《第五章 反击式水轮机的基本结构(一)资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章 反击式水轮机的基本结构(一)资料（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章第五章反击式水轮机的基本结构反击式水轮机的基本结构 第一节第一节混流式水轮机的基本结构混流式水轮机的基本结构 混流式水轮机应用水头范围很广：混流式水轮机应用水头范围很广：2020 700700m m。 优点：优点：结构简单结构简单，制造安装方便制造安装方便，运行可靠运行可靠，且有较且有较 高的效率和较低高的效率和较低的空化系数的空化系数。 进水部件：进水部件：具有钢板里具有钢板里 衬的蜗壳衬的蜗壳。 座环支柱：座环支柱：也称固定导也称固定导 叶叶，数量通常为活动导叶数量通常为活动导叶 的一半的一半。其上其上、下具有坚下具有坚 固的上环和下环固的上环和下环。 导水机构导叶：导水机构导叶：布
2、置在布置在 转轮四周转轮四周。 HL200HL200- -LJLJ- -550550水轮机剖面图水轮机剖面图 1 1固定导叶；固定导叶；2 2导叶；导叶；3 3底环；底环；4 4顶盖；顶盖；5 5套筒；套筒；6 6螺钉；螺钉；7 7主轴法兰；主轴法兰；8 8主轴；主轴； 9 9上冠；上冠；1010下环；下环；1111叶片；叶片；1212转臂；转臂；1313连杆；连杆；1414控制环；控制环；1515推拉杆；推拉杆； 1616接力器；接力器；1717导轴承；导轴承；1818泄水锥；泄水锥；1919上，下迷宫环；上，下迷宫环；2020减压孔减压孔 转轮：转轮：将水能转变成机械能的核心部件将水能转变
3、成机械能的核心部件。 直接决定水轮机的直接决定水轮机的过流能力过流能力，水力效率水力效率， 空蚀性能空蚀性能，工况稳定性工况稳定性等工作性能等工作性能。 应满足：应满足：水力设计的型线有足够的强度和刚水力设计的型线有足够的强度和刚 度度，具备抗空蚀损坏具备抗空蚀损坏，耐泥沙磨损的性能耐泥沙磨损的性能。 一、混流式水轮机转轮一、混流式水轮机转轮 主要部件：主要部件： 1 1 减压装置；减压装置；2 2、6 6止漏环；止漏环；3 3上冠；上冠； 4 4叶片；叶片；5 5泄水锥；泄水锥；7 7下环下环 1 1转轮上冠转轮上冠 上冠作用：上冠作用：支承叶片；与下环构成过流通道支承叶片；与下环构成过流通
4、道。 上冠形似圆锥体上冠形似圆锥体，上部中间为上冠法兰上部中间为上冠法兰，与主轴相与主轴相 连连；下面固定有泄水锥连连；下面固定有泄水锥，在上冠上固定有均匀分布在上冠上固定有均匀分布 的叶片的叶片。 上 冠 法 兰上 冠 法 兰 外围开有减外围开有减 压孔压孔，在其在其 外侧面装有外侧面装有 减压装置减压装置。 上冠流线：上冠流线：直线形直线形、曲线形曲线形。 直线型：直线型：具有较好工艺性具有较好工艺性，但效率特别在负荷超过最但效率特别在负荷超过最 优工况时低于曲线型上冠优工况时低于曲线型上冠。 曲线型：曲线型：可增加转轮流道在出口附近的过水断面积可增加转轮流道在出口附近的过水断面积， 增加
5、单位流量增加单位流量。上冠曲线倾斜角越小单位流量越大上冠曲线倾斜角越小单位流量越大。 转轮上冠曲线形状转轮上冠曲线形状 2 2转轮叶片转轮叶片 叶片作用：叶片作用：直接将水能转换为机械能直接将水能转换为机械能。 叶片断面形状为叶片断面形状为翼形翼形，叶片数对水力性能有显著的叶片数对水力性能有显著的 影响影响，随比速随比速NsNs不同在不同在9 9 2121的范围内：的范围内： Ns 叶片数叶片数 混流式转轮比转速与叶片数关系表混流式转轮比转速与叶片数关系表 叶片上端与上冠相连叶片上端与上冠相连，下端与下环连成一个整体下端与下环连成一个整体。 增加叶片数可增加转轮的强度和钢度增加叶片数可增加转轮
