水轮机类型与构造-反击式水轮机的主要部件

水电站项目3.水轮机的类型与构造12主要水轮机水轮机的分类与结构34冲击式水轮机主要部件反击式水轮机主要部件5水轮机参数和牌号项目3.水轮机的类型与构造3.3反击式水轮机主要部件反击式水轮机的主要部件一般指其过流部件，根据组成关系分为四大过流部件：

1.引水部件—引水室（通常指蜗壳）

2.导水部件—导水机构

3.工作部件—转轮

4.泄水部件—尾水管对反击式类水轮机而言，这四大过流部件各自作用基本相同，除工作部件之外，其余三个构造大致相似。引水部件即引水室，是水流进入水轮机的第一个部件。引水室将水流引向导水机构进而进入转轮区域。引水室的作用主要是：使水流以较小的水力损失均匀对称地流入导水机构，基本保证水流的轴对称性与均匀性，并形成一定的环量，以提高水能转换效率。3.3.1混流式引水部件3.3.1.1引水部件作用为了适应不同流量与水头条件，各种型式反击式水轮机所采用的引水室形状和材料是不一样的。归纳起来有开敞式引水室、罐式引水室和蜗壳式引水室三大类。1.开敞式引水室开敞式引水室是在水轮机导水机构外围作成一个开敞水槽，又称明槽式引水室。这种引水室常常是用砖石及混凝土作成的，只能用于较低水头及小型水轮机上。3.3.1混流式引水部件3.3.1.2引水部件的类型2.罐式引水室罐式引水室属于闭式结构，为钢板焊接结构。这种引水室只适用于小型水轮机。3.3.1混流式引水部件3.3.1.2引水部件类型开敞式引水室罐式引水室3.蜗壳式引水室蜗壳式引水室的外形很像蜗牛壳，故简称蜗壳。蜗壳是反击式水轮机中应用最普遍的一种引水室。为保证向导水机构均匀供水，蜗壳的断面逐渐减小，同时它可在导水机构前形成必要的环量。水轮机蜗壳可根据材料不同分为金属蜗壳和混凝土蜗壳。蜗壳自鼻端至进口断面所包围的圆心角称为蜗壳的包角。混凝土蜗壳一般用于水头在40m以下，包角为180°～270°。高水头水轮机多采用金属蜗壳，包角为340°～350°。3.3.1混流式引水部件3.3.1.2引水部件类型3.3.1混流式引水部件3.3.1.2引水部件类型金属蜗壳混凝土蜗壳3.3.1混流式引水部件3.3.1.2引水部件类型焊接中的金属蜗壳3.3.1混流式引水部件3.3.1.2引水部件类型蜗壳与座环（外部）蜗壳与座环（内部）导水部件即导水机构。反击式水轮机导水机构的作用主要有两个：根据电力系统负荷的变化，调节水轮机流量，以适应系统对机组出力的要求；形成和改变进入转轮的水流环量，以满足水轮机对进入转轮前水流环量的要求。3.3.2导水部件3.3.2.1导水部件作用按水流流经导叶时与水轮机轴线的相对位置，导水机构可分为：径向式导水机构，水流方向与主轴垂直；轴向式导水机构，水流与主轴平行；斜向式导水机构，水流与主轴斜交。以上三种导水机构(如下图所示)，被分别应用于混流式水轮机，轴流式水轮机，贯流式水轮机，灯泡贯流式和斜流式水轮机。其中径向式导水机构是目前应用最广泛的一种。3.3.2导水部件3.3.2.2导水机构的类型3.3.2导水部件3.3.2.2导水机构的类型径向式导水机构斜向式导水机构轴向式导水机构导水机构由（活动）导叶及传动机构组成导叶的主要作用是调节水轮机流量，并引导水流按一定的方向进入转轮，形成一定的速度矩。传动机构包括的部件有：推拉杆（大型机组为接力器活塞杆)、控制环、连杆和拐臂等。另外传动机构中装设有剪断销，作用是当导叶关闭时，若遇异物卡阻，剪断销将剪断，以保护导叶防止变形，并向中控室发出信号。3.3.2导水部件3.3.2.3导水机构的组成3.3.2导水部件3.3.2.3导水机构的组成推拉杆控制环拐臂连杆顶盖固定导叶活动导叶底环开度分为绝对开度和相对开度，绝对开度指导叶与导叶间的距离，相对开度是某一位置开度与最大开度的比值，用百分数表示，一般所说开度即相对开度。开度的变化导致流量变化，进而改变机组出力。导叶开度由调速器控制。3.3.2导水部件3.3.2.3导水机构的开度3.3.2导水部件3.3.2.3导水机构的开度小流量时开度大流量时开度工作部件即转轮。转轮作用是将水能转换为旋转机械能。