學(xué)習(xí)情景二項(xiàng)目一混流式水輪機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

學(xué)習(xí)情境2

解剖水輪機(jī)第一頁，共四十七頁。學(xué)習(xí)情境2

解剖水輪機(jī)工作任務(wù)1.HL式水輪機(jī)的解剖2.ZL式水輪機(jī)的解剖3.GL式水輪機(jī)的解剖4.CJ式水輪機(jī)的解剖職業(yè)能力水輪機(jī)的幾大構(gòu)件1.掌握HL式水輪機(jī)的構(gòu)造，并熟知各部件功能2.掌握ZL式水輪機(jī)的構(gòu)造，并熟知各部件功能3.掌握GL式水輪機(jī)的構(gòu)造，并熟知各部件功能4.了解CJ式水輪機(jī)的構(gòu)造，并了解各部件功能第二頁，共四十七頁。學(xué)習(xí)情境2解剖水輪機(jī)知識要求1.水輪機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及各組成部件功能2.導(dǎo)水機(jī)構(gòu)及葉片傳動機(jī)構(gòu)的動作原理技能與態(tài)度要求

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

能獨(dú)立學(xué)習(xí)和工作，能夠進(jìn)行交流，具有團(tuán)隊(duì)合作精神和職業(yè)道德

第三頁，共四十七頁。學(xué)習(xí)情境2

解剖水輪機(jī)項(xiàng)目一：混流式水輪機(jī)的基本結(jié)構(gòu)第四頁，共四十七頁。一、概述混流式水輪機(jī)亦稱幅軸流式水輪機(jī)、法蘭西斯(Francis)式水輪機(jī)。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(jī)。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(yùn)行可靠，且有較高的效率和較低的空蝕系數(shù)。第五頁，共四十七頁。反擊式水輪機(jī)通常由四（五）大部分組成蝸殼（座環(huán)）導(dǎo)水機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)輪尾水管這四（五）大部分對于不同類型的水輪機(jī)各不完全相同，有著自身的特點(diǎn)。見圖5-1的混流式水輪機(jī)為例介紹其結(jié)構(gòu)（剖到局部的金屬蝸殼）混流式水輪機(jī)的基本構(gòu)造第六頁，共四十七頁。HL200-LJ-550水輪機(jī)剖面圖圖5-1HL200-LJ-550水輪機(jī)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—連接螺栓第七頁，共四十七頁。蝸殼的作用主要是：使水流以較小的水力損失均勻?qū)ΨQ地流入轉(zhuǎn)輪,座環(huán)加強(qiáng)蝸殼的剛度并傳力1、蝸殼第八頁，共四十七頁。蝸殼第九頁，共四十七頁。第十頁，共四十七頁。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(jī)構(gòu)的導(dǎo)葉2。座環(huán)支柱具有堅(jiān)固的上環(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的套筒5上。底環(huán)固定于座環(huán)的下環(huán)上面。頂蓋用螺釘6與座環(huán)的上環(huán)連接。第十一頁，共四十七頁。導(dǎo)葉的主要作用：是根據(jù)機(jī)組負(fù)荷變化來調(diào)節(jié)水輪機(jī)的流量，以改變水輪機(jī)的出力，并引導(dǎo)水流按一定的方向進(jìn)入轉(zhuǎn)輪形成一定的速度矩包括的部件有：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)葉背部的最短距離（導(dǎo)葉與導(dǎo)葉間的距離）稱為開度，開度的控制：由調(diào)速器控制導(dǎo)葉開度。2、導(dǎo)水及調(diào)節(jié)流量部件第十二頁，共四十七頁。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的傳動機(jī)構(gòu)組成：是由安置在導(dǎo)水葉上軸頸的轉(zhuǎn)臂12，連桿13和控制環(huán)14組成。導(dǎo)葉的開度的改變：（從導(dǎo)葉出口邊端到相鄰導(dǎo)葉背部的最短距離）

是通過導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的兩個接力器16和控制環(huán)連接的推拉桿15傳動控制環(huán)來實(shí)現(xiàn)的。第十三頁，共四十七頁。第十四頁，共四十七頁。第十五頁，共四十七頁。第十六頁，共四十七頁。

由于混流式水輪機(jī)應(yīng)用水頭較高，導(dǎo)葉承受的彎曲載荷大，因此導(dǎo)葉的相對高度b0與軸流式水輪機(jī)比較起來做得短一些，以減小跨度。此外，隨著水頭增高，相同功率下水輪機(jī)的過流量減小，這樣有可能減小流道的過流載面。b0一般隨水頭增加而減小。密封裝置：

