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第二讲 水轮机,,水 轮 发 电 机 组 总 体 结 构,水轮机—将水能转化为旋转机械能,发电机,水轮机,蜗壳:引水导叶:调节流量转轮:能量转换尾水管:泄水,,,,,第一节 水轮机的主要类型及其构造,反击式：水流方向和流速大小受叶片约束而改变,从而对叶片一个反作用力,混流式水轮机（Francis）,（a）水斗式； （b）斜击式； （c）双击式,冲击式水轮机：高速射流在空气中冲击转轮,可逆式:既是水轮机又是水泵,,混流式： 30~40~600~700m斜流式：150m以下，水头 变幅较大轴流式：少惯流式：潮汐电站，水头15~20m,可逆式,,各型水轮机适用不同水头范围对应不同转轮形状,水轮机牌号示例：1、HL220-LJ-550，表示混流式水轮机，转轮型号为220，立轴，金属蜗壳，转轮直径为550cm2、ZZ560-LH-800，表示轴流转浆式水轮机，转轮型号为560，立轴，混凝土蜗壳，转轮直径为800cm3、XLN200-LJ-300，表示斜流可逆式水轮机，转轮型号为200，立轴，金属蜗壳，转轮直径为300cm4、GD600-WP-250，表示贯流定浆式水轮机，转轮型号为600，卧轴，灯泡式引水室，转轮直径为250cm。

5、2QJ30-W-120/（2×10），表示一根轴上具有两个转轮的切击式水轮机，转轮型号为30，卧轴，转轮直径为120cm，每个转轮有两个喷嘴，射流直径为10 cm第二节 水轮机的型号及标称直径,11,混流式：幅向进流，轴向出流,,1－主轴；2－叶片；3－导叶；4－蜗壳；5－尾水管,,,1,2,3,,4,5,轴流式：轴向进流，轴向出流,,1－导叶；2－叶片；3－轮毂4－蜗壳；5－尾水管,,,1,2,3,4,4,5,斜流式：斜向进流，斜向出流,,1,2,3,4,,,,,1－蜗壳；2－导叶；3－叶片；4－尾水管,可转动叶片,贯流式：机组在流道中间，周围过水,,1－导叶；2－转轮；3－发电机；4－灯泡,1,2,3,4,,,,,1,2,GL式,贯流式：水轮机的主轴装置成水平或倾斜不设蜗壳，水流直贯转轮水流由管道进口到尾水管出口都是轴向的H<20m，小型河床电站第三节 反击式水轮机的构造说明,1. 引水室①引导水流均匀、轴对称进入导水机构；②形成一定速度环量，如蜗壳（金属、混凝土蜗壳）2. 座环——位于导叶外围，由上、下环和立柱组成；①由上、下环和立柱组成，承受发电机组轴向荷载并传给基础②支承活动导叶 。

断面设计：流线形，保证强度、刚度数目为活动导叶的一半3. 导水机构—导水叶及其轴、调速器、接力器（转臂、连杆、控制环)①引导水流按一定方向进入转轮；②形成与改变进入转轮的速度环量；③调节Q→调节出力P；④关机时截断水流4. 转轮（工作核心）—能量转换决定水轮机的尺寸、性能、结构5. 泄水部件（尾水管）—①回收能量； ②排水至下游6. 主轴——将转轮机械能传递给发电机7. 轴承——承受水轮机轴上的荷载（径向力和轴向力），并传递给基础如水轮机导轴承水流流动方向：水流→蜗壳→座环→导叶→转轮→尾水管→下游,引水部件—蜗壳和座环,蜗壳（和座环）蜗壳的作用主要是使水流以较小的水力损失均匀对称地流入转轮；座环起加强蜗壳的刚度并传递上部结构力的作用座环,导水部件—导叶及其传动机构,导叶及传动机构导叶的主要作用是根据机组负荷变化来调节水轮机流量以改变水轮机出力，并引导水流按一定的方向进入转轮，形成一定的速度矩包括的部件有：导叶、推拉杆、控制环、拐臂和连杆等,导水部件—导叶及其传动机构,导叶及传动机构,,导叶与导叶间的距离称为开度，开度的变化导致流量变化，进而改变出力导叶开度由调速器控制小开度（小流量）,大开度（大流量）,工作部件—转轮是水轮机的核心,转轮转轮是直接将水能转换为旋转的机械能的过流部件，它对水轮机的性能、结构、尺寸等起着决定性的作用，是水轮机的核心部分。

