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轴流式水轮机基本结构轴流式水轮机与混流式水轮一样属于反击式水轮机，二者结构上最明显的差别是转轮，其次是导叶高度。
根据转轮叶片在运行中能否调节，轴流式水轮机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（3m~55m），较大流量的水能资源。
它的比转速大于混流式水轮机，属于高比转速水轮机。
在低水头条件下，轴流式水轮机与混流式水轮机相比较具有较明显的优点，当它们使用水头和出力相同时，轴流式水轮机由于过流能力大（图5-13），可以采用较小的转轮直径和较高的转速，从而缩小了机组尺寸，降低了投资。
当两者具有相同的直径并使用在同一水头时，轴流式水轮机能发出更多的功率。
但在相对高水头条件下，轴流式水轮机除了空化系数较大，厂房要有较大开挖量外，飞逸转速和轴向水推力较混流式水轮机高。
轴流转桨式水轮机，由于桨叶和导叶随着工况的变化形成最优的协联关系，提高了水轮机的平均效率，扩大了运行范围，获得了稳定的运行特性，是一种值得广泛使用的优良机型。
限制轴流式水轮机最大应用水头的原因是空化和强度两方面的条件。
由于轴流式水轮机的过流能力大。
单位流量和单位转速都比较大，转轮中水流的相对流速比相同直径的混流式转轮中的高，所以它具有较大的空化系数。
在相同水头下，轴流式水轮机由于桨叶数少，桨叶单位面积上所承受的压差较混流式叶片的大，桨叶正背面的平均压差较混流式的大，所以它的空化性能较混流式叶片的差。
因此，在同样水头条件下，轴流式水轮机比混流式水轮机具有更小的吸出高度和更深的开挖量。
随着应用水头的增加，将会使电站的投资大量增加，从而限制了轴流式水轮机的最大应用水头。
另一方面是由于轴流式水轮机桨叶数较少（3~8片），桨叶呈悬臂形式，所以强度条件较差。
当使用水头增高时，为了保证足够的强度，就必须增加桨叶数和桨叶的厚度，为了能够方便地布置下桨叶和转动机构，转轮的轮毂比，亦要随之增大，这些措施将减少转轮流道的过流断面面积，使得单位流量下降。
水电站机电设备运行与技术问答水轮发电机部分1、立式水轮发电机由那些主要部件组成？其结构特点是什么？答：水轮发电机一般由转子、定子、上机架、下机架、推力轴承、导轴承、空气冷却器、励磁机及永磁机等主要部件组成。
其中转子和定子是产生电磁作用的主要部件，其他部件仅起支持或辅助作用。
转子由主轴、转子支架、磁轭（轮环）和磁极等部件组成；定子由机座、铁芯和绕组等部件组成。
由于电站的水头有限，水压力小，故转速不可能很高，一般在100-300r/min 左右，很难超过750r/min。
与汽轮发电机相比，转速较低，由于转速低，要获得50Hz的电能，发电机转子的磁极较多。
同时，为了避免产生几倍于正常水压的水击现象而要求导叶关闭时间较长，但又要防止机组转速上升过高，因此要求转子具有较大的重量和结构尺寸，使之有较大的惰性。
此外，为减少占地面积，降低厂房造价，大中型水轮发电机一般采用立轴。
总之，水轮发电机的特点是转速低、磁极多、转子为凸极式、结构尺寸和重量都较大，大中型机组多采用立式。
2、水轮发电机铭牌上标示的型号、容量、电压、电流、转速、温升等都是什么意义？答：标示的型号是以定子铁芯外径、磁极个数及额定容量等用一定的格式排列来表示的；而标示的容量、电压、电流、转速、温升等都是该台发电机的额定值。
即能保证发电机正常连续运行的最大限值，在此额定数据下运行时，发电机的寿命可以达到预期的年限。
（1）额定电压：长用符号Ue表示，系指发电机在正常运行时长期安全工作的最高的定子绕组的线电压，单位是kV。
（2）额定电流：常用符号Ie表示，系指发电机正常连续运行的最大工作电流。
就是说，当发电机其他各量都在额定情况下时，发电机以此电流值运行，其定子绕组的温升不会超过允许的范围，单位是Ka。
（3）额定容量：常用符号Pe表示，指发电机在额定运行情况下，输出的有功功率，单位是kW，它与额定电压和额定电流的关系为：Pe=√3UeIecosφeCosφe发电机的额定功率因数，一般取0.85。
