第二章水轮机结构(new) - 图文 (2)

据是有利的，但随着生厂技术的发展，这些关系是可以变化的。

表2-2 转轮进出口直径的关系

表2-3 转轮下环锥角

4．泄水锥

泄水锥的作用是引导经叶片流道流出的水流迅速而顺畅的向下渲泄，防止水流相互撞击，以减少水力损失，提高水轮机效率。其外形呈倒锥体。它的结构型式有铸造和钢板焊接两种。里面空心，下面开口，以便排除通过止漏环的漏水及橡胶导轴承的润滑水（有的转轮将泄水控开在泄水锥的外侧），还作为主轴的中心补气和有的转轮的顶盖补气通道之用。 5．止漏装置

止漏装置的作用是用来减小转动部分与固定部分之间的漏水损失。止漏装置分为固定部分和转动部分，为防止水流向上和向下漏出，水轮机上一般装有上、下两道止漏环。上止漏环固定部分装在顶盖上，其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，转动部分装在转轮的下环上。目前广泛采用的止漏环结构型式有间隙式，迷宫式，梳齿式和阶梯式四种，如图2-9所示。

图2-9 止漏装置型式

(a)间隙式；(b)迷宫式；(c)梳齿式；(d)阶梯式迷宫

（1）止漏环的材料和固定方式

止漏环的材料一般采用ZG30或A3钢板，泥沙较多的电站采用不锈钢。 止漏环的固定方式有直接车制和红套固定两种。对一些水质干净，转轮尺寸较小的转轮，可以直接在上冠和下环上车制迷宫环。一般在整铸转轮上为考虑折卸方便，采用红套固定。

（2）止漏环型式的选择

使用水头H?200m，型谱内所列各型号混流式转轮一般都采用间隙式或迷宫式止漏环，它止漏效果差，但其与转轮的同心度高，制造、安装方便，抗磨损性能较好。在含泥沙较多的电站采用间隙式止漏环。迷宫式止漏环，与转轮的同心度高，制造、安装较方便。在清水电站采用迷宫式止漏环较多。如图2-9(b)所示迷宫式止漏环，当水从间隙中流过时，由于局部阻力加大，使压力降低，当水流到达沟槽部位时又突然扩大，进入下一个间隙时又突然收缩，这种反复扩大、收缩的结果减低了水流压力，使漏水量大大减少。

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使用水头H?200m的混流式水轮机，常采用梳齿式止漏环，它的转动环和固定环的截面为梳齿状，两个环的截面形成交错配合，图2-9(c)是这种型式的止漏装置。当水流经过梳齿时，转了许多直角弯，增加了水流阻力，使漏水量减少。梳齿式止漏环的间隙为

??1~2mm，平面间隙?1???h,h为允许抬机的高度，一般取10~15mm。其缺点是止

漏环与转轮的同心度不易保证，间隙测量困难，安装不便，它一般与间隙式止漏环配合使用。

阶梯式止漏环也多用于水头H?200m的水电站[见图2-9(d)]，其止漏效果好，因它具有迷宫式及梳齿式止漏环的作用。另外，这种止漏环与转轮的同心度好，安装测量比较方便。

（3）止漏环的安装

止漏环的间隙值不但影响止漏效果，影响机组效率，还会对机组运行稳定性产生较大影响。止漏环单边间隙?（见图2-9）一般可取转轮直径的0.51000，具体数值参见表2-4。 在安装时，应仔细测量止漏环的单边间隙，当转轮位于安装的最终高程，各止漏环间隙的允许值应符合表2-5的要求。

表2-4 止漏环单边间隙表

表2-5 混流式转轮止漏环间隙允许偏差

当水头超过200m，采用梳齿密封的混流式水轮机（图2-10），由于运行中机组摆度的影响，圆周方向的间隙a1,a2不均匀，可能导致A,B腔内水流压力波动，严重时会引起机组振动，因此间隙值a1,a2一般采用适当加大。也可采用加联通管，进口外圆车制环槽等措施来均衡A,B腔压力值。

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图2-10 梳齿密封

1—上梳齿；2—下梳齿；3—A腔排水管；4—B腔联管；5—环行槽

6．减压装置

减压装置的作用是减小转轮上的轴向水推力。其形状为环形减压板，分别装在顶盖下面和上冠的上方。

水流经过混流式转轮时会产生轴向力。设计水轮机时，除了要知道水轮机转轮和主轴的重量外，还要知道轴向水推力。

根据混流式特点，总的轴向水推力为：

FE?F1?F2?F3?F4(N) （2-1）

式中 F1——转轮流道内水流作用产生的推力；

F2——作用于转轮上冠因水压力产生的水推力； F3——作用于下环因水压力产生的推力； F4——浮力。

在实际设计中，往往用经验公式来计算作用于转轮的轴向推力。对混流式水轮机有：

Ft?9.81?103K?4D1Hmax（N） （2-2）

2式中系数K与水轮机型号有关，其值可参考表2-6。

表2-6 水轮机轴向力系数K与水轮机型号的关系

混流式水轮机转轮重量可按下式近似计算。

3WR?[0.5?0.025(10?D1)]D1分瓣结构的转轮重量按（2-3）结果增加10%。

（t） （2-3）

主轴重量WS的近似计算，高水头混流式水轮机可取WS?WR，中水头混流式水轮机可取WS?(0.4?0.5)WR，（较低水头或大机组取小值）；对发电机与水轮机同一轴的机组，混流式可取WS?(0.7?0.8)WR。

