利地投产。
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1-扇形炭 精密封块 2-扇形不
锈钢块 3-弹簧圈
五、补气装置：防止抬机，防止尾水管空腔空 化， 减轻机组振动。
六、导水机构的作用：调节流量，开关水轮机， 调节水流环量
导水机构工作原理
▪ 导叶操作.AVI
导水பைடு நூலகம்构立体图
导水叶结构
上轴颈 端面密封 叶面密封 下轴颈
活 活 动 动 导 导 叶 叶
（四）混流式水轮机的主要部件及其结构 1、混流式转轮（runner） 主要部件：上冠、叶片、下环、泄水锥 辅助部件：止漏环、漏压板、减压孔
止漏环形式：迷宫式、直板式、梳齿式
二、混流式水轮机的引水室
▪ 1、引水室的作用：
把水流均匀 轴对称地引至导水机构
形成一定的环量 H
2g
c1 c2
变化，非设计情况下，效率降低。
（二）不同的混流式水轮机
高水头 低比转速 D2<D1
中水头 中比转速 D2=D1
低水头 高比转速 D2>D1
（三）混流式的过流过部件： 蜗壳 导水机构 转轮 尾水管
1、蜗壳：大中型机组一般采用金属蜗壳 2、导水机构：径向式导水机构 3、转轮：6—12叶片 4、尾水管：大中型机组一般采用弯肘式尾水管
导水叶转臂结构
导叶转臂
导叶臂 端盖压块
连接板
端盖 分半键
剪断销
控制环结构
控制环
控制环
接力器连 接处
导叶连杆
大型水轮机导水机构
导水机构的结构
江垭发电纪念
作业:
简述混流式水轮机的结构 1、主要过流部件的名称及作用。 2、有哪些转动部件与固定部件。 3、画出转轮结构简图，标注各部分名称。 4、说明导水机构的结构与工作原理。
第一讲 混流式水轮机概述
本节内容：
*混流式水轮机的结构与性能特点。
*混流式水轮机的主要部件与结 构。
一、混流式水轮机的结构
▪ （一）混流式水轮机的性能 ▪ 1、应用范围：应用水头范围广：20m-700m ▪ 2、结构特点：结构简单、转轮强度高 ▪ 3、性能特点：最高效率高。最高效率95%。 ▪ 4、缺 点：叶片固定，难以适应水头与负荷的
水轮机知识的4个领域
1、 水轮机的结构：结构：从水力、强度、 动作三方面考虑。
2、水轮机的性能：能量指标（效率、过流 特性、转速），空化性能、稳定性（振 动、压力脉动）
3、 水轮机的水力设计：流道（转轮、导水 机构、引水室、尾水管）
4、 水轮机的内部流动：流场分析计算：流 场的速度分布、压力分布、边界层及损 失计算，
▪ 2、引水室的型式（反击式）蜗壳及其他形式
▪ 大中型水轮机：混凝土蜗壳（H<=40m）。金属蜗 壳(H>40m)
▪ 小型水轮机 ：开敞式 罐式 蜗壳式
引 水室的选择
蜗壳式引水室
明槽式引水
罐式引水
大型焊接金属蜗壳
与带碟形边连接的金属蜗壳
三、水轮机导轴承承：固定水轮机中心，承受转动部件 （水轮机）径向力。油润滑,水润滑. 油润滑、水导轴承（教材图5—5）
毕托管式稀油润滑水导轴承
水润滑水导轴承（教材图5—2）。
1-橡轴胶 瓦 2-轴承体 3-润滑水管 4-冷却水腔 5-密封水箱 6-主轴密封 7-钢质瓦衬
、 四 主轴密封：防止水轮机漏水的装置。图5—5—17
运行密封：端面密封，单平板密封，径向密封， 检修
密封（空气围带）
水轮机主轴密封
1、橡胶 平板