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本篇重要内容：水轮机(The hydraulic turbine)水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站动力设备之一。
研究的目的是充分利用水能资源，为厂房布置设计作准备。
第二章 水轮机类型与构造第一节水轮机基本类型、特点、适用条件一、水轮机的基本类型（一）按主轴装置方式划分1. 立式水轮机：水轮机主轴竖直安装；大中型水轮机均采用该装置方式。
2. 卧式水轮机：水轮机主轴水平安装；小型或微型水轮机采用。
（二）按能量转换特征水轮机是水电站的主要动力设备之一。
根据能量转换的特征，可将水轮机分为反击式、冲击式两大类。
各种类型水轮机按照其水流方向和工作特点不同又有如下不同的形式。
⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧双击式斜击式水斗式（切击式）冲击式斜流式贯流转桨式）贯流式（贯流定桨式，轴流转桨式）轴流式（轴流定桨式，混流式反击式水轮机 二、水轮机的特点及适用条件（一）反击式水轮机的特点及适用条件特点:（1）水流流经转轮时，水流充满整个转轮叶片流道，利用水流对叶片的反作用力，即叶片正反面的压力差使转轮旋转；（2）主要利用水流的势能和动能，主要是利用水流的势能；（3）水轮机在工作工程中，转轮完全浸没在水中。
反击式水轮机根据水流流经转轮的方式不同分为混流式、轴流式、斜流式、贯流式四种。
1、混流式（法郎西斯式）：水流径向流入转轮，轴向流出。
适用范围：H=30~700 m , 单机容量：几万kW~几十万kW优点：适用范围广，结构简单，运行稳定，效率高，适用高水头小流量电站。
2、轴流式（卡普兰式）：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。
(a)、轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。
改变叶片转角时需要停机进行。
结构简单，效率低。
适用H、Q变化不大的情况（工况较稳定），H：3~50m。
(b)、轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度）。
引言概述：水电站是一种利用水能转换为电能的设施，它在可再生能源领域起着重要作用。
为了确保水电站的安全运行和提高工作效率，培训成为了一项必不可少的任务。
本文将详细阐述水电站培训资料的内容，包括水电站的基本原理、设备和工作流程，以及工作中需要注意的安全事项和应急措施。
正文内容：一、水电站的基本原理1.水力发电原理：详细介绍水力发电是如何利用水的运动能量转换为电能的过程。
2.水电站的组成部分：包括水库、引水系统、发电厂房和输电系统，阐明各个部分的功能和作用。
3.水轮发电机组：介绍水轮发电机组的类型、结构和工作原理，包括水轮机、发电机和调速系统等内容。
二、水电站的设备和工作流程1.水闸系统：详细介绍水闸的类型、结构和工作原理，包括溢洪闸、引水闸和调速闸等。
2.水轮机系统：阐述不同类型的水轮机的特点和适用条件，以及水轮机的安装和调试过程。
3.发电机系统：介绍发电机的类型和选型原则，以及发电机的运行参数和维护方法。
4.输电系统：详细讲解输电线路的布置原则和安全要求，以及线路的维护和检修流程。
5.运行管理：阐述水电站的日常运行管理工作，包括设备巡检、运行记录和事故处理等方面内容。
三、水电站工作中的安全事项1.电气安全：介绍水电站电气设备的安全使用方法，包括绝缘、接地和维护等方面内容。
2.水闸操作安全：详细讲解水闸的开闭操作步骤和注意事项，以及可能出现的危险和对策。
3.水轮机安全：阐述水轮机的安装和维护过程中需要注意的安全事项，包括防护措施和操作规范等。