6、的强度和钢度，因此当水轮机因此当水轮机 应用水头提高时转轮叶片数亦相应增加应用水头提高时转轮叶片数亦相应增加。 叶片厚度在流道中排挤过流空间叶片厚度在流道中排挤过流空间，叶片数增加叶片数增加， 必然减小过水断面面积必然减小过水断面面积，致使转轮单位流量减小致使转轮单位流量减小。 叶片数不同时效率与单位流量的关系曲线叶片数不同时效率与单位流量的关系曲线 叶片数对空化性能的影响：叶片数对空化性能的影响： 增加叶片数：增加叶片数：在叶片长度不变的情况下在叶片长度不变的情况下，意味增加转意味增加转 轮叶栅稠密度轮叶栅稠密度，即增加叶片的总面积即增加叶片的总面积，从而降低单位从而降低单位 面积叶片负荷面
7、积叶片负荷，降低叶片正背面压差降低叶片正背面压差，这将改善空化这将改善空化 性能性能。因混流式转轮叶栅的稠密度本来就较大因混流式转轮叶栅的稠密度本来就较大，所以所以 因叶片数增加使空化得到的改善并不显著因叶片数增加使空化得到的改善并不显著。同时增加同时增加 叶片数叶片数，必然引起叶片对流道的排挤增加必然引起叶片对流道的排挤增加，流道中流流道中流 速增加速增加，又使得空化性能变坏又使得空化性能变坏。 叶片数增加对空化性能的影响要看哪个因素起主要叶片数增加对空化性能的影响要看哪个因素起主要 作用而定作用而定，没有一定规律没有一定规律。 下环形状及转轮出口直径下环形状及转轮出口直径D D2 2，影响
8、转轮出口过水断影响转轮出口过水断 面面积面面积，影响转轮影响转轮过水能力过水能力及及空化性能空化性能。 低比转速转轮下环呈曲线形低比转速转轮下环呈曲线形，D D2 2/D/D1 1值小于值小于1 1，单位流单位流 量小量小。由于叶片较长由于叶片较长，叶片单位面积上的负荷较小叶片单位面积上的负荷较小， 空化系数减少空化系数减少。对对n ns s= =6060120120的低比转速转轮的低比转速转轮， D D2 2/D/D1 1= =0 0. .6 6 0 0. .7 7时具有良好的空化性能和效率时具有良好的空化性能和效率。 3 3转轮下环转轮下环 作用：作用：增加转轮的强度和刚度；与上冠形成过流
9、通道增加转轮的强度和刚度；与上冠形成过流通道 Ns=60 Ns=265 Ns=400 比转速较高的混流比转速较高的混流 式转轮式转轮，下环常采用具下环常采用具 有锥角的直线形有锥角的直线形。锥角锥角 越大出水截面积越大越大出水截面积越大， 可提高过流能力和改善可提高过流能力和改善 空化性能空化性能，但锥角过大但锥角过大 会引起脱流会引起脱流，使水力损使水力损 失增大失增大、效率下降效率下降。 ( (1 1) )下环锥角下环锥角 加大加大，曲线均右曲线均右 移移。最高效率移最高效率移 向较大流量区域向较大流量区域， 而在小于最优工而在小于最优工 况的低负荷区效况的低负荷区效 率下降率下降。 转轮
10、长期在部转轮长期在部 分负荷下工作分负荷下工作， 则锥角则锥角不宜太不宜太 大大，以免平均运以免平均运 行效率下降行效率下降。 1 1=3=3；2 2=6=6；3 3=13=13 当锥角当锥角角由角由6 6o o 增至增至1313o o时时，虽虽 然单位流量和然单位流量和 单位出力增加单位出力增加 较多较多，但最高但最高 效率开始下降效率开始下降。 因而锥角因而锥角不不 宜过大：宜过大：小于小于 1313o o。 1 1=3=3；2 2=6=6；3 3=13=13 ( (2 2) )下环锥角下环锥角由由3 3o o增加到增加到6 6o o，在不改变水轮机最高效在不改变水轮机最高效 率情况下率情