泄水部件—尾水管断面沿程扩散,尾水管尾水管除了引导转轮流出的水流泄入下游外，其主要的作用是回收位能和动能，它对水轮机效率影响很大，特别是对于低水头的情况大中型电站立式机组一般采用弯肘型尾水管,2017/11/18,24,工作部件转轮有不同的形状,,,中高比转速混流式水轮机转轮,混流式水轮机转轮组成：轮叶、上冠、下环和泄水锥上冠的外形与圆台体相似，在其下端固定着泄水锥，用于引导水流顺利地形成轴向流动，以消除顺利漩涡轮叶的上端与上冠相固定，下端与下环相固定三者连成一个整体，叶片呈扭曲状，其断面为翼形，叶片数目通常是10～20片，均匀分布在上冠与下环之间,低比转速混流式水轮机转轮,2017/11/18,25,工作部件转轮有不同的形状,,,轴流式水轮机转轮,轴流式水轮机的转轮是由轮毂、轮叶和泄水锥三部分组成在轮毂四周按悬臂方式安装轮叶，轮叶是扭曲面边缘薄，根部厚，外形类似螺旋桨轮叶数目按工作水头大小而定，工作水头较低，轮叶数较少；反之，较多一般为3～8片,冲击式（水斗式）水轮机的构造,,水流流动方向：水流→喷管→折流板→转轮→机壳→尾水槽,1.喷嘴——由喷嘴、喷管体、导水叶栅、喷针头、喷杆、操作机构组成2. 喷针——控制水轮机的过水流量，以行程表示。

3.转轮 ——轮盘、斗叶（沿轮盘均匀分布） 4.折向器——使针阀缓慢关闭，降低水击压力，使水流偏离水斗，避免机组转速升高 5. 机壳——把水斗中排出的水引导入尾水槽内一般为铸钢件2017/11/18,27,水斗式水轮机主要由喷嘴、针阀、转轮和折向器组成,喷嘴的作用是引导压力水流均匀流动，在喷嘴处收缩转换为仅有动能的自由射流；针阀的作用是控制流量的大小，适应出力大小的需要水斗式水轮机的构造,,,定义：反映水轮机工作状况特性值的一些参数，称水轮机的基本参数 由水能出力公式: N=9.81ηQH 可知，基本参数包括：工作水头H、流量Q、出力N、效率η，工作力矩M、机组转速n第四节、水轮机的工作参数,出力与效率(output and efficiency),1. 出力(水轮机的输出功率)N： 指水轮机轴传给发电机轴的功率 水轮机的输入功率 (水流传给水轮机的能量)为： 水轮机的输出功率：2. 效率： η=N/Nw ， 一般η=80%~95%,工作力矩和转速,水轮机的出力可以用旋转机械运动公式来表达 M——主轴力矩; ω——水轮机旋转角速度， n ——转速，n=3000/p p ——发电机磁极对额定转速n：正常情况下机组的转速保持为固定转速，该转速称为额定转速，并与发电机的同步转速相等。

一、水轮机运行中的巡视为保证安全运行，运行人员必须对机组设备进行巡视检查，及时发现设备隐患除交接班巡视检查外，一般每 2 h应巡视一次另外，如有特殊情况（如甩负荷、事故音响信号动作、机组起动并网或其它异常情况等），也必须及时进行巡视检查在巡视检查中，要集中精力，仔细观察，充分发挥眼看、手摸、鼻闻、耳听等感觉作用，不得草率从事第五节、水轮机检修、维护,巡视检查应包括职责范围内的全部设备，其主要项目一般有：1、机组运行中的稳定性及各部位音响，特别是在过负荷、低水头低负荷等情况时有无异常音响，有无显著的振动2、水轮机压力表、真空表指示是否正常，尾水管有无显著的振动和噪声3、轴承油质、油温、油位是否正常，有无甩油现象4、冰轮机顶盖有无积水，主轴密封情况是否良好5、导水机构各连接部位是否牢固，转动是否灵活，剪断销及其信号装置是否完好6、油、气、水系统工作是否正常，有无漏水、漏油、漏气或堵塞现象7、机组各连接、固定螺栓有无松动现象二、水轮机运行中的维护水轮机维护工作包括预防性和修复性维护，它们的共同目的是查明损坏和磨损的原因、程度，并进行处理修复性维护是通过检修工作，把损坏和磨损部分修复到最佳状态；而预防性维护则是在运行中不断进行检查，及时发现缺陷和不安全因素，加以分析处理，以减少损坏，减缓磨损，它是运行中维护工作的主要内容。

