水轮机构造.doc

,并以混流式和轴流式水轮机为主。混流式水轮机不仅结构简单,制造、安装方便,而且有较好的抗空蚀性能,运行可靠,适用水头范围较广,是反击式水轮机中应用最广泛的一种机型。轴流式水轮机以转桨式应用最多,因其叶片可随水头和导叶开度变化而协联转动的特点,其平均效率比混流式水轮机高,但结构复杂、制造成本高,仅适用于负荷变化大、水头相对较低的电站。全国已投入运行的水轮发电机组中,混流式水轮机单机最大容量为700MW(三峡水电站),轴流式水轮机单机最大容量为200MW(水口水电站)。-1混流式转轮1-减压装置;2、6-止漏环;3-上冠;4-叶片;5-泄水锥;7-下环转轮是水轮机将水流能量转变为旋转机械能的核心部件,要求转轮具有良好的水力性能,足够的强度和刚度。混流式水轮机转轮一般由上冠3、叶片4、下环7、止漏装置2和6、泄水锥5和减压装置1组成,如图2-1所示。上冠的外形与圆锥体相似,其作用是支承叶片并与下环形成过流通道。上冠的上部中央为均布有数个螺孔的上冠法兰,用以连接主轴;对于小尺寸转轮的上冠不设法兰面,只设带有锥度的中心孔,并与主轴通过锥面定心、轴头螺母定位、键传力矩来获得固定连接。在上冠中心开有中心孔用以减轻重量并作为轴心补气通道,消除转轮内真空。在上冠法兰外围四周开有若干个泄水孔,并装有减压装置,以减小作用在转轮上的轴向水压力。上冠的下锥面上均匀布置着若干个转轮叶片。上冠的外轮缘处装有止漏装置(也称止漏环),减小转动部分与固定部分的漏水损失。叶片呈复杂空间扭曲状,其断面形状为翼型,叶片数目通常为13~18片;叶片上端与上冠相接、下端与下环固连。下环的作用是将全部叶片连成整体,以增加转轮的强度与刚度。泄水锥外形为一空腔圆锥体,用螺栓或焊接将它连接在上冠下方,它的作用是引导由叶片出来的水流顺利地变成轴向,避免水流旋转和互相撞击而造成水力损失。泄水锥的形状和尺寸,直接影响水轮机的效率和振动。(a)(b)(c)图2-3铸焊转轮图2-2混流式转轮形状1-上冠;2-叶片;(a)D1<D2;(b)D1≈D2;(c)D1>D23-下环;4-焊缝1—上冠;2—叶片进水边;3—下环;4—叶片出水边混流式水轮机适用水头范围广,因应用水头和流量不同,其转轮的形状也各不相同。图2-2(a)用于低水头、大流量的转轮,这类转轮出口直径D2大于进口直径D1;图2-2(c)用于高水头、小流量的转轮,这类转轮出口直径D2小于进口直径D1;图2-2(b)用于中等水头和流量的转轮,这类转轮出口直径D2和进口直径D1大致相等。由于转轮的应用水头和尺寸大小不同,其结构型式、材料和工艺都有所不同。通常有整铸转轮、铸焊转轮和组合转轮三种。(1)整铸转轮。是指把叶片、上冠和下环整体铸造而成的转轮。这种结构适用于中小型转轮,特别是小型转轮用得最多。它具有生产周期短,成本低,且有足够的强度。对低水头中小型混流式转轮,可用优质球墨铸铁铸造。对高水头中小型转轮和低水头大型转轮,可采用ZG270-500整铸。对高水头的转轮,为提高其强度和抗磨蚀能力,采用高强度低合金钢ZG20SiMn,在叶片表面易空蚀、磨损部位堆焊耐磨蚀材料。(2)铸焊转轮。如图2-3所示,铸焊转轮是指将转轮的上冠、叶片和下环分别铸造,然后焊接成整体,铸焊转轮的不同部位,可以采用不同钢种,使得这种转轮结构更为经济合理,即上冠和下环可采用低合金钢或低碳钢,叶片采用镍铬不锈钢。特别是近年来一些高效防护材料的应用,如SPHG1合金粉末喷焊材料、GB1焊条和金属陶瓷等。这样做既提高了转轮的抗磨蚀能力,又节省了镍铬不锈钢等稀有材料。但铸焊转轮焊接工作量大,对焊接工艺要求高,要严格控制焊接变形和消除焊接应力等。(3)组合转轮。,因受运输条件或铸造能力的限制,有必要把转轮分半制作,运到现场再组合成整体。转轮各部分的组合连接方式不相同,其组合方法也不相同,我国主要采用上冠螺栓连接、下环焊接结构,在上冠连接处有定位销。。轴流定桨式水轮机的叶片固定,结构相对简单,但不能适应水头和负荷变化大的水电站。对于一些季节性变化大的河流,可采用叶片可调转轮,以提高效率,增加发电量。轴流转桨式水轮机转轮在运行过程中可控制叶片绕自身轴线转动,叶片转动的角度称为叶片转角或装置角,通常以φ表示,如图2-4所示。我国工程上规定设计工况时的叶片转角为φ=0°,向关闭方向转动时称为“负”角,φ<0°;向开启方向转动时称为“正角”,φ>0°;叶片由“负”到“正”的范围一般在-20°~+35°之间。