第八章水輪機(jī)自動調(diào)節(jié)

1、第八章 反擊式水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)第一節(jié) 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)工作原理第二節(jié) 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與傳動系統(tǒng)第三節(jié) 導(dǎo)葉裝配第四節(jié) 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)第五節(jié) 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中水力損失第六節(jié) 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)受力分析及傳動計算第八章 反擊式水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)第一節(jié) 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的工作原理 水輪機(jī)是動力原動機(jī)，運(yùn)行中其工況會經(jīng)水輪機(jī)是動力原動機(jī)，運(yùn)行中其工況會經(jīng)常發(fā)生改變。例如負(fù)荷（出力）變化時，必常發(fā)生改變。例如負(fù)荷（出力）變化時，必須改變通過水輪機(jī)的流量，以使水輪機(jī)的功須改變通過水輪機(jī)的流量，以使水輪機(jī)的功率與負(fù)荷平衡。理想的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是在工況變率與負(fù)荷平衡。理想的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是在工況變化時，僅僅只改變流量并且水頭損失極小。化時，僅僅

2、只改變流量并且水頭損失極小。在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪前布置多個導(dǎo)水葉片的導(dǎo)水機(jī)在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪前布置多個導(dǎo)水葉片的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)就能滿足這種要求。構(gòu)就能滿足這種要求。00000cotrvrvmu0000cot2rbrQ00cot2bQ圖圖8-1 8-1 導(dǎo)葉出口及轉(zhuǎn)輪出導(dǎo)葉出口及轉(zhuǎn)輪出口的水流速度三角形口的水流速度三角形 忽略摩擦損失，在導(dǎo)葉進(jìn)口到轉(zhuǎn)輪進(jìn)口之間，圓周方向速度變化遵守動量守恒定律。則有： 轉(zhuǎn)輪在水流非法向出口時，由轉(zhuǎn)輪出口速度三角形寫出轉(zhuǎn)輪出口速度矩： 22 22 222 222 22umQV rU rVctgrrctgrA由水輪機(jī)基本方程21 12 2022 2022huuHgQQV rV rctg

3、rctgrbA式中： 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪出口過流面積； 轉(zhuǎn)輪出口半徑。 2A2r第一節(jié) 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的工作原理整理得：22020212hgHrQrctgctgbA此即水輪機(jī)流量調(diào)節(jié)方程；第一節(jié) 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的工作原理 由方程可知，在水輪機(jī)轉(zhuǎn)速與水頭不變時，流量調(diào)節(jié)可通過改變?nèi)齻€參數(shù)實現(xiàn)： 改變導(dǎo)葉高度 ，實際工程中可用一個筒形閥完成。但這是一種節(jié)流調(diào)節(jié)方式，會造成較大的水頭損失，因此只用在小型水輪機(jī)中； 改變導(dǎo)葉液流出口角 ，為最普遍的調(diào)節(jié)方式； 改變 角，此方法只適用于軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)。實際上，軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)是通過同時轉(zhuǎn)動導(dǎo)葉及轉(zhuǎn)輪葉片的角度來調(diào)節(jié)流量的；第一節(jié) 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的工作原理200b按水流流經(jīng)導(dǎo)水機(jī)

4、構(gòu)特點(diǎn)，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)分為：l 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)：水流流經(jīng)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的軸面流線是徑向的。其結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用最廣泛；l 軸向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)：軸面流線與水輪機(jī)軸平行。其廣泛應(yīng)用于貫流式水輪機(jī)；l 斜向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)：水流沿著與轉(zhuǎn)輪軸同心的圓錐面流過導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一般應(yīng)用在燈泡貫流式和斜流式水輪機(jī)中；第一節(jié) 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的工作原理第二節(jié) 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 典型的徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，見圖8-2。導(dǎo)葉3的上、中軸頸和下軸頸安放在水輪機(jī)頂蓋7和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)底環(huán)2內(nèi)的軸承中。上、中軸承由尼龍軸瓦4、6與軸套5組成，下軸承的尼龍軸瓦1直接壓入底環(huán)的孔內(nèi)。轉(zhuǎn)臂9套在導(dǎo)葉上軸頸上、二者之間用分半鍵10固定。轉(zhuǎn)臂與連接板8由剪斷銷

