水轮机常识
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混流式转轮运行范围宽广，不同电站水头、容量、转速区别很大，为适应不同电站 的特点。我公司从经过运行验证的电站中特别按水头、出力、转速分类，形成典型的混 流式水轮机结构系列。 三、结构设计特色
纵观国内、外混流式水轮发电机组，运行中最容易出现空蚀、振动、轴承温升过 高、密封漏水等问题。经过多年探索和不断革新，我公司已完全掌握了解决以上问题的 办法，每一个电站均可根据其具体特点，采取相应的对策。
贯流式：适用于低水头的机组 贯流式水轮机可用于 0.5－30ｍ的水头范围，过水能力大，效率较高，缺点是密封止 水及绝缘要求高，适用于平原地区低水头大流量的电站和潮汐电站。
2、工作原理：
A、反击式：把水流能量转换成压能，在转轮叶片前后形成压差，使转轮旋转， 把水流的能量转换成转轮旋转的机械能。 B、冲击式：高压水流通过喷嘴变为具有动能的自由射流冲击转轮叶片，并形成 旋转力矩使转轮转动。
近年来，我公司还广泛采用加拿大赛龙轴承公司研制的赛龙 SXL 材料取代耐磨橡 胶。赛龙 SXL 是一种具有弹性的聚合物非金属材料，其特有的聚合物结构具有所有超高 性能橡胶的基本性能，极具弹性，且有自润滑能力，能极大地降低摩擦系数，比橡胶能 承受更高的压力及耐磨耐腐蚀能力。最突出的优点是经久耐磨、寿命极长，不用经常更 换密封块，且可以通过机械加工成形。该材料密封块在贵州 2 台单机 40MW、云南 2 台 单机 60MW、土耳其 4 台单机 50MW 的机组中使用，受到用户较高的评价。
作用是：有效地阻挡尾水管中的水从主轴与顶盖之间的间隙上 溢，防止水轮机导轴承及顶盖被淹，维持轴承和机组的正常运行。
主轴密封形式多种多样，如平板密封（映站）、端面密封、螺旋 （水泵）密封、滑动架密封等。
检修密封是当机组检修、检查或由于主轴密封损坏时投入的一种 密封，又称空气围带；当投入时压缩空气进入空气围带，使空气围带的凸 出部位抱紧水导旋转油盆与之配合的加工面或大轴法兰，切断尾水以防水 淹水车室。
1、事故配压阀 2、主阀 3、剪断销 4、真空破坏阀
5.7 水轮机气蚀、振动的原因及预防措施
1、气蚀原因与预防： 外因是水流压力下降到该水温下的汽化压力，内因是水中存在有
气体空泡。分为翼型、间隙、空腔、局部气蚀。 预防措施：是合理拟定水电站运行方式和采用汽蚀补气（主轴中
心自然补气、尾水管补气）；检修时应定期及时检修修补气蚀部位。提高 检修工艺，在叶片上涂刷抗气蚀涂料
3、理论推导：
★功率 N=9.81QH； 工作水头 H、流量 Q、出力 N、效率、转速ｎ等 损失：容积（流量损失）、水力（水头损失）、机械损失（摩擦损失）；对应相应
的效率。
4、水轮机的能量转换
（水能转换为旋转的机械能）是靠转轮进出口的速度差或环量差（2πvr）来实 现的。
5、水轮机主要部件
混流式水轮机由引水、导水、工作和泄水及附属装置组成。 主要有主轴、转轮、导轴承、导水机构、座环、基础环、蜗壳、尾水管、止漏装 置、减压装置、密封装置以及附属装置（补气阀、紧急真空破坏阀）组成。
此外，对于大型机组，轴承处线速度高，导致轴承损耗高，对冷却容量要求大，布 置困难，运行风险性高。为此，我公司开发了新型的多圆弧段抛物线筒式轴承，该多圆 弧型线段抛物线轴承的优点是：润滑油容易进入瓦隙，形成油膜，保证轴承的承载能力。 同时，由于圆弧段的变化，在油槽的末段，圆弧收缩，热油迅速上升至瓦面，排离轴瓦。 这样，热油不会存积在轴瓦与轴领之间，形成窝油现象，热交换充分。因此，可以在 L/D 值较低的情况下，实现热交换，使轴承结构紧凑，维护方便，机组运行可靠。
