學(xué)習(xí)情境解剖水輪機

學(xué)習(xí)情境2

解剖水輪機學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第1頁學(xué)習(xí)情境2

解剖水輪機工作任務(wù)1.HL式水輪機解剖2.ZL式水輪機解剖3.GL式水輪機解剖4.CJ式水輪機解剖職業(yè)能力水輪機幾大構(gòu)件1.掌握HL式水輪機結(jié)構(gòu)，并熟知各部件功效2.掌握ZL式水輪機結(jié)構(gòu)，并熟知各部件功效3.掌握GL式水輪機結(jié)構(gòu)，并熟知各部件功效4.了解CJ式水輪機結(jié)構(gòu)，并了解各部件功效學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第2頁學(xué)習(xí)情境2解剖水輪機知識要求1.水輪機組成結(jié)構(gòu)及各組成部件功效2.導(dǎo)水機構(gòu)及葉片傳動機構(gòu)動作原理技能與態(tài)度要求

技能要求：1.熟悉水輪機裝配工藝2.熟練導(dǎo)水機構(gòu)拆裝調(diào)整3.熟悉HL式水輪機轉(zhuǎn)輪裝配4.熟悉GL式水輪機裝配工序5.清楚ZZ式水輪機裝配工序態(tài)度要求：

能獨立學(xué)習(xí)和工作，能夠進(jìn)行交流，含有團體合作精神和職業(yè)道德

學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第3頁學(xué)習(xí)情境2

解剖水輪機項目一：混流式水輪機基本結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第4頁一、概述混流式水輪機亦稱幅軸流式水輪機、法蘭西斯(Francis)式水輪機。對轉(zhuǎn)輪而言水流徑向流入軸向流出，故稱之為混流式水輪機。其應(yīng)用水頭范圍很廣，從20~700m水頭均可使用。它結(jié)構(gòu)簡單，制造安裝方便，運行可靠，且有較高效率和較低空蝕系數(shù)。學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第5頁還擊式水輪機通常由四（五）大部分組成蝸殼（座環(huán)）導(dǎo)水機構(gòu)轉(zhuǎn)輪尾水管這四（五）大部分對于不一樣類型水輪機各不完全相同，有著本身特點。見圖5-1混流式水輪機為例介紹其結(jié)構(gòu)（剖到局部金屬蝸殼）混流式水輪機基本結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第6頁HL200-LJ-550水輪機剖面圖圖5-1HL200-LJ-550水輪機剖面圖（高程單位：m，尺寸單位：mm）1—固定導(dǎo)葉；2—導(dǎo)葉；3—底環(huán)；4—頂蓋；5—套筒；6—螺釘；7—主軸法蘭；8—主軸；9—上冠；10—下環(huán)；11—葉片；12—轉(zhuǎn)臂；13—連桿；14—控制環(huán)；15—推拉桿；16—接力器；17—導(dǎo)軸承；18—泄水錐；19a,19b—上，下迷宮環(huán)；

a—坐環(huán)上環(huán)；b—坐環(huán)下環(huán)；20—連接螺栓學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第7頁蝸殼作用主要是：使水流以較小水力損失均勻?qū)ΨQ地流入轉(zhuǎn)輪,座環(huán)加強蝸殼剛度并傳力1、蝸殼學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第8頁蝸殼學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第9頁學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第10頁座環(huán)支柱座環(huán)支柱也稱固定導(dǎo)葉1，徑向式導(dǎo)水機構(gòu)導(dǎo)葉2。座環(huán)支柱含有堅固上環(huán)和下環(huán)，蝸殼和上下環(huán)焊接在一起。導(dǎo)葉軸頸用襯套（鋼或尼龍材料）支承在底環(huán)3和固定于頂蓋4套筒5上。底環(huán)固定于座環(huán)下環(huán)上面。頂蓋用螺釘6與座環(huán)上環(huán)連接。學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第11頁導(dǎo)葉主要作用：是依據(jù)機組負(fù)荷改變來調(diào)整水輪機流量，以改變水輪機出力，并引導(dǎo)水流按一定方向進(jìn)入轉(zhuǎn)輪形成一定速度矩包含部件有：推拉桿、控制環(huán)拐臂連桿、導(dǎo)葉等開度：從導(dǎo)葉出口邊端到相鄰導(dǎo)葉背部最短距離（導(dǎo)葉與導(dǎo)葉間距離）稱為開度，開度控制：由調(diào)速器控制導(dǎo)葉開度。2、導(dǎo)水及調(diào)整流量部件學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第12頁導(dǎo)水機構(gòu)傳動機構(gòu)組成：是由安置在導(dǎo)水葉上軸頸轉(zhuǎn)臂12，連桿13和控制環(huán)14組成。導(dǎo)葉開度改變：（從導(dǎo)葉出口邊端到相鄰導(dǎo)葉背部最短距離）

