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1、水轮机及其附属设备简介,重庆大唐国际彭水水电开发有限公司,黎均平,目录,第一部分 水轮机基本知识 常规水电厂生产的基本过程 水轮机的分类 冲击式水轮机与反击式水轮机区别 混流式水轮机的特点及应用范围 第二部分 水轮机组成部分介绍 埋设部分 转动部分 导水机构部分 附属部分,第一部分水轮机基本知识,常规水电厂生产的基本过程,水电厂，从能量转换观点分析，基本过程是：水能（水轮机）机械能（发电机）电能。 水电厂类型很多，我们以一座常见的坝后式水电厂为例来说明常规水电厂生产的基本过程。,从能量转换观点来看：水能（水轮机）机械能（发电机）电能,常规水电厂通过水轮机实现水能与机械能转换，通过发电机实现机械
2、能与电能的转换。 可见水轮机是水电厂实现水能与机械能转换的关键。,水轮机的分类,现代水轮机，按其水流作用原理和结构特征，可分为两类：一类为仅利用水流动能的，称为冲击式水轮机；另一类为同时利用水流动能和势能的，称为反击式水轮机。根据水流相对于水轮机轴的流动方向，可进一步划分：,除上述各种类型外，还有抽水蓄能电厂的可逆式水轮机。,发电机,冲击式水轮机与反击式水轮机区别,定义(能量利用方式)：仅利用了水流的动能进行做功的水轮机称作冲击式水轮机。 流动特点：借助特殊的导水装置（如喷嘴），把高压水流变为高速的自由射流，通过射流与转轮的相互作用，将水流能量传递给转轮。转轮转轮在空气中旋转，为无压状态。水流
3、与大气有自由表面，转轮部分圆周进水。 结构特点：转轮叶片为斗叶状，喷嘴是必须部件。,定义(能量利用方式)：利用水流的势能和动能做功的水轮机称作反击式水轮机。 流动特点：水流充满整个水轮机的流道，整个流道有压封闭系统，水流与大气没有自由表面，水流沿着转轮外圆整周进水，从转轮的进口至出口水流压力逐渐减小。 结构特点：转轮叶片为空气动力翼型，尾水管是必须部件。,冲击式水轮机,反击式水轮机,各种水轮机的水头应用范围,混流式水轮机的特点及应用范围,结构特点：结构简单、紧凑、叶片固定在上冠与下环上，形成整体，强度高。性能特点：适应性强，效率高。应用范围广：30-700m,3050m,50200m,2007
4、00m,各种转轮的标称直径,ZL、 XL：叶片中心线与转轮室交点处直径,CJ:射流中心线与转轮圆周 切点（转轮节圆）的直径,HL：转轮叶片进口边最大直径,水轮机型号,第一部分代表意思,转轮代号用水轮机比转速或转轮代号表示，用比转速表示时，其代号由归口单位统一编制，用阿拉伯数字表示，当用转轮代号表示时，由厂家自行编号。,第二部分代表意思,第二部分代表意思,水轮机型号例子说明,HL180LJ550：表示混流式水轮机，转轮型号是180（特征比转速180），立轴、金属蜗壳、转轮标称直径D1是550cm。 ZZ560-LH-1130:表示轴流转桨式水轮机，转轮型号是560（特征比转180），立轴、混凝土
5、蜗壳、转轮标称直径D1是1130cm。 ZD560LM80：表示轴流定桨式水轮机，立轴、明槽引水，转轮直径80cm. XLN200LJ300：表示斜流可逆式水泵水轮机，转轮型号200 （特征比转速200）， ，立轴，金属蜗壳，转轮标称直径是300cm。,水轮机型号例子说明,GZ003WP750：表示贯流转桨式水轮机，转轮型号003（厂家取名的转轮编号），卧轴，灯泡式机组，转轮标称直径为750cm。 CJ20L120/215：表示切击式水轮机，转轮型号20 （特征比转速20）， 立轴，转轮标称直径120cm，一个转轮上有2个喷嘴，射流直径是15cm。 XJ40W150/120：表示斜击式斜流式水
6、轮机，转轮型号40（特征比转速40）， 卧轴，转轮标称直径150cm，一个转轮上有1个喷嘴，射流直径是20cm。 SJ50W150/30：表示双击式斜流式水轮机，转轮型号50 （特征比转速50）， 卧轴，转轮标称直径150cm，转轮轴向长度30cm。,第二部分水轮机组成部件介绍,彭水电厂水轮机基本参数,型号： HLF169A0LJ-768 主轴布置形式： 立轴 蜗壳： 金属蜗壳，包角max336 转轮出口直径D： 7.68m 水轮机的旋转方向： 俯视顺时针 额定出力： 355.4MW 额定转速： 85.71r/min 额定流量： 593.1m3/s 最大水头： 81.60m 额定水头： 67.