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水轮机总的轴向推力：

F??Ft?9.81?103(WR?WS) (N) (2-4)

在高水头混流式水轮机中，为了降低机组推力轴承的负荷，在结构上主要采用减小作用在上冠外面轴向水推力的措施。

常用的减压装置结构形式有两种，如图2-11所示，图(a)为引水板和泄水孔的减压方式；图(b)为顶盖排水管的转轮泄水孔的减压方式。

图2-11(a)型式中，上下环形引水板分别装在顶盖下方和上冠的上面，当漏水进入顶盖引水板与上冠引水板之间的间隙c时，由于转轮旋转受离心力的作用，漏水被逸至顶盖引水板上，经泄水孔排至尾水管。此型式的减压效果与引水板面积、间隙E和的大小及泄水孔的直径d有关。一般认为引水板和泄水孔面积越大，间隙E和c越小，减压效果越显著。泄水孔最好开成顺水流方向倾斜??20?~30?。

在图2-11(b)型式中，顶盖和尾水管内有数条排水管相连，使上冠上面的漏水一部分经排水管泄至尾水管，另一部分经转轮上的泄水孔排入尾水管。自转轮泄水孔排入尾水管的漏水有的直接排至尾水管，见图2-11(b)所示；有的经泄水锥内腔排入尾水管，见图2-11(c)所示。经转轮上的泄水孔排入尾水管，使转轮上面的压力降低，从而减轻作用在转轮上的轴向力推力。但如图2-11(b)所示的方式可能在泄水锥的过流表面上产生空蚀损坏和磨损。而图2-11(c)所示的方式又有可能影响补气的效果。

图2-11 减压装置

7.转轮的结构型式

由于混流式水轮机的转轮应用水头和尺寸大小不同，它们的构造型式，制作材料及加工方法均不同。

混流式转轮的结构型式主要是指上冠，叶片和下环三部分的构造型式，基本上分为整铸转轮，铸焊转轮，组合转轮三种。

(1)整铸转轮

整铸转轮是指上冠，叶片和下环整体铸造而成的转轮，如图2-12所示就是整体转轮，这种结构在中小型机组中广泛采用。低水头的中小型混流式转轮材料采用优质铸铁HT20～40

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或球墨铸铁整铸；高水头的中小型转轮和低水头的大型转轮，则采用ZG30整铸。对高水头的水轮机转轮，为提高其强度和抗空蚀损坏，耐泥沙磨损的性能，采用了不锈钢材料。有些采用普通碳钢的转轮，在其容易空蚀和磨损的过流部位，例如在叶片表面和下环内侧，堆焊抗空蚀耐磨损的材料。

图2-12 整铸转轮

整铸转轮当尺寸不大时，它的生产周期短，成本较低，且有足够的强度，所以广泛采用。缺点是容易产生铸造缺陷，铸造质量不易保证，尤其当转轮尺寸大时，需要铸造设备的能力也大。

(2)铸焊转轮

在混流式转轮制造中，目前广泛采用焊接结构。如图2-13所示就是其中的一种结构形式。转轮的上冠、叶片和下环三部分单独铸造后，经过一定的生产工艺流程，焊接而成。这

图2-13 铸焊转轮

1—上冠；2—叶片；3—下环；4—焊缝

种焊接结构具有良好的技术经济效果，可对不同部位采用不同的钢种，例如对上冠和下环采用普通铸钢而叶片采用不锈钢，这样做既提供了转轮的抗空蚀能力，又节省了镍铬等金属。

铸焊结构转轮，由于铸件小，形状较简单，容易保证铸造质量，同时降低了对铸造能力的要求。但铸焊结构转轮焊接工作量大，对焊接工艺要求高，要确保每条焊缝的质量，避免和消除焊接温度应力等。

大型混流式转轮除采用手工焊外，还采用叶片与上冠电渣焊、下环与叶片手工焊的结构型式。目前已成功地制成了叶片与上冠、下环全部采用管极熔嘴全电渣焊的大型转轮。

（3）组合转轮

当转轮直径大于5.5m时，因受铁路运输的限制，或因铸造能力不足，必须把转轮分半制作，运到现场再组合成整体。

根据转轮各部分的组合连接方式不同，也分几种型式。我国主要采用上冠螺栓连接、下环焊接结构，在上冠连接处有轴向和径向的定位销，如图2-14所示。

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