是經(jīng)過導(dǎo)水機構(gòu)兩個接力器16和控制環(huán)連接推拉桿15傳動控制環(huán)來實現(xiàn)。學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第13頁學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第14頁學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第15頁學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第16頁

因為混流式水輪機應(yīng)用水頭較高，導(dǎo)葉承受彎曲載荷大，所以導(dǎo)葉相對高度b0與軸流式水輪機比較起來做得短一些，以減小跨度。另外，伴隨水頭增高，相同功率下水輪機過流量減小，這么有可能減小流道過流載面。b0普通隨水頭增加而減小。密封裝置：

導(dǎo)葉和水輪機頂蓋4及底環(huán)3之間間隙及相鄰導(dǎo)葉在關(guān)機時接合面都會有漏水現(xiàn)象。

普通采取橡膠或金屬制成密封件，可使導(dǎo)水機構(gòu)關(guān)閉時漏水量最小。

在高水頭水輪機中，有時采取專門管狀密封裝置（空氣圍帶），在關(guān)機時其內(nèi)腔充以壓縮空氣，能使端面完全密封。學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第17頁轉(zhuǎn)輪是直接將水能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械能過流部件，它對水輪機性能、結(jié)構(gòu)、尺寸等起著決定性作用，是水輪機關(guān)鍵部分3、轉(zhuǎn)輪學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第18頁混流式水輪機轉(zhuǎn)輪

混流式轉(zhuǎn)輪圖學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第19頁轉(zhuǎn)輪密封，是安置在轉(zhuǎn)輪上冠和下環(huán)上密封環(huán)。水輪機工作時，轉(zhuǎn)輪前后水流分別為高壓流與低壓流，轉(zhuǎn)輪后常形成真空。所以，水輪機工作時有部分水流經(jīng)過轉(zhuǎn)動與不轉(zhuǎn)動部件之間間隙無益地遺漏，從而使水輪機效率降低。密封環(huán)就是為了降低流量漏損而設(shè)置。當(dāng)水經(jīng)過密封環(huán)空間時，受到突然擴大和縮小局部水力阻擋，產(chǎn)生水力損失，從而減小流速，使經(jīng)過縫隙流量減小。減壓孔聯(lián)通轉(zhuǎn)輪上腔和轉(zhuǎn)輪下面低壓區(qū)，從而減小由推力軸承承受軸向水推力，當(dāng)有減壓孔（圖5-1上20）時，轉(zhuǎn)輪上冠必須設(shè)置密封裝置。圖5-2為混流式水輪機水平剖面圖，座環(huán)固定導(dǎo)葉數(shù)量通常為導(dǎo)葉數(shù)二分之一。學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第20頁學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第21頁轉(zhuǎn)輪基本上由4部分組成：1.轉(zhuǎn)輪上冠2.轉(zhuǎn)輪葉片3.轉(zhuǎn)輪下環(huán)4.瀉水錐學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第22頁1.轉(zhuǎn)輪上冠轉(zhuǎn)輪上冠作用：第一是支承葉片，第二是與下環(huán)組成過流通道。上冠結(jié)構(gòu)：形似圓錐體，其上部中間為上冠法蘭，與主軸相連，其下面固定泄水錐，在上冠上固定有均勻分布葉片。在上冠法蘭外圍開有幾個減壓孔，在其外側(cè)面裝有減壓裝置。學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第23頁2.轉(zhuǎn)輪葉片葉片作用：是直接將水能轉(zhuǎn)換為機械能。葉片斷面形狀：葉片斷面形狀為翼型，轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)多少：對水力性能和強度有顯著影響，隨比轉(zhuǎn)速不一樣葉片數(shù)在9~21范圍內(nèi)。葉片上端與上冠相連，下端與下環(huán)連成一個整體。在其它尺寸（如葉片厚度，葉形產(chǎn)度）不變條件下，增加葉片數(shù)目會增加轉(zhuǎn)輪強度和鋼度。試驗表明，葉片數(shù)改變不但改變最優(yōu)工況時單位數(shù)量，同時也改變出力限制線位置。葉片數(shù)不一樣時n=f(）說明了上述分析。學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第24頁3.轉(zhuǎn)輪下環(huán)轉(zhuǎn)輪下環(huán)作用：（1）固定葉片，增加轉(zhuǎn)輪強度和剛度；