5、11連成一體。連桿12的兩端分別與連接板和控制環(huán)14鉸接。控制環(huán)支承在固定于頂蓋上的支座15上。接力器通過推拉桿13推動控制環(huán)轉(zhuǎn)動（見圖8-3），從而關(guān)閉或開啟導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。在這種機(jī)構(gòu)中，傳動機(jī)構(gòu)與水流隔開，便于維護(hù)和檢修。一、徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)1、4、6尼龍軸瓦；2導(dǎo)水機(jī)構(gòu)底環(huán)；3導(dǎo)葉；5軸套；7水輪機(jī)頂蓋；8連接板；9轉(zhuǎn)臂；10分半鍵；11剪斷銷；12連桿；13推拉桿；控制環(huán)支座補(bǔ)氣閥圖8-2 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)二、徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的傳動系統(tǒng)1.由接力器到控制環(huán)的傳動 中大型水輪機(jī)中用兩個接力器來操作控制的結(jié)構(gòu)，見圖8-3。接力器1固定在水輪機(jī)機(jī)坑的金屬殼體7上，接力器活塞桿2及推拉桿通過圓柱銷4

6、與控制環(huán)3連接，而活塞與活塞桿之間也用圓柱銷鉸接。支承8將控制環(huán)支承在頂蓋9上。控制環(huán)通過連桿5和轉(zhuǎn)臂6與導(dǎo)葉聯(lián)系。這樣裝置用得最為廣泛。近年來也有大型水輪機(jī)將接力器裝設(shè)在頂蓋上（圖8-4）。第二節(jié) 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)第二節(jié) 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 圖8-4（a）為具有兩個缸體1的栓塞式直缸接力器，接力器通過支座3固定在水輪機(jī)頂蓋上，其位置高于控制環(huán)2。當(dāng)壓力油沿著管路4進(jìn)入缸體時，接力器柱塞6就作直線運(yùn)動。柱塞中部有帶圓柱銷5的十字頭，圓柱銷與控制環(huán)的大孔耳鉸接。當(dāng)柱塞移動時，圓柱銷使控制環(huán)作圓弧運(yùn)動，從而開啟或關(guān)閉導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，接力器比較簡單，但位置高于控制環(huán)的接力器在水輪機(jī)坑中

7、占據(jù)了較大的空間。 圖8-4（b）為栓塞式環(huán)形接力器。由兩個環(huán)形缸體8和柱塞9組成接力器，直接安放在水輪機(jī)頂蓋上，并靠近控制環(huán)內(nèi)壁。圓柱銷10與控制環(huán)連第二節(jié) 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 接，并通過球形鉸接11與接力器柱塞聯(lián)系。由接力器配壓閥控制壓力油沿管路7進(jìn)入接力器缸，即可以實現(xiàn)開啟或關(guān)閉導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，環(huán)形接力器的結(jié)構(gòu)比直缸接力器復(fù)雜，制造也比較困難。但它能有效利用控制環(huán)內(nèi)部的空間，使水輪機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊。 圖8-4（c）為每個導(dǎo)葉具有單獨(dú)接力器的簡圖。搖擺式接力器14鉸接在支承蓋13上，接力器柱塞15與轉(zhuǎn)臂16鉸接。壓力油在調(diào)速器配壓閥的控制下，沿油管進(jìn)入接力器時，柱塞即驅(qū)動導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動，同時