7、00m 最小水头： 52.00m 飞逸转速： 167 r/min 最高效率： 96.39 % 水轮机补气方式： 主轴中心孔自然补气,水轮机结构,水轮机由埋件部分、转动部分和导水机构等部件组成。,埋设部分 埋设部件包括尾水管里衬、基础环、座环、蜗壳和机坑里衬等，这些部件是水轮机的结构部件。,尾水管 尾水管主要是引导进出转轮的水流。水流从转轮出来，经过尾水管排至下游，并回收转轮出口水流中剩余的能量。分为直锥形和弯肘形两种。前者是一种最简单的扩散性尾水管，广泛运用于中、小型水电厂的水轮机。后者则多用于大、中型水轮机。尾水管的锥管段和肘管段一般采用金属里衬，并埋入混凝土中。在尾水管最低点，设有盘形阀、
8、相应的操作机构和排水管，以便于机组检修时排除尾水管中的积水。我公司尾水管锥管上设有1个800mm进人门，肘管处设有1个600mm的进人门。在尾水管底部设有两个800mm的液压操作排水阀。,弯肘型尾水管由锥管段、肘管段和扩散段组成。,基础环 基础环通常采用钢板焊接制成，作为座环的支撑平面，其上端面与座环的底面焊接、与底环螺栓把合，下端面与尾水管里衬的上端面进行焊接。基础环设有转轮支撑平面，在机组安装、拆卸期间，能够支撑主轴与发电机脱开时转轮和主轴的重量。该支撑面与转轮之间有足够的空隙，且允许转轮轴向的运动，以便于拆卸主轴和推力轴瓦。基础环是按永久埋入砼设计的。,座环 座环位于蜗壳与活动导叶之间，
9、是一个环形结构部件，通常有上环板、下环板和若干个固定导叶（我公司为24个固定导叶）组成。其上下环的圆周与蜗壳相连接，固定导叶位于蜗壳和活动导叶之间，是流线型的导水部件，同时座环又是水轮机的承重部件，整个机组固定部分和转动部分的重量、水的轴向压力以及蜗壳顶上的一部分砼的重量，均通过它传递到水电厂厂房砼基础上。此外座环通常作为机组装配的基准。座环还是整台机组的基准，所以对座环的中心、高程、水平的安装技术质量要求很高，误差要小，尤其是水平误差。加入座环不平，直接引起整个机组的倾斜。由于水轮机的顶盖和机坑内通常有渗水需要排除，因此，通常有24个固定导叶采用空心结构作为排水孔，以便渗漏水自流排到集水廊道
10、。,座环的组成：上环、下环和若干支柱（即固定导叶）,支柱（固定导叶）,上环,下环,彭水电厂座环安装,蜗壳 蜗壳的外形很像蜗牛的壳体，故得此名。蜗壳是用以引导水流沿圆周均匀进入导水机构并形成一定的环量。蜗壳可分为金属蜗壳和混凝土蜗壳。混凝土蜗壳一般用于40m以下的机组，而水头高于40m的机组一般采用金属蜗壳。 彭水水电公司蜗壳为金属蜗壳。在蜗壳进口底部设有一个800mm的排水阀；蜗壳进口段上设有一1596的无缝钢管，作为机组技术供水的取水口；在X偏向Y方向30处设有700蜗壳进人门。,关于蜗壳的结构：1、金属蜗壳的截面形状为圆形，外形像蜗牛壳，从蜗壳进口到鼻端又像一个断面逐渐收缩的管子。2、蜗壳
11、内侧是敞开的，由座环支承。,座环,蜗壳,彭水电厂蜗壳焊接安装,转动部分 水轮机转动部分包括转轮、水轮机轴以及连接螺栓等部件，该部分与发电机轴连接，其重量由发电机的推力轴承所支撑。,转轮 水轮机转轮是水轮机的核心部件，其作用是将水流的能量转换成机械能。它由上冠、叶片、下环、泄水锥组成。转轮通过上冠与水轮机轴用螺栓连接。在主轴靠近转轮处，装有水轮机导轴承，用于防止主轴的偏摆。 为了减少转动部分与固定部分的间隙漏水，传统上在转轮的上部边缘与下部边缘，分别设有上下转动止漏环，在相应的固定部分上，则分别设有固定止漏环，形式有迷宫式、梳齿式等。,混流式水轮机的转轮,1上冠 2下环 3泄水锥 4叶片,彭水电