（2）與上冠形成過流通道。下環(huán)形成及轉(zhuǎn)輪出口直徑對轉(zhuǎn)輪出口附近過水?dāng)嗝婷娣e影響很大，因而它影響轉(zhuǎn)輪過水能量及汽蝕性能。低比轉(zhuǎn)速水輪機轉(zhuǎn)輪下環(huán)呈曲線形比轉(zhuǎn)速較高混流式轉(zhuǎn)輪，下環(huán)通常采取含有錐角直線形。學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第25頁4.瀉水錐泄水錐作用是引導(dǎo)經(jīng)葉片流道流出水流快速而順暢向下宣泄，預(yù)防水流相互撞擊，以降低水力損失，提升水輪機效率。其外形呈倒椎體。結(jié)構(gòu)型式有鑄造和鋼板焊接兩種。學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第26頁5、止漏裝置作用：是用來降低轉(zhuǎn)動部分與固定部分之間漏水損失。組成：止漏裝置分為固定部分和轉(zhuǎn)動部分，為預(yù)防水流向上和向下漏出，水輪機上普通裝有上、下兩道止漏環(huán)。型式學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第27頁止漏裝置型式圖5-7縫隙式止漏裝置1—減壓孔；2—上迷宮動環(huán)；3—上迷宮靜環(huán)；4—下迷宮動環(huán)；5—下迷宮靜環(huán)學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第28頁

1.縫隙式止漏裝置使用水頭H<200m型譜內(nèi)所列各種混流式轉(zhuǎn)輪普通都采取縫隙式止漏裝置。對于水較清河流,采取帶有溝槽縫隙式止漏裝置,通常稱為迷宮式。圖5-7所表示為縫隙式止漏裝置,轉(zhuǎn)輪上冠和下環(huán)上有帶溝槽迷宮式止漏環(huán)2和4,與其對應(yīng)頂蓋和底環(huán)上分別裝有迷宮環(huán)3和5。圖5-7(a)是迷宮式止漏裝置結(jié)構(gòu)簡圖,當(dāng)水從縫隙間流過時,因為局部阻力加大，使壓力降低,當(dāng)水流抵達(dá)溝槽部位時又突然擴大，進(jìn)入下一個縫隙時又突然收縮,這種重復(fù)擴大、收縮結(jié)果減低了水流壓力，使漏水量大大減小。圖示尺寸適合用于迷宮環(huán)直徑為5m混流式水輪機。圖5-7(b)為不帶溝槽縫隙式止漏環(huán)結(jié)構(gòu),適合用于含泥沙較多水電站。這種結(jié)構(gòu)簡單,加工方便，但止漏效果不及迷宮式。止漏環(huán)間隙b普通可取轉(zhuǎn)輪直徑0.5/1000。材料普通采取碳素鋼或1Crl8Ni9Ti不銹鋼板或其它抗磨鋼板。安裝時應(yīng)仔細(xì)測量單面間隙,圖5-8梳齒式止漏裝置1、12—抗磨板；2—上部靜環(huán)；3、6、8、11—螺釘；4—上部動環(huán)；5—引水管；7—減壓孔；9—下不動環(huán)10—下部靜環(huán)；13—幅向溝槽；14—環(huán)形溝槽

假如單面間隙相差過大會引發(fā)機組振動。圖5-7縫隙式止漏裝置1—減壓孔；2—上迷宮動環(huán)；3—上迷宮靜環(huán)；4—下迷宮動環(huán)；5—下迷宮靜環(huán)