8、接力器缸則必然圍繞其與頂蓋的鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)過一個角度。1 1接力器；接力器；2 2接力器活塞桿；接力器活塞桿；3 3控制環(huán)；控制環(huán)；4 4圓柱銷；圓柱銷；5 5連桿；連桿；6 6轉(zhuǎn)臂；轉(zhuǎn)臂；7 7金屬殼體；金屬殼體；8 8支承；支承；9 9頂蓋頂蓋 圖圖8-3 8-3 具有兩個接力器的具有兩個接力器的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)圖圖8-4 8-4 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)接力器裝設(shè)在頂蓋上的結(jié)構(gòu)示意圖導(dǎo)水機(jī)構(gòu)接力器裝設(shè)在頂蓋上的結(jié)構(gòu)示意圖栓塞式直缸接力器栓塞式直缸接力器柱塞式環(huán)形接力器柱塞式環(huán)形接力器搖擺式接力器搖擺式接力器2.由控制環(huán)至導(dǎo)葉的傳動 在由控制環(huán)至導(dǎo)葉的連桿傳動機(jī)構(gòu)中，在某一構(gòu)件上應(yīng)設(shè)有易損連接件

9、，用以保證在關(guān)閉導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的過程中，當(dāng)異物（如圓木，樹根等）卡在相鄰導(dǎo)葉之間時，僅是預(yù)定的易損連接件破壞，使被卡住的導(dǎo)葉保持在開啟位置，而其他導(dǎo)葉可以照常關(guān)閉而不至于損壞傳動部件?，F(xiàn)在廣泛采用的是將剪斷銷作為易損連接的傳動裝置。第二節(jié) 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)第二節(jié) 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 如圖8-5所示 ，鍵3將轉(zhuǎn)臂1固定在導(dǎo)葉軸頸10上，連接板2套在轉(zhuǎn)臂上，用具有薄弱斷面的剪斷銷4將連接板與轉(zhuǎn)臂連接在一起。連接板通過鉸銷9與連桿連接。連桿由兩個帶叉頭的螺母5及具有左右螺紋的連接螺栓8組成。旋轉(zhuǎn)連接螺栓即可改變連桿的長度。連接螺栓帶有防松螺母。連桿通過鉸銷7與控制環(huán)6相聯(lián)系。這樣，當(dāng)兩導(dǎo)葉之間卡住異

10、物并且接力器試圖關(guān)閉導(dǎo)葉時，剪斷銷將被剪斷，從而達(dá)到上述保護(hù)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的目的。圖圖8-5 8-5 剪斷銷作為易損連接件圖剪斷銷作為易損連接件圖1 1轉(zhuǎn)臂；轉(zhuǎn)臂；2 2連接板；連接板；3 3鍵；鍵；4 4剪斷銷；剪斷銷；5 5螺母；螺母；6 6控制環(huán)；控制環(huán)；7 7、9 9鉸銷；鉸銷；8 8連接螺栓；連接螺栓；l0l0導(dǎo)葉軸頸導(dǎo)葉軸頸第二節(jié) 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 傳動機(jī)構(gòu)在執(zhí)行活動導(dǎo)葉開啟和關(guān)閉動作的時候，水壓力脈動、水流沖擊、水流雜物等因素對各部件影響很大，一旦導(dǎo)葉開度失調(diào)或?qū)~連續(xù)失控，就會造成運(yùn)行中的機(jī)組事故停機(jī)，嚴(yán)重時水輪機(jī)將失去控制。為此需要保護(hù)裝置對傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)和報警，從而避免事故