对大容量多泥沙电站，我公司还研究开发了无接触密封和泵板密封。该结构的特点 是：轴封的静止部分和转动部分不接触，这样密封有极长的寿命。该密封不需检修，在 正常运行时不需冷却或润滑，转轮上的泵板装置可防止水和固体进入主轴密封，在正常 运行时，轴密是干的，顶盖卸压系统可防止沙或固体物质积存在水机顶盖下，离心作用 可使轴密封不接触水中的沙和其它固体物质。电站运行表明：该结构对高水头、多泥沙 电站非常适用。
5.3 工作部件
组成：转轮、主轴、密封 作用：工作部件作用是直接将水流能量转换为主轴旋转机械能的部件
转轮是实现水能转换的主要部件，它将大部分水能转换成转轮的旋转 机械能，并通过水轮机主轴传递给发电机。
主轴是承受水轮机转动部分的重量及轴向水推力所产生的拉力，同时 传递转轮产生的扭矩。
主轴密封是水轮机关键部件之一，水轮机在运行过程中，其主轴 密封的安全可靠运行，直接关系到水轮机是否安全运行
5.1 引水部件
z 引水部件主要包括蜗壳、座环和基础环。它们的主要作用是以最小的水 力损失将水流引向导水部件，提高水轮机的效率，并且在进入导水部件 时，使水流形成均匀的环量。
z 蜗壳的作用： 1、保证水流以最小的水力损失把水引向导水部件，从而提高水轮机的效率。 2、尽可能保证沿导水部件的周围进水流量均匀，水流对称于轴，以合转轮 受力均衡，提高工作的稳定性。 3、使水流在进入导水部件以前具有一定的环流，然后很顺利地进入工作转 轮。 4、保证转轮在工作时，始终浸没在水中不会有大量空气进入转轮。 两种形式：金属和混凝土 z 座环：位于蜗壳的内圈，活动导叶的外围。由上环、固定导叶和下环焊 接组合成环型体。座环是水轮机的承重部件，也是机组安装的基准。它承受水轮 机固定部分的质量。顶盖放置在座环上法兰上，在外圈法兰上通过均布的 120 个 M72 的螺栓与座环法兰把合。在座环上法兰内侧面焊接有一密封环，此密封 环与顶盖下法兰密封槽内φ16mm 的“O”形圈形成密封防止流道内的水上溢。下 部通过连接环与基础环连接。 z 基础环是座环与尾水管进口锥管段连接的基础部件，预埋在混凝土内。 同时基础环也是底环的安装基础部件，底环通过 60 个 M36 的内六角螺栓与基础 环把合。
（三）、主轴密封 水压式端面密封是我公司混流式水轮机的主要密封型式，其固定部分采用耐磨不
锈钢材料，密封块采用耐磨橡胶，运行时需通入 0.1~0.3Mpa 清洁压力水。密封块为自动 补偿型。运行表明：这种型式的密封运行可靠，效果良好。
对高水头、多泥沙电站，我公司还专门研制了水压式端面密封与水泵密封相结合 的复合型密封。端面密封靠清洁压力水顶起密封块止水，水泵密封布置在水轮机端大轴 法兰处，能有效降低进入主密封的漏水量和漏水压力，避免了由于主密封漏水压力太高 而使密封块的偏磨，有效地阻止了泥沙进入主密封，从而减轻密封块的磨损，延长其使 用寿命。
斜击式：XJ
型号：HL100—LJ—210 HL：代表混流式水轮机 100：转轮型号（也称比转速） LJ：立式金属蜗壳 210：转轮直径（210 厘米） 冲击式水轮机基本参数
ZZ560—LH—1130 ZZ：轴流转桨式水轮机 560：转轮型号 LH：立式混凝土蜗壳 1130：表示转轮直径为 1130 厘米
水轮机常识
1、类型：反击型和冲击型。
A、反击型：混流式、轴流式、斜流式、贯流式。
B、冲击型：水斗式、斜击式、双击式。
水轮机的型号直接代表了水轮机的类型及其特性，如下：
反击式
混流式：HL
轴流转桨式：ZZ
轴流定桨式：ZD
斜流式：XL
贯流转桨式：GZ
贯流定桨式：GD
冲击式
水斗式：C：座环、导叶及操作机构 导水部件作用是调节进入转轮的流量和形成转轮所需要的环量；
z 座环作用： 1、是承受整个机组及其上部混凝土的重量以及水泵水轮机的轴向水推力 2、以最小的水力损失将水流引入导水机构
导水机构由顶盖、底环、导叶、连杆机构和接力器等组成。 导叶安放在转轮与座环之间上下由顶盖和底环上的轴套固定 通过接力器和连杆机构来操纵导叶的开关 是使水流进入转轮之前形成旋转并改变水流的入射角度 当机组出力发生变化时，用来调节流量 。 正常与事故停机时，用来截断水流。