學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第29頁2.梳齒式止漏裝置對于高水頭(H>200m)混流式水輪機,需要采取梳齒式止漏裝置。這種止漏裝置轉(zhuǎn)動環(huán)和固定環(huán)截面為梳齒狀,兩個環(huán)截面形成交織配合.圖5-8是梳齒式止漏裝置一個結(jié)構(gòu)型式,在轉(zhuǎn)輪上冠和下環(huán)處裝設(shè)了兩組梳齒式迷宮止漏環(huán),轉(zhuǎn)動環(huán)與固定環(huán)都做成犬牙交織配合裝置,水流經(jīng)過梳齒時轉(zhuǎn)了許多直角彎,增加水流阻力，降低漏水量。圖中所表示結(jié)構(gòu)適合用于H=300m機組上。轉(zhuǎn)動環(huán)做成兩個梳齒,環(huán)徑與高度之比為10:1,轉(zhuǎn)輪梳齒與固定梳齒間隙為0.5mm。這種結(jié)構(gòu)固定環(huán)梳齒側(cè)面是經(jīng)過研磨光滑面,而轉(zhuǎn)動環(huán)梳齒與固定環(huán)接觸面則做成螺紋溝,溝槽尺寸如圖中A所表示。在壓力作用下,由止漏環(huán)之間空隙滲漏出來水是使梳齒式止漏裝置連接部件增大拉應(yīng)力原因。為了預(yù)防梳齒式迷宮止漏環(huán)破裂,在其支持面上做成環(huán)狀溝槽14和輻向溝槽13。位于高壓側(cè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)用來聚集從縫隙滲透水流,再從低壓側(cè)輻向溝槽排出,排出水流可由泄水管5流入上冠減壓孔7再排到尾水管。學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第30頁止漏環(huán)材料和固定方式止漏環(huán)材料：ZG30或A3鋼板：普通采取ZG30或A3鋼板不銹鋼：泥沙較多電站采取不銹鋼止漏環(huán)固定方式：直接車制：對一些水質(zhì)潔凈，轉(zhuǎn)輪尺寸較小轉(zhuǎn)輪，能夠直接在上冠和下環(huán)上車制迷宮環(huán)。紅套固定：普通在整鑄轉(zhuǎn)輪上為考慮折卸方便，采用紅套固定學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第31頁止漏型式選擇使用水頭H<200M：型譜內(nèi)所列各型號混流式轉(zhuǎn)輪普通都采取間隙式或迷宮式止漏環(huán)，它止漏效果差，但其與轉(zhuǎn)輪同心度高、制造、安裝方便，抗磨損性性能很好。在含泥沙較多電站采取間隙式止漏環(huán)。在清水電站采取迷宮式止漏環(huán)較多。使用水頭H>200M：混流式水輪機，常采取梳齒式止漏環(huán)階梯式止漏環(huán)：也多用于水頭H>200M水電站，其止漏效果好，因它含有迷宮式及梳齒式止漏環(huán)作用。學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第32頁止漏環(huán)安裝止漏環(huán)間隙值不但影響止漏效果，影響機組效率，還會對機組運行穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。止漏環(huán)單邊間隙表學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第33頁混流式轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)間隙允許偏差學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第34頁6、減壓裝置混流式水輪機軸向水推力為：實際經(jīng)驗公式：另有：其中，主軸重量近似計算，高水頭混流取