11、的發(fā)生和擴(kuò)大，因此可靠的傳動機(jī)構(gòu)保護(hù)裝置對整個水輪發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。新型的導(dǎo)葉傳動機(jī)構(gòu)保護(hù)裝置有導(dǎo)葉摩擦裝置和彈簧聯(lián)桿（圖8-6 ）等。圖圖8-6 8-6 彈簧聯(lián)桿保護(hù)裝置彈簧聯(lián)桿保護(hù)裝置第二節(jié) 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 導(dǎo)葉摩擦裝置的工作原理是：活動導(dǎo)葉為二支點(diǎn)結(jié)構(gòu)布置，置于二個具有自潤滑性能的軸套中，導(dǎo)葉摩擦裝置是種安裝在導(dǎo)葉軸頸上的夾緊式裝置。當(dāng)來自接力器的操作力，通過推拉桿一控制環(huán)一連桿一連板一導(dǎo)葉臂一導(dǎo)葉摩擦裝置（導(dǎo)葉銷）使活動導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動，從而控制活動導(dǎo)葉的開度增大或減小。當(dāng)活動導(dǎo)葉中間卡有異物或關(guān)閉時與頂蓋或底環(huán)接觸阻力大時，導(dǎo)葉摩擦裝置的摩擦片在連板、壓板和導(dǎo)葉臂之間打滑，連

12、板與導(dǎo)葉臂之間產(chǎn)生滑動位移，致使活動導(dǎo)葉錯位，但此時導(dǎo)葉臂不動，連板卻隨控制環(huán)、連桿一起繼續(xù)沿關(guān)閉方向運(yùn)動，由于摩擦片摩擦力作用，第二節(jié) 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 發(fā)生錯位的活動導(dǎo)葉不會隨意擺動而撞擊相鄰導(dǎo)葉，其余的活動導(dǎo)葉跟隨控制環(huán)繼續(xù)關(guān)閉，從而保護(hù)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)零件不因過度受力被破壞。 彈簧聯(lián)桿的工作原理是：在活動導(dǎo)葉關(guān)閉過程中若有異物進(jìn)入導(dǎo)葉中間，或其他原因使其有的導(dǎo)葉不能正常關(guān)閉，在導(dǎo)水機(jī)傳動件發(fā)生過負(fù)荷的情況下，在彈簧吸收此負(fù)載的時，連桿發(fā)生彎曲，由限位開關(guān)檢測到信號，此信將驅(qū)動活動導(dǎo)葉打開，把卡入的異物排除到下游去?？ㄈ氲漠愇镌谂诺较掠我院螅瑥椈蓪⒒顒訉?dǎo)葉復(fù)位。第三節(jié) 導(dǎo)葉裝配一、導(dǎo)葉軸承及

13、潤滑 導(dǎo)葉軸承多數(shù)采用錫青銅鑄造，加注黃油潤滑。這種軸承抗磨性能良好，單位面積的承載力也較大，但需要昂貴的有色金屬且軸承的潤滑和密封設(shè)備也較復(fù)雜。近年來正在推廣用具有自潤滑性能的工業(yè)塑料代替，這樣不但簡化結(jié)構(gòu)而且節(jié)省大量有色金屬，降低了制造成本。 二、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)止漏和間隙調(diào)整 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的止漏裝置，包括導(dǎo)葉軸承的止漏和導(dǎo)葉在全關(guān)閉時為防止蝸殼中的壓力水流入下游而裝置的導(dǎo)葉與導(dǎo)葉之間和導(dǎo)葉與上、下環(huán)之間的止漏設(shè)備。 導(dǎo)葉軸承如采用黃油潤滑，則需防止水流進(jìn)入軸承引起軸頸銹蝕和破壞油膜。導(dǎo)葉軸頸的密封多數(shù)裝在導(dǎo)葉套筒下端。 機(jī)組停機(jī)時導(dǎo)水機(jī)構(gòu)必須封水嚴(yán)密，否則不但會增加漏水量而且會加劇間隙空蝕破壞，導(dǎo)第