5.4 固定部分
顶盖、底环、座环、支持环等 顶盖主要作用：
形成流道并承受相应的流体压力 固定和支撑活动导叶及其连杆机构 支撑水导轴承 支撑并组成机组的密封，包括主轴密封、检修密封、上迷宫环等 底环作用： 与顶盖一起形成过流通道 安装导叶下轴承 基础环 （支持环）作用 在机组安装时放座环，成为座环的基础。 在水轮机安装及检修时，用来放置转轮 。
2、振动原因与预防：
分机械、水力、电气振动。 机械方面的原因是转子质量不平衡、轴线不正、轴承缺陷、主轴 刚度不够； 水力方面原因是水力不平衡、空腔气蚀、涡列、间隙射流； 电气原因是不平衡电磁力引起。 预防措施： 查明机械原因消除；水力方面采用补气、调整间隙、避免振动区 （35%～75%）；电气方面调整好圆度和空气间隙均匀。
（四）、导叶摩擦装置 剪断销结构是行业普遍采用的、有效的导叶保护方式。
近年来，我公司研制了导叶摩擦装置，通过多个电站使用，取得良好的效果。导叶摩擦 装置的工作原理是：取消剪断销，正常运行时，导叶转动靠摩擦力传动，当导叶间卡入 异物时，导叶与连板相对滑动，摩擦装置会位移并保护导叶不受破坏，其它导叶仍活动 自如。发卡的导叶位移并发出讯号，运行人员据此可清除导叶间的异物，全部导叶就能 自动回复到正常位置。与导叶剪断销保护方式比较，操作更简单，不需更换零件，同时 消除了剪断销破坏后，导叶在水流中摆动相互撞击的风险，同时，还可取消导叶限位装 置，使结构更简单。
（二）、防止轴承温升过高的措施 电站能否安全稳定运行，轴承是非常关键的部件。为适应各电站布置、运行的需
要，我公司设计开发了与之配套的各种规格轴承，主要分为筒式及分块瓦式稀油润滑轴 承。每一种型式又按轴颈大小、承载能力高低及润滑油内外循环方式分为若干档，以适 应各种机组的需要。这种轴承系列产品开发方式有许多优越性，可以缩短电站开发周期， 提高运行可靠性。我公司着手新电站的轴承设计，只需根据结构设计的需要，以一种模 板为基础，通过轴承承载能力计算及热平衡计算，适当调整轴承的长径比及轴承瓦隙即 可设计出满意的轴承。
东方电气发电机组
纵观国内、外混流式水轮发电机组，运行中最容易出现空蚀、振动、轴承温升过 高、密封漏水等问题。经过多年探索和不断革新，我公司已完全掌握了解决以上问题的 办法，每一个电站均可根据其具体特点，采取相应的对策。
贯流式：适用于低水头的机组 贯流式水轮机可用于 0.5－30ｍ的水头范围，过水能力大，效率较高，缺点是密封止 水及绝缘要求高，适用于平原地区低水头大流量的电站和潮汐电站。
2、工作原理：
A、反击式：把水流能量转换成压能，在转轮叶片前后形成压差，使转轮旋转， 把水流的能量转换成转轮旋转的机械能。 B、冲击式：高压水流通过喷嘴变为具有动能的自由射流冲击转轮叶片，并形成 旋转力矩使转轮转动。
近年来，我公司还广泛采用加拿大赛龙轴承公司研制的赛龙 SXL 材料取代耐磨橡 胶。赛龙 SXL 是一种具有弹性的聚合物非金属材料，其特有的聚合物结构具有所有超高 性能橡胶的基本性能，极具弹性，且有自润滑能力，能极大地降低摩擦系数，比橡胶能 承受更高的压力及耐磨耐腐蚀能力。最突出的优点是经久耐磨、寿命极长，不用经常更 换密封块，且可以通过机械加工成形。该材料密封块在贵州 2 台单机 40MW、云南 2 台 单机 60MW、土耳其 4 台单机 50MW 的机组中使用，受到用户较高的评价。
作用是：有效地阻挡尾水管中的水从主轴与顶盖之间的间隙上 溢，防止水轮机导轴承及顶盖被淹，维持轴承和机组的正常运行。
主轴密封形式多种多样，如平板密封（映站）、端面密封、螺旋 （水泵）密封、滑动架密封等。
检修密封是当机组检修、检查或由于主轴密封损坏时投入的一种 密封，又称空气围带；当投入时压缩空气进入空气围带，使空气围带的凸 出部位抱紧水导旋转油盆与之配合的加工面或大轴法兰，切断尾水以防水 淹水车室。