运行维护工作一般有以下项目：1、经常保持设备及厂房内清洁，定期清除设备表面的灰尘和油污2、 定期给轴承添加润滑油，给各运动部件润滑点添加润滑脂3、检查、调整主轴密封，更换已磨损的密封件，使其工作正常4、保证油、气、水系统设备工作正常5、保证机组各部位温度、压力指示仪表、信号仪表工作正常6、在导叶剪断销剪断后进行更换7、在保证各部位连接、固定螺栓无松动现象8、 定期清理导叶、转轮间隙处的污物总之，通过运行中的维护，应使水轮机随时处于正常状态，防止严重故障的发生水轮机检修可分为事故检修和预防性检修一、事故检修事故检修是在水轮机发生突然故障时，为及时消除故障，尽快使水轮机恢复正常运行而进行的临时性检修事故检修是不可预计的，但也必须针对故障类型和严重程度，制定具体的捡修方案或按检修规程进行维修，以确保检修质量二、预防性检修预防性检修包括日常维护、停机检查、小修和大修，是按预定计划进行的检修其中日常维护、停机检查和小修，属于水轮机运行中的维护工作，其目的在于检查和修理那些运行中或停机检查中能直接接触的零部件及附属设备，消除异常现象，以防止由此可能引起的事故停机而水轮机大修，则是处理运行中出现但在日常维护和小修中无法予以消除的设备缺陷，和对水轮机各部分的结构、技术参数进行全面地检查调整。

在大修范围内，还有一种所谓扩大性大修，是一种消除运行过程中由于磨损、损坏等原因导致水轮机性能和技术指标严重下降的维修工作，需要将除埋设部件以外的部件全部分解、拆卸、吊出，进行检查、修复、更换和调整，有时还进行较大的技术改革工作总之，大修是一种全面恢复水轮机性能和技术指标的检修工作，对以后水轮机安全可靠地正常运行，有直接影响水轮机检修工作应坚持预防为主，做到有目的、有组织、有计划地进行在检修过程中，要严格执行规程要求，保证检修工作的高水平、高质量，以达到预期的检修目的,水轮机大修可分为三个阶段：大修的准备阶段、修理阶段和大修后的检查试验阶段一、大修的准备阶段，主要有三个方面的工作：（一）检修人员组织参加检修的人员，应明确自己的职责，熟悉掌握设备结构原理及检修工艺遇到问题，应及时反映，得到技术负责人批准后才能进行处理在检修工作中，要严格按检修工艺规程进行操作,（二）检修内容及检修进度计划的制定在大修前，应检查水轮机在各工况下的运行情况，记录水轮机起动开度、空载开度、主轴摆度、轴承温度以及最大功率等数据停机后，检查记录轴承间隙、导叶间隙、转轮止漏环间隙等数据，为制定检修计划和大修后质量检查提供依据。

检修内容应根据运行记录、上一次大修以及中间的小修、事故检修记录，结合停机前后的全面检查结果，在充分掌握水轮机各零部件工作状态的情况下确定在确定了检修内容后，便可结合检修人员和工期要求等因素，制定大修进度计划该计划中应反映出各单项检修内容及计划完成时间，各单项检修内容的计划工时及负责人该计划可用图表形式表示（三）工具和材料准备检修与安装一样，必须有一套完整的工具和测量仪器，包括某些特殊的专用工具，所以在检修前需对工具进行认真的清理、检查和修理在检修中，还需要一些消耗性材料，也要作好充分准备根据检修内容，针对设备缺陷，还应准备充足的备品备件，以便检修时更换二、修理阶段修理阶段进行水轮机的拆卸、测量、清扫、检查、修复、更换、回装、调整、试验等工作在修理中，可采用打磨、研刮、焊接、喷镀、堆焊以及更换零件等方法应当注意，在拆卸每个零部件以前，应检查安装标记和零件编号，如果缺少，应及时补打在非工作面上，以便回装在拆卸过程中，要随时进行测量记录，如各相对运动零件之间的间隙等，并与图纸和以前的记录比较，可以从中预估实际检修工作量和零件寿命拆卸下来的零部件，应及时用汽油或煤油清洗干净，检查有无缺陷，并及时修复。

如已不能修复便应作好更换备件的准备在清洗中，对零件的配合面和精加工面，不能随便碰撞或用刮刀砂纸去锈，清洗后应去掉拆卸中产生的毛刺、伤痕，及时涂油防锈，妥为保存对非加工配合面，应及时按规定涂漆清扫、修复、更换准备等工作完成后，可开始回装、调整，其过程与安装工程相似。