14、三節(jié) 導(dǎo)葉裝配葉關(guān)閉后如漏水嚴(yán)重時有可能造成機(jī)組無法停機(jī)。 對于中、低水頭的大、中型水輪機(jī)，一般采用橡皮條止水密封裝置。圖8-7是這種裝置的結(jié)構(gòu)簡圖。當(dāng)導(dǎo)葉處于全關(guān)位置時，導(dǎo)葉尾部靠接力器的作用力壓緊在相鄰導(dǎo)葉頭部的橡皮條上，但這種結(jié)構(gòu)在運(yùn)行中時有發(fā)生橡皮條脫落現(xiàn)象。圖8-7（a）中右邊的另一種立面密封裝置是把橡皮條用壓條2和螺釘3固定在導(dǎo)葉1上，這種結(jié)構(gòu)在使用中不易脫落且止水效果好，廣泛地應(yīng)用于中水頭水輪機(jī)中。高水頭水電站導(dǎo)葉立面密封靠研磨接觸面來達(dá)到要求。 第三節(jié) 導(dǎo)葉裝配第三節(jié) 導(dǎo)葉裝配 為了使導(dǎo)葉上、下端面和頂蓋，底環(huán)之間的間隙均勻，在結(jié)構(gòu)上必須考慮有調(diào)整間隙的措施。在高水頭電站中，導(dǎo)

15、葉下軸頸的端面受到高壓水的頂托，有可能使導(dǎo)葉上浮。將漏入下端面的水從下軸頸下面的底環(huán)上的排水孔排走 。 導(dǎo)葉的止漏裝置和間隙調(diào)整不僅在導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)設(shè)計時予以考慮，同時還應(yīng)保證在運(yùn)行、檢修中進(jìn)行調(diào)整時操作簡單易行。圖圖8-7 8-7 導(dǎo)葉端面和立面密封導(dǎo)葉端面和立面密封1 1導(dǎo)葉；導(dǎo)葉；2 2壓條；壓條；3 3螺釘螺釘立面密封立面密封端面密封端面密封三、真空破壞閥 真空破壞閥裝置在水輪機(jī)頂蓋上，是一個將空氣引入轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的補(bǔ)氣閥。一般水輪機(jī)有兩個真空破壞閥。當(dāng)水輪機(jī)緊急停機(jī)時，導(dǎo)葉迅速關(guān)閉截斷進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的水流，而轉(zhuǎn)輪后的水流因慣性作用繼續(xù)經(jīng)尾水管排出，這時頂蓋下部出現(xiàn)真空。這部分真空使尾水管的水迅速倒流

16、回來，這股強(qiáng)大的高速水流有很大的沖擊力，有時會將轉(zhuǎn)輪抬起并造成機(jī)件損壞。為此，在水輪機(jī)頂蓋上裝設(shè)有真空破壞閥。 第三節(jié) 導(dǎo)葉裝配第四節(jié) 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)一、導(dǎo)葉開度 導(dǎo)葉開度 是表征水輪機(jī)在流量調(diào)節(jié)過程中導(dǎo)葉安放位置的一個參數(shù)。它的大小等于導(dǎo)葉出口邊與相鄰導(dǎo)葉體之間的最短距離。當(dāng)導(dǎo)葉處于徑向位置時（圖8-8）為最大徑向開度值 。 10 max0DaZ0maxa0a最大徑向開度近似公式為：0a圖圖8-8 8-8 導(dǎo)葉的開度導(dǎo)葉的開度 最大徑向開度是指導(dǎo)葉可能達(dá)到的最大開度，即導(dǎo)葉處于徑向位置。在此開度下，導(dǎo)葉進(jìn)口有很大沖角并形成脫流，水力損失很大。而且，流經(jīng)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的水流在轉(zhuǎn)輪前不能形成

17、環(huán)量。實際上不允許在這種導(dǎo)葉位置下運(yùn)行。 允許的最大開度,混流式水輪機(jī)一般為額定水頭下額定出力時的開度值。此開度值如小于最低水頭下5（或3）出力限制線上的開度值時，則取后者為最大開度。轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的最大開度通常根據(jù)允許的吸出高度確定。 第四節(jié) 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)二、導(dǎo)葉出水角 導(dǎo)葉出口處骨線與圓周方向的夾角稱為導(dǎo)葉出口角 。由于導(dǎo)葉的葉片數(shù)較多，其葉柵可視為稠密葉柵，水流的出流角也就是導(dǎo)葉出口角，稱為導(dǎo)葉出水角 。 分別具有圖8-9所示的三種不同形狀的導(dǎo)葉進(jìn)行試驗： l 在開度相同的情況下， 大者 也大，見圖8-10 ；d0d11Q第四節(jié) 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)dl 出口角都相同的情況