水力发电机的结构和工作原理一、水力发电机的结构：1.水轮机：水轮机是水力发电机的核心部分，负责将水流的动能转换为机械能。
根据水流的流动形式，水轮机分为水轮和涡轮。
其中，水轮分为垂直轴水轮和水平轴水轮两种类型。
水轮机通常由转轮、叶片和轴组成。
转轮是水轮机最重要的部件，叶片固定在转轮上，通过转动转轮使得水受到叶片的冲击，产生反作用力推动转轮旋转。
2.发电机：发电机是将水轮机产生的机械能转变为电能的关键设备。
发电机主要由定子和转子组成。
定子是固定不动的磁铁，上面布满了线圈，称为励磁线圈。
转子是转动的部分，装有一定数量的磁铁，称为极对。
当转子旋转时，磁场会切割通过定子线圈的磁力线，根据电磁感应的原理，产生感应电动势，从而使得线圈中的电流产生变化，达到发电的目的。
3.调速装置：调速装置是使得水力发电机能够根据负荷的需求自动调节转速的装置。
常见的调速装置有调速器和调节闸门等。
调速器主要控制发电机的磁场强度，以影响转子旋转的速度。
调节闸门则用于控制水流的流量大小，从而调节水轮机的转速。
二、水力发电机的工作原理：1.水轮机的工作原理：水流经过水轮机时，受到叶片的冲击，水流的动能被转换为水轮机的机械能。
叶片上的冲击力产生反作用力推动转轮旋转。
叶片的结构和材料的选择会影响到水轮机的效率和输出功率。
2.发电机的工作原理：水轮机通过轴将机械能传递给发电机。
转动的转子会切割通过定子线圈的磁力线，产生感应电动势。
当产生的感应电动势大于定子线圈的电动势时，发电机就开始产生电能。
通过通过定子的线圈电流，电能可以被输送到电网或用于其他用途。
3.调速装置的工作原理：调速装置可以控制水轮机的转速，从而控制发电机的输出功率。
调速装置根据负荷的需求，调整发电机的磁场强度或水轮机上的闸门开度，以达到稳定的发电功率输出。
综上所述，水力发电机是一种利用水流能转换成机械能，再经由发电机转变为电能的设备。
其主要结构包括水轮机和发电机，通过水轮机将水流的动能转换为机械能，再经由发电机将机械能转变为电能。
单级立轴混流可逆式水轮机是一种水力发电设备，其主要结构和工作原理如下：
1. 结构：主要由转轮、主轴、导轴承、蜗壳、尾水管和发电机等组成。
其中，转轮是水轮机的核心部件，由叶片和轮毂组成，可以通过改变叶片的角度来调节水轮机的输出功率。
主轴通过轴承支撑在机架上，将转轮与发电机连接起来。
蜗壳是引水部件，将水流引入水轮机。
尾水管则是将水轮机排出的水流引向下游。
2. 工作原理：当水流通过蜗壳加速并进入转轮时，转轮受到水流的冲击而旋转，从而带动发电机转子转动，产生电能。
水流在经过转轮后，通过尾水管流出。
通过改变叶片的角度，可以调节水轮机的输出功率和旋转方向。
在混流式水轮机中，水流的方向在叶片和轮毂之间来回变换，因此得名“混流”。
3. 可逆性：单级立轴混流可逆式水轮机具有可逆性，即当水流方向改变时，通过调整叶片的角度，水轮机仍然可以正常工作。
因此，这种水轮机适用于水力发电和抽水蓄能两种应用场景。
4. 优势与局限性：单级立轴混流可逆式水轮机具有较高的效率和稳定性，适用于中低水头、大流量的水流条件。
但其结构复杂，制造成本较高，且对水流的稳定性要求较高。
总之，单级立轴混流可逆式水轮机是一种高效、稳定的水力发电设备，适用于特定的水流条件。
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水 轮 机 一、水轮机的基本参数 1) 工作水头（H）:水轮机的工作水头就是指水轮机的进、出口单位能量差，也就是上游水位与下游水位之差，用H表示，其单位为m。其大小表示水轮机利用水流单位能量的多少。 2) 流量（Q）：在单位时间内流经水轮机的水量，称为流量，用Q表示，其单位为m³/s。其大小表示水轮机利用水流能量的多少 3) 出力（P）：具有一定水头和流量的水流通过水轮机便做功，而在单位时间内所做的功率称为水轮机的出力，用P表示，其单位KW。 水轮机的出力为：P=9.81QH 4） 效率（η） 目前混流式水轮机的最高效率95% P=9.81QHη 5）比转速 指工作水头H为1m、发出的功率P为1kw时水轮机所具有的转速，故称为比转速。 