導(dǎo)葉和水輪機(jī)頂蓋4及底環(huán)3之間的間隙及相鄰導(dǎo)葉在關(guān)機(jī)時的接合面都會有漏水現(xiàn)象。

一般采用橡膠的或金屬制成的密封件，可使導(dǎo)水機(jī)構(gòu)關(guān)閉時的漏水量最小。

在高水頭的水輪機(jī)中，有時采用專門的管狀密封裝置（空氣圍帶），在關(guān)機(jī)時其內(nèi)腔充以壓縮空氣，能使端面完全密封。第十七頁，共四十七頁。轉(zhuǎn)輪是直接將水能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能的過流部件，它對水輪機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)、尺寸等起著決定性的作用，是水輪機(jī)的核心部分3、轉(zhuǎn)輪第十八頁，共四十七頁?；炝魇剿啓C(jī)的轉(zhuǎn)輪

混流式轉(zhuǎn)輪圖第十九頁，共四十七頁。轉(zhuǎn)輪密封，是安置在轉(zhuǎn)輪上冠和下環(huán)上的密封環(huán)。水輪機(jī)工作時，轉(zhuǎn)輪前后的水流分別為高壓流與低壓流，轉(zhuǎn)輪后常形成真空。因此，水輪機(jī)工作時有部分水流經(jīng)過轉(zhuǎn)動與不轉(zhuǎn)動部件之間的間隙無益地漏掉，從而使水輪機(jī)效率降低。密封環(huán)就是為了減少流量漏損而設(shè)置的。當(dāng)水經(jīng)過密封環(huán)空間時，受到突然擴(kuò)大和縮小的局部水力阻擋，產(chǎn)生水力損失，從而減小流速，使通過縫隙的流量減小。減壓孔聯(lián)通轉(zhuǎn)輪上腔和轉(zhuǎn)輪下面的低壓區(qū)，從而減小由推力軸承承受的軸向水推力，當(dāng)有減壓孔（圖5-1上的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(jī)水平剖面圖，座環(huán)的固定導(dǎo)葉數(shù)量通常為導(dǎo)葉數(shù)一半。第二十頁，共四十七頁。第二十一頁，共四十七頁。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.瀉水錐第二十二頁，共四十七頁。1.轉(zhuǎn)輪上冠轉(zhuǎn)輪上冠的作用：第一是支承葉片，第二是與下環(huán)構(gòu)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的葉片。在上冠法蘭的外圍開有幾個減壓孔，在其外側(cè)面裝有減壓裝置。第二十三頁，共四十七頁。2.轉(zhuǎn)輪葉片葉片的作用：是直接將水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。葉片斷面形狀：葉片斷面形狀為翼型，轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)的多少：對水力性能和強(qiáng)度有顯著的影響，隨比轉(zhuǎn)速的不同葉片數(shù)在9~21的范圍內(nèi)。葉片上端與上冠相連，下端與下環(huán)連成一個整體。在其他尺寸（如葉片厚度，葉形產(chǎn)度）不變的條件下，增加葉片數(shù)目會增加轉(zhuǎn)輪的強(qiáng)度和鋼度。試驗(yàn)表明，葉片數(shù)的改變不僅改變最優(yōu)工況時的單位數(shù)量，同時也改變出力限制線的位置。葉片數(shù)不同時的n=f(）說明了上述分析。第二十四頁，共四十七頁。3.轉(zhuǎn)輪下環(huán)轉(zhuǎn)輪下環(huán)的作用：（1）固定葉片，增加轉(zhuǎn)輪的強(qiáng)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)輪出口附近的過水?dāng)嗝婷娣e影響很大，因而它影響轉(zhuǎn)輪的過水能量及汽蝕性能。低比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪下環(huán)呈曲線形比轉(zhuǎn)速較高的混流式轉(zhuǎn)輪，下環(huán)通常采用具有錐角的直線形。第二十五頁，共四十七頁。4.瀉水錐泄水錐的作用是引導(dǎo)經(jīng)葉片流道流出的水流迅速而順暢的向下宣泄，防止水流相互撞擊，以減少水力損失，提高水輪機(jī)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。第二十六頁，共四十七頁。5、止漏裝置作用：是用來減少轉(zhuǎn)動部分與固定部分之間的漏水損失。組成：止漏裝置分為固定部分和轉(zhuǎn)動部分，為防止水流向上和向下漏出，水輪機(jī)上一般裝有上、下兩道止漏環(huán)。型式第二十七頁，共四十七頁。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)第二十八頁，共四十七頁。