18、下，盡管它們的開度各不相同，但過流量卻很接近，見圖8-11 由此可見，決定流量變化及轉(zhuǎn)輪前水流運(yùn)動狀況的主要因素不是開度 ，而是導(dǎo)葉出口角度 。只是由于習(xí)慣和測量方便的原因，實際上仍以開度作為導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的工作參數(shù)，而且在水輪機(jī)的綜合特性曲線上也均作出等開度線。對某一固定形狀的導(dǎo)葉，開度 和出口角 應(yīng)是一一對應(yīng)的關(guān)系。d00d第四節(jié) 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù) 圖圖8-9 8-9 具有不同葉型的導(dǎo)葉具有不同葉型的導(dǎo)葉(a)(a)負(fù)曲度葉型；負(fù)曲度葉型；(b)(b)對稱葉型；對稱葉型；(c)(c)正曲度葉型正曲度葉型8-10 8-10 具有不同葉型導(dǎo)葉具有不同葉型導(dǎo)葉 與與 的關(guān)系的關(guān)系 11Q0圖圖

19、8-11 8-11 具有不同葉型導(dǎo)葉具有不同葉型導(dǎo)葉 與與 的關(guān)系的關(guān)系11Qd三、導(dǎo)葉高度 導(dǎo)葉高度決定了水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的過水?dāng)嗝婷娣e，其值根據(jù)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中水力損失最小的原則確定。 導(dǎo)葉相對高度 001bbD由于 1 10 0000002uurQV rV rrV ctgctgb,1 12 2huuHgV rV r若令20uV，則0060hQnbtgHg即第四節(jié) 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)11 110060hQ nb tgg 對一定直徑的水輪機(jī)，比轉(zhuǎn)速越高流量就越大，導(dǎo)葉應(yīng)該做得高一些，否則就要增加開度 。當(dāng)開度過大時導(dǎo)葉將會接近于徑向開度，這樣將增加導(dǎo)葉及轉(zhuǎn)輪內(nèi)的流動損失。 反之，對低比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)

20、，流量相對比較小。如果導(dǎo)葉高度過大，則對應(yīng)的開度將很小，水流從兩片導(dǎo)葉之間的窄縫中流出，亦會引起較大的水力損失。 混流式水輪機(jī)在額定工況下運(yùn)行時，工作在特性曲線的5%（或3%）出力限制線上，及最大開度為額定水頭下，發(fā)出額定出力的開度的開度，見圖8-12. 0a第四節(jié) 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)圖8-12 不同比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)的 和0maxa0b四、導(dǎo)葉數(shù) ，導(dǎo)葉軸線分布圓直徑 及導(dǎo)葉弦長L 導(dǎo)葉數(shù)不但影響進(jìn)入轉(zhuǎn)輪水流的均勻度，還涉及本身的加工量，并直接影響到的尺寸。故導(dǎo)葉數(shù)應(yīng)選用恰當(dāng)。表8-1介紹了大中型水輪機(jī)的導(dǎo)葉數(shù)。 根據(jù)實踐經(jīng)驗，取相對值 011.13 1.30DD 當(dāng) 和 確定后，以導(dǎo)水機(jī)構(gòu)