11、况下，可使单位流量增加可使单位流量增加2 2. .5 5% %，出力增加出力增加2 2% %左右左右。 ( (3 3) )下环锥角增加能使空化系数下降下环锥角增加能使空化系数下降，改善空化性能改善空化性能。 原因：原因：角加大后增加了转轮出口附近的过水截面积角加大后增加了转轮出口附近的过水截面积， 降低了流速降低了流速。 不同下环锥角，空化系数与单位流量关系曲线不同下环锥角，空化系数与单位流量关系曲线 1 1=3=3；2 2=6=6 下环锥角下环锥角 比转速比转速 水头水头(m)(m) 转轮下环锥角与比转速的关系转轮下环锥角与比转速的关系 D D2 2/D/D1 1 比转速比转速 转轮出、进口
12、直径比与比转速的关系转轮出、进口直径比与比转速的关系 4 4泄水锥泄水锥 作用：作用：引导经叶片流道流出的水流迅速而顺畅的向引导经叶片流道流出的水流迅速而顺畅的向 下渲泄下渲泄，防止水流相互撞击防止水流相互撞击，以减少水力损失以减少水力损失，提提 高水轮机效率高水轮机效率。 外形呈倒锥体外形呈倒锥体，有有铸造铸造、钢板焊接钢板焊接。 ( (1 1) )里面空心里面空心，下面下面 或外侧开口或外侧开口，以便以便 排除通过止漏环的排除通过止漏环的 漏水及橡胶导轴承漏水及橡胶导轴承 的润滑水的润滑水。 ( (2 2) )主轴的中心补气主轴的中心补气 和转轮顶盖补气和转轮顶盖补气。 转轮密封：转轮密封
13、：水轮机工作时水轮机工作时，转轮前后的水流分别为转轮前后的水流分别为 高压与低压高压与低压，转轮后常形成真空转轮后常形成真空。因此因此，有部分水流有部分水流 会经过转动与不转动部件之间的间隙无益地漏掉会经过转动与不转动部件之间的间隙无益地漏掉，从从 而使水轮机效率降低而使水轮机效率降低。为了减少流量漏损为了减少流量漏损，在转轮上在转轮上 冠和下环上安置多槽环即密封环冠和下环上安置多槽环即密封环。 密封原理：密封原理：当水经过密封环空间时当水经过密封环空间时，受到突然扩大受到突然扩大 和缩小的局部水力阻挡和缩小的局部水力阻挡，产生水力损失产生水力损失，从而减小流从而减小流 速速，使通过缝隙的流量
14、减小使通过缝隙的流量减小。 二、止漏装置二、止漏装置 止漏装置作用：止漏装置作用：减小转动部分与固定部分之间的漏水减小转动部分与固定部分之间的漏水 损失损失。 为防止水流向上为防止水流向上、向下漏出向下漏出，水轮机上一般装有水轮机上一般装有 上上、下两道止漏环下两道止漏环，各有各有固定部分固定部分、转动部分转动部分。上止上止 漏环固定部分装在顶盖上漏环固定部分装在顶盖上，转动部分装在上冠上；下转动部分装在上冠上；下 止漏环的固定部分一般装在底环上止漏环的固定部分一般装在底环上，转动部分装在转转动部分装在转 轮的下环上轮的下环上。四种型式：四种型式： 间隙式间隙式迷宫式迷宫式梳齿式梳齿式阶梯式迷
15、宫阶梯式迷宫 1 1、止漏环材料和固定方式止漏环材料和固定方式 止漏环的材料一般采用止漏环的材料一般采用ZGZG3030或或A A3 3钢板钢板，泥沙较多泥沙较多 的电站采用不锈钢的电站采用不锈钢。 止漏环的固定方式：止漏环的固定方式：直接车制直接车制、热套热套 对一些水质干净对一些水质干净，转轮尺寸较小的转轮转轮尺寸较小的转轮，可以直可以直 接在上冠和下环上车制迷宫环接在上冠和下环上车制迷宫环。考虑折卸方便考虑折卸方便，一一 般在整铸转轮上采用热套固定般在整铸转轮上采用热套固定。 2 2、止漏环型式的选择止漏环型式的选择 水头水头H200m，采用梳齿式、阶梯式止漏环。，采用梳齿式、阶梯式止漏环。 含泥沙较多的电站含泥沙较多的电站， 采用间隙式止漏环采用间隙式止漏环。与转与转 轮的同心度高轮的同心度高，制造制造、安安 装方便装方便，抗磨损性能较好抗磨损性能较好， 但止漏效果较差但止漏效果较差，不及迷不及迷 宫式止漏环宫式止漏环。 间隙式间隙式迷宫式迷宫式 水头水头H200m 梳齿式梳齿式：转动环和转动环和 固定环的截面为梳固定环的截面为梳 齿状齿状，两环截面形两环截面形 成交错配合成交错配合。当水当水 流经过梳齿时流经过梳齿时，转转 了许多直角弯了许多直角弯，