12、厂水轮机转轮,彭水水电公司转轮由上冠、下环、叶片、泄水锥组成，转轮采用铸焊结构, 材料全部为ZG0Cr13Ni4Mo，下环最大尺寸768mm，转轮叶片数为13个。 叶片采用精炼铸造成型，用五轴数控机床加工，下环用钢板卷焊或铸造，上冠为铸造，然后在制造厂组焊成整体转轮。 泄水锥引导经叶片流出的水流迅速而顺畅的向下宣泄，防止水流相互撞击，以减小水利损失，提高水轮机效率。,转轮具有足够的强度和刚度，能承受在最大水头和最大负荷工况下的综合应力、飞逸转速工况下的离心力和当水轮发电机组主轴与发电机转子脱开后，转轮置于基础环上时自身和机组主轴的重量。,轴流式水轮机的转轮,1叶片 2轮毂 3泄水锥,轴流式水轮
13、机的转轮由转轮体（即轮毂）、叶片和泄水锥组成，叶片数少于混流式，叶片轴线与水轮机轴线垂直。 在同样直径与水头时，它的过流能力比混流式大，气蚀性能较混流式差。,根据转轮叶片能否转动，轴流式又分定桨式和转桨式。,轴流定桨式叶片不能转动，但结构简单。 轴流定桨式适用于功率不大，水头变化不大的电站。,轴流转桨式适用于水头变化较大，特别是出力变化较大的电站。 轴流转桨式广泛用于低水头、大容量的电站。,定浆式,转浆式,水轮机轴 水轮机主轴，即水轮机轴。 其作用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，将水轮机转轮的旋转机械能传递给发电机。 可概括的说成，水轮机主轴要同时承受拉、扭及径向力的综合作
14、用。 彭水电厂水机轴总重74.3吨,为中空（内设补气管），主轴尺寸约为48002100, 上端与发电机轴采用螺栓联接，下端与转轮的连接采用销子螺栓联接。 轴流转浆式水轮机水机轴内设桨叶操作油管。,水轮机主轴结构组成及连接方式,水轮机主轴主要由上、下法兰及轴身三部分组成。 下端与转轮上冠用螺栓联接。 上端与发电机轴用螺栓联接（如果机组有中间轴，则水轮机轴上端与中间轴联结，中间轴再与发电机轴联结）。,导水机构,导水机构是导叶及导叶的传动部件一起组合起来的零部件的总称，位于引水部件和工作部件之间。导水机构主要作用如下： 1、使水流进入转轮之前形成旋转并改变水流的入射角度； 2、通过改变导叶的位置，改
15、变水轮机流量来调整水轮机出力； 3、停机时（包括正常情况与事故情况），用来截断水流。 导水机构主要由底环、活动导叶、顶盖、控制环、接力器、操作机构等组成。,水轮机机构总装图,导水机构,控制环,导叶连杆,活动导叶,导叶套筒,顶盖,底环,底环 底环采用钢板焊接而成，底环与基础环通过螺栓连接，底环与座环连接为间隙配合，接触面有密封条。底环上环板上开有24个导叶孔，导叶的下轴套就设置在其间。另外，在导叶孔所在圆周非导叶孔位置安装24组密封组合，作为导叶端面的密封。,顶盖,顶盖 顶盖由钢板焊接而成，分四瓣用螺栓把合。顶盖重132吨。顶盖分四瓣面用橡皮条密封，顶盖与座环间用橡皮条带压板密封，顶盖上面固定有
16、轴承装配，控制环安放于顶盖上面，为防止控制环可能产生的跳动，设有防止上抬压板。顶盖上开有24个565的导叶孔，分上环孔、中环孔 ，与底环上的底环孔一起构成活动导叶的三支点。另外顶盖上 还设置有4根平衡管，以平衡顶盖的水压力。根据安装和监测需要，顶盖上还设有相应数量的检查孔、测压孔等。,顶盖排水采用自流排水和自吸泵排水两种方式。自流排水通过顶盖外缘排水孔排到顶盖外，后通过埋设在蜗壳舌板位置的排水管排至厂内集水井。,导叶 导叶为铸焊中空结构, 三支点, 24个。导叶立面采用金属直接接触的密封方式，端面密封为橡胶密封，利用设置在顶盖和底环上的密封条实现。导叶上下端面间隙的分配是利用导叶臂上端的推力螺