4.发电机安全：介绍发电机运行过程中需要遵守的安全规定，包括过载保护和紧急停机等方面内容。
5.输电线路安全：阐述输电线路的安全管理措施，包括对线路的定期巡检和防雷措施等。
四、水电站的应急措施1.突发事件处理：介绍水电站突发事件的分类和处理方法，包括洪水、地震和供电中断等情况。
2.设备故障处理：阐述设备故障处理的流程和方法，以及常见故障的排除方法和维修要点。
3.人员伤害应对：详细介绍水电站人员伤害的预防和应对措施，包括急救培训和紧急疏散预案等方面内容。
水轮机分类和结构（水电站培训资料）水轮机分类和结构一、水轮机分类1、按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。
反击式利用水流的压能和动能，冲击式利用水流动能。
反击式中又分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种。
冲击式中又分为水斗式、斜击式和双击式三种。
2、混流式：水流从四周沿径向进入转轮，近似轴向流出。
应用水头范围：30m~700m。
特点：结构简单、运行稳定且效率高。
3、轴流式：水流在导叶与转轮之间由径向运动转变为轴向流动。
应用水头：3~80m。
特点：适用于中低水头，大流量水电站。
分类：轴流定桨、轴流转桨4、冲击式：转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已经转变为高速射流，冲击转轮叶片作功。
水头范围：300~1700m。
适用于高水头，小流量机组。
5、水轮机主轴布置形式分类（1）水轮机按主轴的布置形式又可分为卧式和立式两种（也称横轴和立轴）。
立式布置得水轮发电机分为悬式和伞式两种。
（2）悬式发电机的推力轴承位于发电机转子上部的上机架上或上机架中。
伞式发电机的推力轴承位于转子下部的下机架中，或用支架支承在水轮机顶盖上。
伞式发电机又分普通伞式（其上、下导轴承分别位于上、下机架中），半伞式（只用上导轴承，它布置在上机架中，无下导轴承；我厂机组为此类型）和全伞式（只有下导轴承，它布置在下机架中，无上导轴承）。
二、水轮机主要基本参数1、工作水头H是指水轮机进、出口断面处单位重量水体的能量差，单位是米（m），典型工作水头有以下：（1）最大水头（Hmax）：水轮机运行范围内允许出现的最大净水头。
（2）最小水头（Hmin）：水轮机运行范围内允许出现的最小净水头。
（3）设计水头（H设）：水轮发电机组发出额定功率时的最小水头。
2、流量Q是指单位时间内，通过水轮机某一既定过流断面的水量，单位是立方米/秒。
3、出力N是指水流在单位时间内所做的功（功率），其大小与水轮机的水头，流量有关，单位为千瓦。
水轮机复习知识要点总结水轮机是一种利用水流能量转换为机械能的装置，广泛应用于水电站等领域。
了解水轮机的工作原理和相关知识对于工程师和对水电能源感兴趣的人士来说非常重要。
本文将对水轮机的复习知识要点进行总结。
一、水轮机的分类1. 水轮机按照能量转换方式可以分为两类：压力式水轮机和速度式水轮机。
2. 按照转机轴位置的不同，水轮机分为垂直轴水轮机和水平轴水轮机。
3. 常见的水轮机类型包括：反击式水轮机、混流式水轮机、离心式水轮机和斜流式水轮机。
二、水轮机的工作原理1. 水轮机通过叶轮受到水流作用，并将水流的动能转化为叶轮的运动能力。
2. 水从导水管进入水轮机的水室，经过叶轮的叶片后，推动叶轮转动。
3. 受到水力作用的叶轮将转动能量传递给轴，从而带动发电机等设备产生电能。
三、水轮机的关键构件1. 叶轮：叶轮是水轮机的核心部件，由叶片和轮盘组成，主要负责接受水流的能量并将其转化为机械能。
2. 轴：轴是连接叶轮和发电机或其他负载的组件，承载叶轮的动力，并将机械能传递给发电机。
3. 导水管：导水管将水引导到水轮机的水室，确保水流能够顺畅地进入叶轮。