二、水轮机的类型与代号 我们根据水流能量的转换的特征不同，把水轮机分为两大类，及反击型和冲击型水轮机。 反击型水轮机，具有一定位能的水流主要以压能的形态，由水轮机转变为机械能。按其水流经过转轮的方向不同，反击型水轮机可分为以下几种类型： 反击型：轴流（定桨、转桨）水轮机、混流式水轮机、贯流式水轮机、斜流式水轮机 冲击型：水流不充满过流流道，而是在大气压力下工作，水流全部以动能形态由转轮变为机械能。按射流冲击水斗的方式不同，可分为如下几种类型： 冲击型：水斗式水轮机、斜击式水轮机、双击式水轮机 我国水轮机式的代号，有三部分组成，第一部分由水轮机型式及转轮型号组成,并由汉语拼音表示。 水轮机型式的代号 水轮机型式 代号 水轮机型式 代号 混流式 HL 轴流转桨式 ZZ 斜流式 XL 轴流定桨式 ZD 双击式 SJ 贯流转桨式 GZ 斜击式 XJ 贯流定桨式 GD 冲击式 CJ 以本电站为例：水轮机型号：HL(247)—LJ—235，表示混流式水轮机，转轮型号为247，立轴，金属蜗壳，转轮直径为235㎝。 三、混流式水轮机 1 定义： 水流从径向流入转轮，在转轮中改变方向后从轴向流出的水轮机。其叶片固定，不能转动调节。 2 混流式水轮机 - 结构特点 混流式水轮机主要应用于20—450米的中水头电厂，其结构紧凑，效率较高，能适应很宽的水头范围，是目前世界各国广泛采用的水轮机型式之一。 当水流经过这种水轮机工作轮时，它以辐向进入、轴向流出 ，所以也称为辐向轴流式水轮机。 水流流经转轮是径向式的，导出机构为径向式的，导叶开度可随负荷的改变而进行调节，转轮是由上冠、下环及固定在其中间的一定数量流线型叶片所组成。混流式水轮机，水流从四周径向流入转轮，然后近似轴向流出转轮，转轮由上冠，下环和叶片组成。 3、混流式水轮机的组成：引水部件、导水部件、泄水部件、工作部件 1）引水部件：蜗壳式、明槽式、虹吸式
引水部件作用 ① 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，尽可能保证沿导水部件周围进水流量均匀，水流对称于轴，以使转轮受力均衡，提高工作的稳定性。 ② 在水进入导水部件一起使水流形成一定的环量。 ③ 保证转轮在水中工作，不与大气接触。 2）导水部件：导叶、顶盖、底环、导叶、导叶臂、连杆、控制环、接力器等部件组成。
活动导叶活动导叶上轴颈端面密封叶面密封下轴颈 导水部件的作用： ① 调节流量 ② 形成环量 ③ 截断水流 导叶 ：由导叶体和导叶轴两部分组成。为减轻导叶重量，常做成中空导叶。导叶的断面形状为翼型。导叶轴颈通常比连接处的导叶体厚度大，在连接处采用均匀圆滑过渡形状，以避免应力集中。 导叶轴承：上、中、下轴套，高水头机组为防止导叶上浮力超过导叶自重，保证导叶上端面间隙，在导叶套筒的法兰上一般设有止推装置（止推压板或止推块）。 导叶传动机构 ：导叶传动机构由控制环、连杆、导叶臂三部分组成，用于传递接力器操作力矩，使导叶转动，调节水轮机流量。该机构形式有叉头式受力情况较好和耳柄式受力情况相对较差。 控制环 控制环结构形式双耳平行式 导水机构安全装置：安装导水机构安全装置的目的：及时切除被卡导叶，避免因个别导叶被卡而损坏其它传动机构主要零部件。 剪断销 ：使用最多的导水机构安全装置，在剪断销上加工一个危险断面，在正常操作力作用下，剪断销能正常工作，当超过正常操作力1.5倍时，剪断销连同装在其中的信号装置在危险断面破断并发出信号，被卡导叶从传动机构中解列。在机组顶盖上还设有限位块，其作用是：防止导叶发生正反向旋转而超出全关和最大可能开度的范围。（可能造成剪断销连锁破断事故） 剪断销的作用： 导水机构切断水流 ：当停机时，导叶首尾相连，切断水流。但导叶上、下断面和顶盖、底环处存在着端面间隙，导叶首尾相接处会有立面间隙。这些间隙会产生停机漏水损失；还会产生间隙汽蚀破坏。间隙较大漏水严重时，甚至可使机组停不下来。为此需要设法减小这些间隙，也是机组检修计划的一个必不可少的项目。 立面间隙的调整方法：通过调整导叶传动装置的补偿环（调整螺杆）。 端面间隙的调整方法：通过导叶轴颈端盖上的调节螺钉。 接力器 ：接力器的基本部件:接力器缸和活塞 活塞把接力器缸分成了开启腔和关闭腔。