中水頭混流??；對發(fā)電機與水輪機同一軸機組，混流式可取。學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第35頁慣用減壓裝置結(jié)構(gòu)形式有兩種：如圖5-9所表示圖a為引水板和泄水孔減壓方式；圖b為頂蓋排水管轉(zhuǎn)輪泄水孔減壓方式。學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第36頁圖a為引水板和泄水孔減壓方式上下環(huán)形引水板分別裝在頂蓋下方和上冠上面，當(dāng)漏水進(jìn)入頂蓋引水板與上冠引水板之間間隙時，因為轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)受離心力作用，漏水被逸至頂蓋引水板上，經(jīng)泄水孔排至尾水管。此型式減壓效果與引水板面積、間隙和C大小及泄水孔直徑相關(guān)。普通認(rèn)為引水板和泄水孔面積越大，間隙和C越小，減壓效果越顯著。泄水孔最好開成順?biāo)鞣较騼A斜。學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第37頁在圖5-9b型式中，頂蓋和尾水管內(nèi)有數(shù)條排水管相連，使上冠上面漏水一部分經(jīng)排水管泄至尾水管，另一部分經(jīng)轉(zhuǎn)輪上泄水孔排入尾水管。自轉(zhuǎn)輪泄水孔排入尾水管漏水有直接排至尾水管，見圖所表示；有經(jīng)泄水錐內(nèi)腔排入尾水管，見圖所表示。經(jīng)轉(zhuǎn)輪上泄水孔排入尾水管，使轉(zhuǎn)輪上面壓力降低，從而減輕作用在轉(zhuǎn)輪上軸向水推力。但圖所表示方式可能在泄水錐過流表面上產(chǎn)生空蝕損壞和磨損；而圖所表示方式又有可能影響補氣效果。學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第38頁六、混流式轉(zhuǎn)輪制造結(jié)構(gòu)因為混流式水輪機轉(zhuǎn)輪應(yīng)用水頭和尺寸大小不一樣，它們結(jié)構(gòu)型式，制作材料及加工方法均不一樣。

混流式轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)型式主要是指上冠，葉片和下環(huán)三部分結(jié)構(gòu)型式，基本上分為整鑄轉(zhuǎn)輪，鑄焊轉(zhuǎn)輪，組合轉(zhuǎn)輪三種。學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第39頁1．整鑄轉(zhuǎn)輪整鑄轉(zhuǎn)輪是指上冠，葉片和下環(huán)整體鑄造而成轉(zhuǎn)輪，如圖5-10所表示就是整體轉(zhuǎn)輪，這種結(jié)構(gòu)在中小型機組中廣泛采取。低水頭中小型混流式轉(zhuǎn)輪材料采取優(yōu)質(zhì)鑄鐵HT20～40或球墨鑄鐵整鑄；高水頭中小型轉(zhuǎn)輪和低水頭大型轉(zhuǎn)輪，則采取ZG30整鑄。對高水頭水輪機轉(zhuǎn)輪，為提升其強度和抗空蝕損壞，耐泥沙磨損性能，采取了不銹鋼材料。有些采取普通碳鋼轉(zhuǎn)輪，在其輕易空蝕和磨損過流部位，比如在葉片表面和下環(huán)內(nèi)側(cè)，堆焊抗空蝕耐磨損材料。整鑄轉(zhuǎn)輪當(dāng)尺寸不大時，它生產(chǎn)周期短，成本較低，且有足夠強度，所以廣泛采取。缺點是輕易產(chǎn)生鑄造缺點，鑄造質(zhì)量不易確保，尤其當(dāng)轉(zhuǎn)輪尺寸大時，需要鑄造設(shè)備能力也大。學(xué)習(xí)情境解剖水輪機第40頁鑄焊轉(zhuǎn)輪（示意圖）在混流式轉(zhuǎn)輪制造中，當(dāng)前廣泛采取焊接結(jié)構(gòu)。如圖5-11所表示就是其中一個結(jié)構(gòu)形式。轉(zhuǎn)輪上冠、葉片和下環(huán)三部分單獨鑄造后，經(jīng)過一定生產(chǎn)工藝流程，焊接而成。這種焊接結(jié)構(gòu)含有良好技術(shù)經(jīng)濟效果，可對不一樣部位采取不一樣鋼種，比如對上冠和下環(huán)采取普通鑄鋼而葉片采取不銹鋼，這么做既提供了轉(zhuǎn)輪抗空蝕能力，又節(jié)約了鎳鉻等金屬。鑄焊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)輪，因為鑄件小，形狀較簡單，輕易確保鑄造質(zhì)量，同時降低了對鑄造能力要求。但鑄焊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)輪焊接工作量大，對焊接工藝要求高，要確保每條焊縫質(zhì)量，防止和消除焊接溫度應(yīng)力等。大型混流式轉(zhuǎn)輪除采取手工焊外，