4. 减速器和发电机：减速器用于调整叶轮的转速以适应发电机的要求，而发电机将机械能转化为电能。
四、水轮机的性能参数1. 转速：水轮机的转速是指叶轮每分钟旋转的圈数，常用单位为转/分钟。
2. 出力：水轮机的出力是指水轮机每单位时间内所输出的功率，常用单位为千瓦（kW）或兆瓦（MW）。
3. 效率：水轮机的效率是指水轮机将水流能量转化为机械能的比例，通常以百分比表示。
4. 流量：水轮机的流量是指单位时间内通过水轮机的水流量，常用单位为立方米/秒（m³/s）。
五、水轮机的运行与维护1. 水轮机运行时需要注意水流的稳定性和平滑性，以保证水轮机的正常工作。
2. 定期对水轮机的各个部件进行检查和维护，包括叶轮的清洁和润滑系统的检查。
3. 遇到异常情况时，需要及时采取措施，避免水轮机发生故障或进一步损坏。
水轮机分类和结构一、水轮机分类1、按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。
反击式利用水流的压能和动能，冲击式利用水流动能。
反击式中又分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种。
冲击式中又分为水斗式、斜击式和双击式三种。
2、混流式：水流从四周沿径向进入转轮，近似轴向流出。
应用水头范围：30m~700m。
特点：结构简单、运行稳定且效率高。
3、轴流式：水流在导叶与转轮之间由径向运动转变为轴向流动。
应用水头：3~80m。
特点：适用于中低水头，大流量水电站。
分类：轴流定桨、轴流转桨4、冲击式：转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已经转变为高速射流，冲击转轮叶片作功。
水头范围：300~1700m。
适用于高水头，小流量机组。
5、水轮机主轴布置形式分类（1）水轮机按主轴的布置形式又可分为卧式和立式两种（也称横轴和立轴）。
立式布置得水轮发电机分为悬式和伞式两种。
（2）悬式发电机的推力轴承位于发电机转子上部的上机架上或上机架中。
伞式发电机的推力轴承位于转子下部的下机架中，或用支架支承在水轮机顶盖上。
伞式发电机又分普通伞式（其上、下导轴承分别位于上、下机架中），半伞式（只用上导轴承，它布置在上机架中，无下导轴承；我厂机组为此类型）和全伞式（只有下导轴承，它布置在下机架中，无上导轴承）。
二、水轮机主要基本参数1、工作水头H是指水轮机进、出口断面处单位重量水体的能量差，单位是米（m），典型工作水头有以下：（1）最大水头（Hmax）：水轮机运行范围内允许出现的最大净水头。
（2）最小水头（Hmin）：水轮机运行范围内允许出现的最小净水头。
（3）设计水头（H设）：水轮发电机组发出额定功率时的最小水头。
2、流量Q是指单位时间内，通过水轮机某一既定过流断面的水量，单位是立方米/秒。
3、出力N是指水流在单位时间内所做的功（功率），其大小与水轮机的水头，流量有关，单位为千瓦。
计算公式：N=9.81QHn4、效率是指水轮机总效率，是水轮机输入功率与输出功率之比，其值总是小于1，因为水轮机在工作过程中不可避免地要产生一些能量损失，主要包括：（1）水力损失：即水流经过蜗壳、导水机构、转轮、尾水管的水头损失。
（2）机械损失：即水轮机转动部分的摩擦损失。
如转轮与水流之间、轴与轴承之间，止漏装置之间的摩擦损失。
（3）容积损失：转轮与固定部件因漏水而造成的损失。
5、转速是指水轮机转轮在单位时间内的旋转周数，以n 表示，单位为转/分。
三、水轮机型号1、根据JB84-74《水轮机型号编制规定》，水轮机型号由三部分组成。
第一部分代表水轮机的型式和转轮型号。
常见有：混流式，用HL表示；轴流转桨式，用ZZ表示；贯流转桨式，用GZ表示；水斗式，用CJ表示；等等。
第二部分代表水轮机主轴的布置形式和引水室的特征。