1、事故配压阀 2、主阀 3、剪断销 4、真空破坏阀
5.7 水轮机气蚀、振动的原因及预防措施
1、气蚀原因与预防： 外因是水流压力下降到该水温下的汽化压力，内因是水中存在有
气体空泡。分为翼型、间隙、空腔、局部气蚀。 预防措施：是合理拟定水电站运行方式和采用汽蚀补气（主轴中
心自然补气、尾水管补气）；检修时应定期及时检修修补气蚀部位。提高 检修工艺，在叶片上涂刷抗气蚀涂料
3、理论推导：
★功率 N=9.81QH； 工作水头 H、流量 Q、出力 N、效率、转速ｎ等 损失：容积（流量损失）、水力（水头损失）、机械损失（摩擦损失）；对应相应
的效率。
4、水轮机的能量转换
（水能转换为旋转的机械能）是靠转轮进出口的速度差或环量差（2πvr）来实 现的。
5、水轮机主要部件
混流式水轮机由引水、导水、工作和泄水及附属装置组成。 主要有主轴、转轮、导轴承、导水机构、座环、基础环、蜗壳、尾水管、止漏装 置、减压装置、密封装置以及附属装置（补气阀、紧急真空破坏阀）组成。
此外，对于大型机组，轴承处线速度高，导致轴承损耗高，对冷却容量要求大，布 置困难，运行风险性高。为此，我公司开发了新型的多圆弧段抛物线筒式轴承，该多圆 弧型线段抛物线轴承的优点是：润滑油容易进入瓦隙，形成油膜，保证轴承的承载能力。 同时，由于圆弧段的变化，在油槽的末段，圆弧收缩，热油迅速上升至瓦面，排离轴瓦。 这样，热油不会存积在轴瓦与轴领之间，形成窝油现象，热交换充分。因此，可以在 L/D 值较低的情况下，实现热交换，使轴承结构紧凑，维护方便，机组运行可靠。
对大容量多泥沙电站，我公司还研究开发了无接触密封和泵板密封。该结构的特点 是：轴封的静止部分和转动部分不接触，这样密封有极长的寿命。该密封不需检修，在 正常运行时不需冷却或润滑，转轮上的泵板装置可防止水和固体进入主轴密封，在正常 运行时，轴密是干的，顶盖卸压系统可防止沙或固体物质积存在水机顶盖下，离心作用 可使轴密封不接触水中的沙和其它固体物质。电站运行表明：该结构对高水头、多泥沙 电站非常适用。
5.3 工作部件
组成：转轮、主轴、密封 作用：工作部件作用是直接将水流能量转换为主轴旋转机械能的部件
转轮是实现水能转换的主要部件，它将大部分水能转换成转轮的旋转 机械能，并通过水轮机主轴传递给发电机。
主轴是承受水轮机转动部分的重量及轴向水推力所产生的拉力，同时 传递转轮产生的扭矩。
主轴密封是水轮机关键部件之一，水轮机在运行过程中，其主轴 密封的安全可靠运行，直接关系到水轮机是否安全运行
5.1 引水部件
z 引水部件主要包括蜗壳、座环和基础环。它们的主要作用是以最小的水 力损失将水流引向导水部件，提高水轮机的效率，并且在进入导水部件 时，使水流形成均匀的环量。
z 蜗壳的作用： 1、保证水流以最小的水力损失把水引向导水部件，从而提高水轮机的效率。 2、尽可能保证沿导水部件的周围进水流量均匀，水流对称于轴，以合转轮 受力均衡，提高工作的稳定性。 3、使水流在进入导水部件以前具有一定的环流，然后很顺利地进入工作转 轮。 4、保证转轮在工作时，始终浸没在水中不会有大量空气进入转轮。 两种形式：金属和混凝土 z 座环：位于蜗壳的内圈，活动导叶的外围。由上环、固定导叶和下环焊 接组合成环型体。座环是水轮机的承重部件，也是机组安装的基准。它承受水轮 机固定部分的质量。顶盖放置在座环上法兰上，在外圈法兰上通过均布的 120 个 M72 的螺栓与座环法兰把合。在座环上法兰内侧面焊接有一密封环，此密封 环与顶盖下法兰密封槽内φ16mm 的“O”形圈形成密封防止流道内的水上溢。下 部通过连接环与基础环连接。 z 基础环是座环与尾水管进口锥管段连接的基础部件，预埋在混凝土内。 同时基础环也是底环的安装基础部件，底环通过 60 个 M36 的内六角螺栓与基础 环把合。
（三）、主轴密封 水压式端面密封是我公司混流式水轮机的主要密封型式，其固定部分采用耐磨不