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。性能良好的转轮具有如下特征：能量性能—效率高且高效率区域较宽阔空蚀性能—空蚀系数低反击式水轮机转轮结构各异，具体分述如下。3.3.3工作部件3.3.3.1工作部件的作用结构：上冠、叶片、下环、泄水锥、止漏环、减压孔。3.3.4混流式转轮3.3.4.1混流式转轮的结构上冠叶片下环止漏环减压孔（a）HL310-235（b）HL240-4101-上冠；2-下环；3-叶片；4-减压装置；5-止漏装置；6-泄水锥3.3.4混流式转轮3.3.4.1混流式转轮的结构转轮上冠的作用除了支承叶片外，还与下环构成过流通道。上冠形似圆锥体，其上部中间为上冠法兰，此法兰的上面与主轴相连，其下面固定泄水锥，在上冠上固定有均匀分布的叶片。叶片的作用是直接将水能转换为机械能。叶片断面形状为翼形，转轮叶片数的多少对水力性能和强度有显著的影响，随比转速的不同叶片数在9～21的范围内变化。3.3.4混流式转轮3.3.4.1混流式转轮的结构转轮下环的作用是增加转轮强度和刚度并与上冠形成过流通道。泄水锥的作用是引导经叶片流道流出的水流迅速而顺畅地向下渲泄，防止对侧水流相互撞击，以减少水力损失，提高水轮机的效率，其外形呈倒锥体。减压孔的作用是为了减少上冠上部的水流对转轮产生的轴向水推力，引导水流经上冠排至尾水。3.3.4混流式转轮3.3.4.1混流式转轮的结构混流式水轮机在运转时，转轮上冠与顶盖之间、下环与座环之间的缝隙中常有高压水流漏到尾水管中去，造成水轮机的容积损失。为了减少这种损失，相应地提高机组对水流的利用效率，必须在转轮上冠和下环处装置止漏设备，以限制旋转部分与固定部分之间的漏水量。常见的止漏装置为缝隙式、迷宫式、梳齿式和阶梯式几种型式，以迷宫式应用最广。3.3.4混流式转轮3.3.4.2混流式转轮的止漏装置上图分别为常见的四种止漏装置的示意图。3.3.4混流式转轮3.3.4.2混流式转轮的止漏装置缝隙式迷宫式梳齿式阶梯式轴流式转轮由轮毂、叶片（桨叶）和泄水锥组成。3.3.5轴流式转轮3.3.5.1轴流式转轮的结构轮毂是安装叶片(及其转动机构)的部件。轮叶是扭曲面，边缘薄，根部厚，外形类似螺旋桨，故又称桨叶。轮叶数目按水头大小而定，工作水头较低，轮叶数较少；反之，较多。一般为3～8片。轴流定桨式泄水锥叶片轮毂3.3.5轴流式转轮3.3.5.1轴流式转轮的结构轴流转桨式桨叶操作机构示意图1-桨叶；2-转轴；3、4-轴承；5-转臂；6-连杆；7-操作架；8-接力器活塞；9活塞杆轴流式水轮机根据转轮叶片在运行中能否调节，又分为轴流定桨式和轴流转桨式两种型式。轴流式水轮机用于开发较低水头(3～55m)、大流量的水能资源。轴流转桨式水轮机，由于桨叶和导叶随工况实现了最优的协联调节，提高了水轮机的平均效率，扩大了运行范围，是一种广泛使用的优良机型。3.3.5轴流式转轮3.3.5.2轴流式转轮的适用范围斜流式转轮的水流经过转轮叶片时是斜向的。转轮叶片随工况变化与导叶开度呈协联调节，高效率区广。是介于混流式与轴流式之间的一种结构，性能也介于二者之间。3.3.6斜流式转轮3.3.6.1斜流式转轮的特点3.3.6斜流式转轮3.3.6.1斜流式转轮的特点叶片的转动轴线与主轴成45°～60°的夹角。斜流式水轮机一般用做可逆式水泵水轮机。泄水部件即尾水管，是水流流出水轮机的最后一个部件。其性能会影响水轮机的效率和稳定性。反击式水轮机尾水管作用如下：（1）将转轮出口处的水流平顺地引向下游。（2）回收转轮出口的部分势能和动能。3.3.7泄水部件3.3.6.1泄水部件的作用1.直锥形尾水管直锥形尾水管是一种简单的水力性能好的扩散型尾水管，使用于小型水电站中（D1＜0.5～0.8m）。2.弯锥形（屈膝形）尾水管为小型卧式机组用的弯锥形尾水管，它由两部分组成，第一段为圆断面弯管，转弯角度一般为90°，第二段为竖直的圆锥管段。3.3.7泄水部件3.3.6.2泄水部件的类型3.弯肘形尾水管弯肘形尾水管用于大中型水电站的立式水轮机中。它由三部分