常见有：立轴，用L表示；卧轴，用W表示；金属蜗壳，用J表示；混凝土蜗壳，用H表示；等等。
第三部分表示水轮机转轮标称直径D1（cm）。
2、水轮机牌号示例：HL220-LJ-550,表示转轮型号为220 的混流式水轮机、立轴、金属蜗壳、转轮标称直径为550cm。
ZZ560-LH-800,表示转轮型号为560 的轴流转桨式水轮机。
立轴、混凝土蜗壳、转轮标称直径为800cm。
四、混流式水轮机四大过流部件和作用1、引水部件组成：蜗壳、座环作用：以较小的水力损失把水流均匀地、对称地引入导水部件，并在进入导叶前形成一定的环量。
2、导水部件组成：导叶及其操作机构、顶盖、底环作用：调节进入转轮的流量和形成转轮所需的环量3、工作部件组成：转轮作用：直接将水流能量转化为旋转的机械能4、泄水部件组成：泄水锥、尾水管作用：引导水流进入下游，尾水管同时还在转轮后形成真空，利用转轮出口到下游尾水之间的位能，恢复转轮出口处的部分动能损失，以提高效率。
五、混流式水轮机主要结构混流式水轮机主要由转轮、主轴、导轴承、主轴密封、座环、蜗壳、顶盖、底环、泄流环（基础环）、止漏环、抗磨板、导叶及其操作机构、机坑里衬、机坑内环形吊车、尾水管等组成。
1、转动部分：转动部分是机组的核心组成部分，是水能转换成机械能/电能的关键。
转动部分及其相关部件主要包括：转轮、主轴、主轴密封等。
2、转轮：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。
水轮机的转轮是将水能转换成机械能。
转轮组成：混流式水轮机转轮主要由叶片、上冠、下环、泄水锥、减压装置和止漏装置组成。
叶片是水轮机转轮实现水能转换地核心，叶片的光洁度、波浪度、尺寸、形状等对水轮机的性能将产生不同程度影响。
上冠的作用是上部连接主轴，下部支承叶片并与下环一起构成过流通道。
下环将转轮的叶片连成整体，以增加转轮的强度和刚度，并与上环一起形成过流通道。
泄水锥作用是引导经叶片流道出来的水流迅速而顺利向下宣泄，防止水流相互碰撞，以减少水力损失，提高水轮机的效率。
减压装置作用是减少作用在转轮上冠上的轴向水推力，以减少推力轴承的负荷。
3、主轴：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。
5、主轴密封：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。
作用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。
6、检修密封：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。
7、固定部分：顶盖、底环、座环、支持环等。
8、埋入部分：蜗壳、座环等。
9、水轮机导轴承作用：一是承受机组在各种工况下运行时通过主轴传过来的径向力；二是维持已调好的轴线位置。
10、筒式水导轴承循环方式：筒式瓦的油循环方式是采用自循环，润滑油的自循环工作原理：当机组运行时，安装在大轴上的水导轴承旋转油盆与大轴一起旋转，旋转时油盆中油也跟着旋转，由于离心力的作用，油盆中的油位形成边缘高，中心低的状态，即形成一个抛物面。
在压差的作用下，油经固定不动的轴承体圆周外部的进油孔进入瓦面的下环形油槽，由于大轴的转动使油沿轴瓦面上的斜向油沟上移，并流经整个瓦面，使大轴与轴瓦之间的润滑良好，同时带走热量，热油流到上环形油槽经排油管流至冷却器，热油经冷却后通过进油管进入油盆，以上润滑油的路径为一次工作过程。
机组运行时润滑油如此往复进行不停的循环，来满足轴承的运行需要。
11、导水机构组成：由导水机构由顶盖、底环、导叶、连杆机构和接力器等组成。
12、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。