锈钢材料，密封块采用耐磨橡胶，运行时需通入 0.1~0.3Mpa 清洁压力水。密封块为自动 补偿型。运行表明：这种型式的密封运行可靠，效果良好。
对高水头、多泥沙电站，我公司还专门研制了水压式端面密封与水泵密封相结合 的复合型密封。端面密封靠清洁压力水顶起密封块止水，水泵密封布置在水轮机端大轴 法兰处，能有效降低进入主密封的漏水量和漏水压力，避免了由于主密封漏水压力太高 而使密封块的偏磨，有效地阻止了泥沙进入主密封，从而减轻密封块的磨损，延长其使 用寿命。
斜击式：XJ
型号：HL100—LJ—210 HL：代表混流式水轮机 100：转轮型号（也称比转速） LJ：立式金属蜗壳 210：转轮直径（210 厘米） 冲击式水轮机基本参数
ZZ560—LH—1130 ZZ：轴流转桨式水轮机 560：转轮型号 LH：立式混凝土蜗壳 1130：表示转轮直径为 1130 厘米
水轮机常识
1、类型：反击型和冲击型。
A、反击型：混流式、轴流式、斜流式、贯流式。
B、冲击型：水斗式、斜击式、双击式。
水轮机的型号直接代表了水轮机的类型及其特性，如下：
反击式
混流式：HL
轴流转桨式：ZZ
轴流定桨式：ZD
斜流式：XL
贯流转桨式：GZ
贯流定桨式：GD
冲击式
水斗式：C：座环、导叶及操作机构 导水部件作用是调节进入转轮的流量和形成转轮所需要的环量；
z 座环作用： 1、是承受整个机组及其上部混凝土的重量以及水泵水轮机的轴向水推力 2、以最小的水力损失将水流引入导水机构
导水机构由顶盖、底环、导叶、连杆机构和接力器等组成。 导叶安放在转轮与座环之间上下由顶盖和底环上的轴套固定 通过接力器和连杆机构来操纵导叶的开关 是使水流进入转轮之前形成旋转并改变水流的入射角度 当机组出力发生变化时，用来调节流量 。 正常与事故停机时，用来截断水流。
5.4 固定部分
顶盖、底环、座环、支持环等 顶盖主要作用：
形成流道并承受相应的流体压力 固定和支撑活动导叶及其连杆机构 支撑水导轴承 支撑并组成机组的密封，包括主轴密封、检修密封、上迷宫环等 底环作用： 与顶盖一起形成过流通道 安装导叶下轴承 基础环 （支持环）作用 在机组安装时放座环，成为座环的基础。 在水轮机安装及检修时，用来放置转轮 。
2、振动原因与预防：
分机械、水力、电气振动。 机械方面的原因是转子质量不平衡、轴线不正、轴承缺陷、主轴 刚度不够； 水力方面原因是水力不平衡、空腔气蚀、涡列、间隙射流； 电气原因是不平衡电磁力引起。 预防措施： 查明机械原因消除；水力方面采用补气、调整间隙、避免振动区 （35%～75%）；电气方面调整好圆度和空气间隙均匀。
（四）、导叶摩擦装置 剪断销结构是行业普遍采用的、有效的导叶保护方式。
近年来，我公司研制了导叶摩擦装置，通过多个电站使用，取得良好的效果。导叶摩擦 装置的工作原理是：取消剪断销，正常运行时，导叶转动靠摩擦力传动，当导叶间卡入 异物时，导叶与连板相对滑动，摩擦装置会位移并保护导叶不受破坏，其它导叶仍活动 自如。发卡的导叶位移并发出讯号，运行人员据此可清除导叶间的异物，全部导叶就能 自动回复到正常位置。与导叶剪断销保护方式比较，操作更简单，不需更换零件，同时 消除了剪断销破坏后，导叶在水流中摆动相互撞击的风险，同时，还可取消导叶限位装 置，使结构更简单。
（二）、防止轴承温升过高的措施 电站能否安全稳定运行，轴承是非常关键的部件。为适应各电站布置、运行的需
要，我公司设计开发了与之配套的各种规格轴承，主要分为筒式及分块瓦式稀油润滑轴 承。每一种型式又按轴颈大小、承载能力高低及润滑油内外循环方式分为若干档，以适 应各种机组的需要。这种轴承系列产品开发方式有许多优越性，可以缩短电站开发周期， 提高运行可靠性。我公司着手新电站的轴承设计，只需根据结构设计的需要，以一种模 板为基础，通过轴承承载能力计算及热平衡计算，适当调整轴承的长径比及轴承瓦隙即 可设计出满意的轴承。
东方电气发电机组