21、能緊密關(guān)閉為原則，按下式確定葉柵密度和翼弦長度L，即：001.1LZD第四節(jié) 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)0D0Z0D0Z 表8-1 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)導(dǎo)葉數(shù)目轉(zhuǎn)輪直徑 （m）導(dǎo)葉數(shù)32 1.02.25 9.0以上 12 24 1.0以內(nèi) 2.58.5 16 1D0Z第四節(jié) 徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)第五節(jié) 導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)中的水力損失 導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)是水輪機(jī)的一個重要部件。水流能量在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中的損失將影響水輪機(jī)的效率。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的相對水力損失為:mWmxCg2112223001112singgxmLhtCQHgDbDD 式中： 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的相對損失； 平板葉柵的阻力系數(shù)，它是特征流速 與平板間的夾角即沖角 的函數(shù)，沖角越大阻

22、力系數(shù)越大； 特征流速 與圓周方向的夾角。 mW第五節(jié) 導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)中的水力損失 根據(jù)（8-11）式分析影響導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中損失的各種因素。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中的損失與單位流量的平方成正比；與導(dǎo)葉相對高度 的平方成反比；與相對直徑 的平方成反比；與葉柵稠密度 成正比。此外，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的水力損失還與開度 存在一定的關(guān)系。 當(dāng)開度增加時，一方面出口水流角 增加，因而 增加，水力損失是減少的，且在 一定范圍內(nèi)增加時葉柵沖角減小，阻力系數(shù) 下降，也導(dǎo)致水力損失減少；另一方面當(dāng)開度增加到超過某一數(shù)值后，沖角又逐漸增加，阻力系數(shù) 增加，這會使損失增加。以上兩個因素共同影響的0aL t01DD01bDxCxCmm2第五節(jié) 導(dǎo)葉機(jī)

23、構(gòu)中的水力損失 結(jié)果使得開度增加時，開始時水力損失減小，一直減小到某一值后，水力損失又逐漸增加。 根據(jù)式（8-11），對實際的水輪機(jī)可以求出不同開度時相對損失的數(shù)值（由于平板葉柵與導(dǎo)葉環(huán)列葉柵的差別，所求出的數(shù)值只能用來進(jìn)行定性分析）。圖8-13繪出了高比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)及低比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)的導(dǎo)葉的相對水力損失和開度變化的關(guān)系曲線。圖中 為實際水輪機(jī)中允許的最大相對開度。0maxa圖圖8-13 8-13 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中的水力損失導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中的水力損失1 1高比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)；高比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)；2 2低比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)低比轉(zhuǎn)速水輪機(jī) 由圖可見，各種比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)開度很小或很大時，其水力損失都較大。在相對開度為30

24、%70%時，水力損失最小，且損失不到總水頭的1。開度過大或過小都會引起損失的顯著增加。尤其對低比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)，在小開度下導(dǎo)水機(jī)構(gòu)損失更為嚴(yán)重，可達(dá)總水頭的810。這是因為低比轉(zhuǎn)速的工作水頭高，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中的水流速度相當(dāng)高的緣故。運(yùn)行時要盡量使導(dǎo)葉在最佳開度，以保證水輪機(jī)高效率工作。 第五節(jié) 導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)中的水力損失第五節(jié) 導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)中的水力損失 不同的導(dǎo)葉形狀對導(dǎo)水機(jī)構(gòu)水力損失有不同的影響。高比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)經(jīng)常工作在大開度位置，從水輪機(jī)基本方程可以看出，高比轉(zhuǎn)速的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)口環(huán)量小。在較優(yōu)的開度下，正曲度的導(dǎo)葉有使環(huán)量減小的效果，故高比速水輪機(jī)中可采用正曲度的導(dǎo)葉。反之，對低比轉(zhuǎn)速的混流式水輪機(jī)