17、栓调节，通常要求上端面间隙为实测总间隙的6070，而下端面间隙为总间隙的3040。,活动导叶,端面密封,叶面密封,下轴颈,上轴颈,调节通过机组过流系统的水的流量，达到控制机组转速的目的；,作用：,控制环 控制环能把接力器的操作力和力矩同时均匀的分配给所有导叶。它要求具有足够的强度和刚度，以保证当一个接力器发生故障时，控制环不出现过度曲挠。控制环底部有轴向、径向导轨抗磨板和防止弹跳压块（该压块安装在顶盖上），上端面设有指针，指示导叶的开赌。控制环还设有自动液压锁锭装置，安装于顶盖上，当机组正常停机及检修时同时锁住接力器。,控制环结构,传动部件 传动机构由导叶臂、连接板、偏心销、上下连板、拉断销等
18、组成，导叶臂与拐臂间设有拉断销，当导叶间有杂物卡住不能关闭时，在接力器的推动下，拉断销被拉断 ,以保证其他零件不受损害，在拉断销被拉断时能自动发生信号（信号装置为行程开关），以便及时更换拉断销，为防止拉断销拉断后导叶的自由转动，设有限位装置及摩擦装置。,导叶转臂结构,摩擦装置防止导叶在保护装置动作后反复摆动。 导叶限位块是在最不利的工作条件下根据可能施加到导叶限位块上的最大水力矩和冲击力而设计的。限位块设在顶盖和拐臂之间用以限制导叶运动角度，在保护装置动作的情况下防止松动的导叶对相邻的导叶或部件运动的干扰。限位块用减震垫保护。,接力器 水轮机设置2个油压操作、双作用、液压直缸接力器，通过导叶操
19、作机构来操作导叶。接力器设置于水轮机坑内的凹坑内，操作接力器的压力油将由调速系统的油压装置供给，额定工作油压为6.3MPa,附属部分,水导轴承 水导轴承为油浸式自循环稀油润滑、具有巴氏合金表面的分块瓦结构。导轴承由分块瓦、轴瓦支承、带油槽的轴承箱、箱盖和附件组成。 水导轴承采用外循环, 轴承油箱的热油经回油管和漏油管自流进入顶盖油箱，顶盖油箱的油经过滤器、油泵、冷却器等送至水导瓦间的间隙之间。冷却器和润滑油泵等置于顶盖上,冷却器采用列管式,上、下两个固定在一起。轴承在冷却水中断后能安全承受机组运行20min。该设计布置是考虑水导油盆小，顶盖油箱的设置可以弥补其油循环量，达到冷却目的。,水导轴承
20、机构图,主轴密封 主轴密封为水压自平衡端面密封结构形式（轴向端面活塞式结构），主要由密封座、密封盖、密封块、抗磨板 等组成，密封块采用进口的Cestidur材料，具有良好密封性和耐磨性。主轴密封工作原理是通过压缩弹簧和水压腔的作用，将均匀分布的轴向力加在密封块上，并在密封块和抗磨板间 通入一定压力的清洁水，形成水封和润滑水膜，保证磨擦面好的密封效果。活塞端面在使用磨损后能自动补偿，由进水管上的阀门来调整进入工作密封的实际水压，以漏水量最小而不烧密封块为宜。,检修密封 检修密封为空气围带式，停机充气后，其内环面与主轴法兰外围面压紧，起止水作用。空气围带充气压力为0.5-0.8MPa 。,辅助部分,管路部分 管路部分为包括水气管路、仪表管路布置、轴承油、水管路。 水气管路包括顶盖平衡管、主轴密封进、出水管、冷却器进、出水管、检修密封供气管等。 仪表管路布置包括：尾水管压力脉动，尾水管进口压力真空，蜗壳末端水压， 蜗壳进口压力等测量管路。 轴承油、水管路包括：轴承油箱的热油经回油管和漏油管进入顶盖油箱，顶盖油箱的油经过滤器、油泵、冷却器等送至导瓦间。,补气阀 设置补气阀是为了满足水轮机在部分负荷工况下稳定运行的要求 。当转轮出口出现负压时，补气阀打开保持压力平衡使机组稳定运行。,谢谢大家！,