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)輪一般都采用縫隙式止漏裝置。對于水較清的河流,采用帶有溝槽的縫隙式止漏裝置,通常稱為迷宮式。圖5-7所示為縫隙式止漏裝置,轉(zhuǎn)輪上冠和下環(huán)上有帶溝槽的迷宮式止漏環(huán)2和4,與其對應(yīng)的頂蓋和底環(huán)上分別裝有迷宮環(huán)3和5。圖5-7(a)是迷宮式止漏裝置的結(jié)構(gòu)簡圖,當(dāng)水從縫隙間流過時,由于局部阻力加大，使壓力降低,當(dāng)水流到達(dá)溝槽部位時又突然擴(kuò)大，進(jìn)入下一個縫隙時又突然收縮,這種反復(fù)擴(kuò)大、收縮的結(jié)果減低了水流壓力，使漏水量大大減小。圖示尺寸適用于迷宮環(huán)直徑為5m的混流式水輪機(jī)。圖5-7(b)為不帶溝槽的縫隙式止漏環(huán)結(jié)構(gòu),適用于含泥沙較多的水電站。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一般可取轉(zhuǎn)輪直徑的0.5/1000。材料一般采用碳素鋼或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

如果單面間隙相差過大會引起機(jī)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)

第二十九頁，共四十七頁。2.梳齒式止漏裝置對于高水頭(H>200m)混流式水輪機(jī),需要采用梳齒式止漏裝置。這種止漏裝置的轉(zhuǎn)動環(huán)和固定環(huán)的截面為梳齒狀,兩個環(huán)的截面形成交錯配合.圖5-8是梳齒式止漏裝置的一種結(jié)構(gòu)型式,在轉(zhuǎn)輪的上冠和下環(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)都做成犬牙交錯的配合裝置,水流經(jīng)過梳齒時轉(zhuǎn)了許多直角彎,增加水流阻力，減少漏水量。圖中所示的結(jié)構(gòu)適用于H=300m的機(jī)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)輪梳齒與固定梳齒的間隙為0.5mm。這種結(jié)構(gòu)的固定環(huán)梳齒的側(cè)面是經(jīng)過研磨的光滑面,而轉(zhuǎn)動環(huán)的梳齒與固定環(huán)的接觸面則做成螺紋溝,溝槽的尺寸如圖中A所示。在壓力作用下,由止漏環(huán)之間的空隙滲漏出來的水是使梳齒式止漏裝置連接部件增大拉應(yīng)力的原因。為了防止梳齒式迷宮止漏環(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)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)用來聚集從縫隙滲入的水流,再從低壓側(cè)的輻向溝槽排出,排出的水流可由泄水管5流入上冠的減壓孔7再排到尾水管。第三十頁，共四十七頁。止漏環(huán)的材料和固定方式止漏環(huán)的材料：ZG30或A3鋼板：一般采用ZG30或A3鋼板不銹鋼：泥沙較多的電站采用不銹鋼止漏環(huán)的固定方式：直接車制：對一些水質(zhì)干凈，轉(zhuǎn)輪尺寸較小的轉(zhuǎn)輪，可以直接在上冠和下環(huán)上車制迷宮環(huán)。紅套固定：一般在整鑄轉(zhuǎn)輪上為考慮折卸方便，采用紅套固定第三十一頁，共四十七頁。止漏型式的選擇使用水頭H<200M：型譜內(nèi)所列各型號混流式轉(zhuǎn)輪一般都采用間隙式或迷宮式止漏環(huán)，它止漏效果差，但其與轉(zhuǎn)輪的同心度高、制造、安裝方便，抗磨損性性能較好。在含泥沙較多的電站采用間隙式止漏環(huán)。在清水電站采用迷宮式止漏環(huán)較多。使用水頭H>200M：的混流式水輪機(jī)，常采用梳齒式止漏環(huán)階梯式止漏環(huán)：也多用于水頭H>200M的水電站，其止漏效果好，因它具有迷宮式及梳齒式止漏環(huán)的作用。第三十二頁，共四十七頁。止漏環(huán)的安裝止漏環(huán)的間隙值不但影響止漏效果，影響機(jī)組效率，還會對機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。止漏環(huán)單邊間隙表第三十三頁，共四十七頁。混流式轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)間隙允許偏差第三十四頁，共四十七頁。6、減壓裝置混流式水輪機(jī)的軸向水推力為：實(shí)際經(jīng)驗(yàn)公式：另有：其中，主軸重量的近似計(jì)算，高水頭混流取

