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=9.81QHn

4、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。

（2）机械损失：即水轮机转动部分的摩擦损失。如转轮与水流之间、轴与轴承之间，止漏装置之间的摩擦损失。

（3）容积损失：转轮与固定部件因漏水而造成的损失。

5、转速是指水轮机转轮在单位时间内的旋转周数，以n 表示，单位为转/分。

三、水轮机型号

1、根据JB84-74《水轮机型号编制规定》，水轮机型号由三部分组成。

第一部分代表水轮机的型式和转轮型号。常见有：混流式，用HL表示；轴流转桨式，用ZZ表示；贯流转桨式，用GZ表示；水斗式，用CJ表示；等等。

第二部分代表水轮机主轴的布置形式和引水室的特征。常见有：立轴，用L表示；卧轴，用W表示；金属蜗壳，用J表示；混凝土蜗壳，用H表示；等等。

第三部分表示水轮机转轮标称直径D1（cm）。

2、水轮机牌号示例：

HL220-LJ-550,表示转轮型号为220 的混流式水轮机、立轴、金属蜗壳、转轮标称直径为550cm。

ZZ560-LH-800,表示转轮型号为560 的轴流转桨式水轮机。立轴、混凝土蜗壳、转轮标称直径为800cm。

四、混流式水轮机四大过流部件和作用

1、引水部件

组成：蜗壳、座环

作用：以较小的水力损失把水流均匀地、对称地引入导水部件，并在进入导叶前形成一定的环量。

2、导水部件

组成：导叶及其操作机构、顶盖、底环

作用：调节进入转轮的流量和形成转轮所需的环量

3、工作部件

组成：转轮

作用：直接将水流能量转化为旋转的机械能

4、泄水部件

组成：泄水锥、尾水管

作用：引导水流进入下游，尾水管同时还在转轮后形成真空，利

用转轮出口到下游尾水之间的位能，恢复转轮出口处的部分动能损失，以提高效率。

五、混流式水轮机主要结构

混流式水轮机主要由转轮、主轴、导轴承、主轴密封、座环、蜗壳、顶盖、底环、泄流环（基础环）、止漏环、抗磨板、导叶及其操作机构、机坑里衬、机坑内环形吊车、尾水管等组成。

1、转动部分：转动部分是机组的核心组成部分，是水能转换成机械能/电能的关键。转动部分及其相关部件主要包括：转轮、主轴、主轴

密封等。

2、转轮：转轮是实现水能转换的主要部件，它将大部分水能转换成转轮的旋转机械能，并通过水轮机主轴传递给发电机。水轮机的转轮是将水能转换成机械能。转轮组成：混流式水轮机转轮主要由叶片、上冠、下环、泄水锥、减压装置和止漏装置组成。叶片是水轮机转轮实现水能转换地核心，叶片的光洁度、波浪度、尺寸、形状等对水轮机的性能将产生不同程度影响。上冠的作用是上部连接主轴，下部支承叶片并与下环一起构成过流通道。下环将转轮的叶片连成整体，以

增加转轮的强度和刚度，并与上环一起形成过流通道。泄水锥作用是引导经叶片流道出来的水流迅速而顺利向下宣泄，防止水流相互碰撞，以减少水力损失，提高水轮机的效率。减压装置作用是减少作用在转轮上冠上的轴向水推力，以减少推力轴承的负荷。

3、主轴：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。

5、主轴密封：主轴密封是水轮机关键部件之一，水轮机在运行过程中，其主轴密封的安全可靠运行，直接关系到水轮机是否安全运行。作用有效地阻挡尾水管中的水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。

6、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；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。

7、固定部分：顶盖、底环、座环、支持环等。

8、埋入部分：蜗壳、座环等。

9、水轮机导轴承作用：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。

10、筒式水导轴承循环方式：筒式瓦的油循环方式是采用自循环，润滑油的自循环工作原理：当机组运行时，安装在大轴上的水导轴承旋转油盆与大轴一起旋转，旋转时油盆中油也跟着旋转，由于离心力的作用，油盆中的油位形成边缘高，中心低的状态，即形成一个抛物面。