13、底环作用：与顶盖一起形成过流通道，安装导叶下轴承。
14、基础环作用：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。
15、尾水管：尾水管位于转轮的下方是主要的通流部件，作用是引导进出转轮的水流。
六、水轮机保护装置水轮机一般装设有事故配压阀、快闸、剪断销和真空破坏阀等保护装置。
各保护装置的作用1、事故配压阀（又叫过速限制器）是防止水轮机长期在飞逸转速下运行的有效措施。
机组正常运行时，事故配压阀仅作为压力油的通道，使调速器主配压阀通至接力器的管道接通；当机组甩负荷并遇到调速器故障时，事故配压阀动作，切断主配压阀与接力器的联系，而直接把压力油从压油装置接入接力器，使接力器迅速动作关闭，实现机组紧急停机。
2、快闸作用是当机组过速达到额定转速的140％时，关闭快闸，截断水流，使机组停机，以缩短水轮机在过速或飞逸转速下运行时间，起到对水轮机的保护作用。
3、剪断销保护装置是由剪断销及其信号器组成。
导叶传动机构中连接板与导叶臂是由剪断销连接的。
正常情况下，导叶在动作过程中，剪断销有足够强度带动导叶转动，但当导叶间有异物卡住时，导叶轴和导叶臂不能动，而连接板在叉头带动下转动，因此对剪断销产生剪力，当该剪力大于正常操作应力的1.5倍时，剪断销剪断，该导叶脱离控制，但其它导叶仍可正常转动，避免事故扩大。
3、真空破坏阀作用是机组甩负荷或因其它原因紧急停机，导叶迅速关闭时，水流由于惯性继续向下游流去，在转轮室内产生很大真空，转轮室内尾水在差压的作用下，尾水水流又反流向转轮室冲击转轮叶片及顶盖，将产生很大的冲击力，出现抬机现象。
真空破坏阀，就是用来补气，以起到对水轮机保护作用。
七、水轮机的汽蚀在一定压力下的液体，当温度升高到一定值时，便开始沸腾；反之，当温度不变而压力降低到一定值时，也会汽化。
在一定温度下，水开始汽化时的临界压力称为汽化压力。
水流在水轮机内运动过程中，局部地区会产生压力下降的情况。
当压力下降到汽化压力时，水由于汽化而产生汽泡。
由于低压区的形成和高速水流的运动，使得汽泡和气泡也在不断地运动。
运动中汽泡和气泡会突然压缩或突然膨胀，甚致骤然消失，在这一瞬间，水分子将会产生巨大的撞击力，如果这种撞击力指向金属表面，则金属表面会受到不断的冲击，使金属表面遭到破坏，这就是汽蚀现象。
汽蚀破坏首先使金属表面失去光泽而变暗，接着毛糙进而发展成麻点，形成海棉状的蜂窝孔，直至完全破坏。
按汽蚀发生地部位，水轮机汽蚀分为三种类型：1、翼型汽蚀:混流式水轮机的翼型汽蚀主要发生在叶片背面靠下环处的泄水边附近；严重时在叶片背面其它部位也将发生汽蚀；甚至在叶片正面也会产生汽蚀。
2、空腔汽蚀：它指尾水管中心空腔处由大的水流涡带产生的汽蚀。
空腔汽蚀主要发生在叶片出口下环处及尾水管进口处。
运行人员常在巡检时可以直接听到尾水管直锥段处听到空腔汽蚀引起的撞击声。
3、间隙汽蚀：是指水流通过狭窄间隙或绕过固体凹凸表面时，由于流速局部升高引起局部压力降低形成的汽蚀。
常发生在水轮机的某些局部位置。
如混流式转轮和上、下冠止漏环间隙等地方。
防止汽蚀措施在运行方面主要措施如下：1、合理拟定电站运行方式，避开可能产生严重汽蚀的运行工况区域。
2、采用补气装置，向尾水管送入空气，以破坏尾水管中高真空的水流涡带。
4、提高检修工艺水平，保证检修后的叶片的表面光洁度以减轻汽蚀。
4、在叶片上涂刷抗汽蚀涂料，如环氧树脂等。
八、水轮机振动原因水轮机振动有机械、水力、电气三方面因素引起的。
1、机械方面：由于主轴弯曲、推力轴承调整不良、轴承间隙过大、主轴法兰连接不紧等引起低转速时的振动；因转轮等旋转件与静止件相碰而引起振动并伴有响声；转动部分重量不平衡引起的，随转速上升振动增大。
2、水力方面：尾水管中水流涡带引起压力脉动引起的振动；涡列引起的振动；转轮止漏环间隙不均匀引起的振动。
3、电气方面：气隙不均匀、短路等引起的振动。