中水頭混流取；對發(fā)電機(jī)與水輪機(jī)同一軸的機(jī)組，混流式可取。第三十五頁，共四十七頁。常用的減壓裝置結(jié)構(gòu)形式有兩種：如圖5-9所示圖a為引水板和泄水孔的減壓方式；圖b為頂蓋排水管的轉(zhuǎn)輪泄水孔的減壓方式。第三十六頁，共四十七頁。圖a為引水板和泄水孔的減壓方式上下環(huán)形引水板分別裝在頂蓋下方和上冠的上面，當(dāng)漏水進(jìn)入頂蓋引水板與上冠引水板之間的間隙時，由于轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)受離心力的作用，漏水被逸至頂蓋引水板上，經(jīng)泄水孔排至尾水管。此型式的減壓效果與引水板面積、間隙和C的大小及泄水孔的直徑有關(guān)。一般認(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。第三十七頁，共四十七頁。在圖5-9b型式中，頂蓋和尾水管內(nèi)有數(shù)條排水管相連，使上冠上面的漏水一部分經(jīng)排水管泄至尾水管，另一部分經(jīng)轉(zhuǎn)輪上的泄水孔排入尾水管。自轉(zhuǎn)輪泄水孔排入尾水管的漏水有的直接排至尾水管，見圖所示；有的經(jīng)泄水錐內(nèi)腔排入尾水管，見圖所示。經(jīng)轉(zhuǎn)輪上的泄水孔排入尾水管，使轉(zhuǎn)輪上面的壓力降低，從而減輕作用在轉(zhuǎn)輪上的軸向水推力。但圖所示的方式可能在泄水錐的過流表面上產(chǎn)生空蝕損壞和磨損；而圖所示的方式又有可能影響補(bǔ)氣的效果。第三十八頁，共四十七頁。六、混流式轉(zhuǎn)輪制造結(jié)構(gòu)由于混流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪應(yīng)用水頭和尺寸大小不同，它們的構(gòu)造型式，制作材料及加工方法均不同。

混流式轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)型式主要是指上冠，葉片和下環(huán)三部分的構(gòu)造型式，基本上分為整鑄轉(zhuǎn)輪，鑄焊轉(zhuǎn)輪，組合轉(zhuǎn)輪三種。第三十九頁，共四十七頁。1．整鑄轉(zhuǎn)輪整鑄轉(zhuǎn)輪是指上冠，葉片和下環(huán)整體鑄造而成的轉(zhuǎn)輪，如圖5-10所示就是整體轉(zhuǎn)輪，這種結(jié)構(gòu)在中小型機(jī)組中廣泛采用。低水頭的中小型混流式轉(zhuǎn)輪材料采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵HT20～40或球墨鑄鐵整鑄；高水頭的中小型轉(zhuǎn)輪和低水頭的大型轉(zhuǎn)輪，則采用ZG30整鑄。對高水頭的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，為提高其強(qiáng)度和抗空蝕損壞，耐泥沙磨損的性能，采用了不銹鋼材料。有些采用普通碳鋼的轉(zhuǎn)輪，在其容易空蝕和磨損的過流部位，例如在葉片表面和下環(huán)內(nèi)側(cè)，堆焊抗空蝕耐磨損的材料。整鑄轉(zhuǎn)輪當(dāng)尺寸不大時，它的生產(chǎn)周期短，成本較低，且有足夠的強(qiáng)度，所以廣泛采用。缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生鑄造缺陷，鑄造質(zhì)量不易保證，尤其當(dāng)轉(zhuǎn)輪尺寸大時，需要鑄造設(shè)備的能力也大。第四十頁，共四十七頁。鑄焊轉(zhuǎn)輪（示意圖）在混流式轉(zhuǎn)輪制造中，目前廣泛采用焊接結(jié)構(gòu)。如圖5-11所示就是其中的一種結(jié)構(gòu)形式。轉(zhuǎn)輪的上冠、葉片和下環(huán)三部分單獨(dú)鑄造后，經(jīng)過一定的生產(chǎn)工藝流程，焊接而成。這種焊接結(jié)構(gòu)具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，可對不同部位采用不同的鋼種，例如對上冠和下環(huán)采用普通鑄鋼而葉片采用不銹鋼，這樣做既提供了轉(zhuǎn)輪的抗空蝕能力，又節(jié)省了鎳鉻等金屬。鑄焊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)輪，由于鑄件小，形狀較簡單，容易保證鑄造質(zhì)量，同時降低了對鑄造能力的要求。但鑄焊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)輪焊接工作量大，對焊接工藝要求高，要確保每條焊縫的質(zhì)量，避免和消除焊接溫度應(yīng)力等。大型混流式轉(zhuǎn)輪除采用手工焊外，還采用葉片與上冠電渣焊、下環(huán)與葉片手工焊的結(jié)構(gòu)型式。目前已成功地制成了葉片與上冠、下環(huán)全部采用管極熔嘴全電渣焊的大型轉(zhuǎn)輪。第四十一頁，共四十七頁。組合轉(zhuǎn)輪（示意圖）第四十二頁，共四十七頁。作用：尾水管除了引導(dǎo)轉(zhuǎn)輪流出的水流泄入下游外，其主要的作用是回收位能和動能，它對水輪機(jī)效率影響很大，特別是對于低水頭的情況。這部分內(nèi)容后面詳細(xì)論述

大中型電站立式機(jī)組一般均采用彎肘型尾水管4、尾水管第四十三頁，共四十七頁。第四十四頁，共四十七頁。工作任務(wù)：HL式、ZL式、GL式、CJ式水輪機(jī)的解剖題目：1.何為導(dǎo)葉開度？2.