（单导管直缸接力器） 在导水机构快速关闭时，为避免活塞与缸盖发生撞击，在活塞上装有三角形封油块，封油块与缸体油口相对应，当活塞块逐渐遮住部分出油口，形成排油截流，起缓冲作用。 3）工作部件：转轮 工作部件的作用： 它是水轮机的心脏，是实现能量转换的主要部件。 是实现能量转换 4）泄水部件：尾水管 尾水管的主要作用有三点： 1) 把转轮出口的水流引向下游。 2) 当转轮高于下游水位时，使转轮出口形成静力真空，从而利用高于下游水面的吸出高度。 3) 尾水管的扩散使转轮出口处的水流动能恢复为动力真空，从而提高水轮机的效率。 四、混流式水轮机主要部件 蜗壳、顶盖、座环、尾水管、底环、控制环、导叶（活动、固定 ）、转轮、主轴、止漏环（迷宫环）剪断销、拐臂、真空破坏阀等。
机的转轮上部与主轴相连接，四周布满导叶。导叶的上部通过传动机构与控制环（调速环）相连，下部套在底环内，而底环布置在座环的下环内。顶盖安放在座环的上环上，盖住转轮。固定导叶布置在导水叶外围，座环的蝶形边与蜗壳相连，并被蜗壳包围。导轴承位于顶盖上，控制环口通过推拉环与接力器相连。在座环下发布置有基础环，通过锥形环与尾水管相连。混流式水轮机附属装置还有布置在顶盖上的真空破坏阀、吸力补气阀和放水阀等。 水轮机的导水机构是有导叶、传动机构（转臂、连杆、控制环）、接力器、和推拉杆等组成。
水轮机的底环是由上环、下环、和固定导叶三部分组成，它既是水轮机的通水部件，机组安装时的基准部件，又是机组运行的承重部件。要求具有水力损失小，具有一定的强度和刚度。 混流式水轮机的转轮主要由上冠、叶片、下环、止漏环、泄水锥和减压装置等组成。
水轮机的转轮包括转体、叶片、泄水锥等。 立轴混流式水轮机引水室采用金属焊接蜗壳，其进口与压力水管相连接，其余各节与座环相连。为了便与检修，在蜗壳上开有专门进人孔（蜗壳人孔门），其底部并有排水孔和阀门，以便排出蜗壳积水。 座环位于蜗壳里，布置导水机构，它是水轮机的承重部分，又是过流部件在安装时它还是一个主要基准件，因此它要符合水力，强度和刚强等诸方面的要求。 基础环埋在混凝土内，是转轮室的组成部分，早机组安装和检修拆卸转轮时，用来支撑水轮机转轮。混流式转轮上叶片（24），呈空间扭曲状，断面为流线型，是直接将谁能转换为机械能的最主要部件。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，如图所示。
（止漏装置型式） )(a间隙式；)(b迷宫式；)(c梳齿式；)(d阶梯式迷宫
止漏环又称迷宫环，作用是阻止水流从转轮上、下间隙处漏出，
分转动和固定部分。止漏环是个易损件，结构上要求易于装卸、检修，选用抗磨损和抗空蚀的材料。 减压装置的作用是降低轴向水推力，以减轻推力轴承的荷载，其上冠开有泄水孔，起排水减压的作用。 蜗壳的作用： 水轮机导轴承的作用：一是承受机组在各种工况下运行时由主轴传来的径向力（主要由转动部分的重复不平衡，水流经过转轮时的 水力不平衡以及由尾水管的振动引起。），二是维持以调好的机组轴线位置，提高机组运行的稳定性。 导轴承是水轮机的重要组成部分，它的工作质量直接影响水轮机的运行。导轴承常见的问题有：轴承过热，严重时会烧瓦；其次是轴承磨损，使轴瓦间隙增大，导致水轮机振动和摆度加大，影响运行质量缩短轴承寿命。 主轴密封装置可以保证导轴承正常工作，在稀油导轴承下部布置主轴密封装置，防止压力水从旋转的主轴渗入导轴承。主轴密封装置分为运行密封和检修密封（空气尾带）两类。 ① 运行密封根据结构形式分为有盘根密封、橡胶平板密封，断面密封、径向密封、和水泵密封。 ② 检修密封是在轴承检修或停机时，对主轴进行密封，其结构形式有机械式、空气围带式和抬机式密封。 抬机是指当水轮机导叶突然关闭后，尾水管内瞬间形成真空，造成负水锤，使尾水回流，鼓破水轮机顶盖的严重事故。为了防止抬机现象发生，在水轮机顶盖上装了真空破坏阀，用来破坏真空。 真空破坏阀装置，布置在顶盖上，其作用是在水轮机紧急关闭，顶盖下部产生真空时，补充空气，破坏真空，以免从尾水倒流回的水流，将使水轮机抬起，造成抬机事故。 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