25、，為了使轉(zhuǎn)輪前環(huán)量增加往往采用有負(fù)曲度的導(dǎo)葉。 在生產(chǎn)實踐中，中高比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)常采金屬全蝸殼，一般采用正曲度葉型。這種葉型也采用在低比轉(zhuǎn)速的軸流式水輪機(jī)。由于這類水輪機(jī)雖在不同水頭下運(yùn)行，但經(jīng)計算適應(yīng)其最優(yōu)的第五節(jié) 導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)中的水力損失 導(dǎo)葉曲度卻相差無幾，實際上可認(rèn)為一樣。故而在水輪機(jī)行業(yè)中多采用標(biāo)準(zhǔn)正曲率葉型,圖8-14。圖8-15所示為標(biāo)準(zhǔn)對稱葉型。這種葉型主要用在低水頭高比轉(zhuǎn)速的軸流式水輪機(jī)中。因為這種水輪機(jī)工作在小于 水頭下，流量較大。為了使蝸殼平面尺寸不致過大而影響水電站廠房寬度，蝸殼多設(shè)計成半蝸殼（混凝土蝸殼）。在非蝸殼部分水流速度在導(dǎo)葉前呈近似徑向方向，這一部分的導(dǎo)葉葉型

26、應(yīng)做成對稱形或負(fù)曲度。而在蝸殼部分應(yīng)做成正曲度葉型。顯然，在同一導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中采用不同葉型的導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)上是不合理的。所以，在高比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機(jī)中均折衷采用對稱葉型的導(dǎo)葉。 圖8-14 標(biāo)準(zhǔn)正曲度葉型的幾何尺寸 （ ； ）11Dm024Z 圖8-15 標(biāo)準(zhǔn)對稱葉型的幾何尺寸 ( ; )024Z 11Dm第六節(jié) 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的受力分析和傳動計算 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)關(guān)閉或開啟的操作力是由導(dǎo)水機(jī)構(gòu)接力器產(chǎn)生的，接力器的操作力取決于接力器直徑和工作油壓。接力器的操作力矩必須大于導(dǎo)葉的水力矩和導(dǎo)葉軸頸的摩擦力矩之和,同時還要保證導(dǎo)水機(jī)構(gòu)有一定的運(yùn)動速度。當(dāng)關(guān)閉導(dǎo)水機(jī)構(gòu)時，還必須有壓緊密封的力矩。 一、導(dǎo)葉上的作用力矩 當(dāng)導(dǎo)

27、葉達(dá)到關(guān)閉位置時，接力器的牽引力矩必須滿足下式dhfsMMMM（8-12）第六節(jié) 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的受力分析和傳動計算式中： 接力器的牽引力矩； 作用在導(dǎo)葉上的水力力矩，使導(dǎo)葉向關(guān)閉方向運(yùn)動的為“+”，向開啟方向運(yùn)動的為“”； 摩擦力矩； 密封力矩。 當(dāng)導(dǎo)葉處于開啟位置時，接力器的牽引力矩必須滿足下式 （8-13） 根據(jù)式8-12，8-13的原則，工程實際中按以下公式計算導(dǎo)葉在全關(guān)位置和任意開度位置時的總力矩。dhfMMMsMfMhMdM第六節(jié) 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的受力分析和傳動計算1導(dǎo)葉在全關(guān)位置時關(guān)閉或開啟的總力矩，圖8-16 關(guān)閉時 開啟時 式中 、 、 導(dǎo)葉上、中、下軸頸的直徑； 、 、 相應(yīng)軸承反力； 摩擦系數(shù)； 導(dǎo)葉相對偏心矩， , 是導(dǎo)葉有效長度； 計算水頭，m.012nLLLLH0ncRbRaRcdbdad22000202daabbccD b nMHgR dR dR dZ 22000202daabbccD b nMHgR dR dR dZ圖8-16 全關(guān)位置時導(dǎo)葉受力圖第六節(jié) 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的受力分析和傳動計算2導(dǎo)葉在任意開度位置時關(guān)閉或開啟的總力矩 關(guān)閉時 開啟時 式中 水力矩系數(shù)； 單個導(dǎo)葉上的水壓力。 二、導(dǎo)葉傳動力矩 已知使導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動所必須的牽引力矩后，進(jìn)一步是要將牽引力矩通過導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)過渡到接力器sPMC321111232dMabcsMHD Q C gdddP32111