斜流式水輪機結(jié)構(gòu)特點

斜流式水輪機的轉(zhuǎn)輪葉片與機組軸線成一定角蠻，一般為15^°～60^°角。葉片隨導葉開度的變化而協(xié)聯(lián)地轉(zhuǎn)動，因此在較寬廣的運行范圍內(nèi)效率都較高。由于轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)介于軸流式水輪機和混流式水輪機之間，其應(yīng)用水頭也在這兩種機組之間。廣泛應(yīng)用在水頭變化幅度大，流量變化劇烈的電站，特別適合作為抽水蓄能電站的可逆式機組。

為了更有效地利用水利資源，提高電網(wǎng)供電的經(jīng)濟性與可靠性。抽水蓄能電站得到廣泛重視，發(fā)展非常迅速。我國近年來也非常重視抽水蓄能電站的建設(shè)；尤其是配合原子能電站和大型火電站的興建，抽水蓄能電站更加顯得重要和不可缺少。而斜流式水泵一水輪機具有運行性能穩(wěn)定，起動力矩小；可以直接起動，不需向轉(zhuǎn)輪室內(nèi)充氣壓水；反向推力小，這樣，緊急關(guān)機時抬機現(xiàn)象較其他機組好等優(yōu)點。特別適合抽水蓄能電站。

斜流式水輪機在預(yù)理件、導水機構(gòu)，水導軸承等部件基本上與混流式水輪機相應(yīng)的設(shè)備差不多。主要不同之處在轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)上。

斜流式水輪機轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于轉(zhuǎn)輪葉片與機組軸線成45～60^°角，其轉(zhuǎn)動葉片的機構(gòu)較軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機復(fù)雜。國內(nèi)一般采用刮板接力器結(jié)構(gòu)。

從受油器引來的壓力油進入刮板接力器的一側(cè)，使得接力器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，帶動操作盤轉(zhuǎn)動；通過轉(zhuǎn)臂帶動葉片轉(zhuǎn)動。為了適應(yīng)受油器油管的上下移動，刮板接力器轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)，帶動凸輪換向機構(gòu)動作，將轉(zhuǎn)輪葉片的旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換成操作油管和受油器油管的垂直移動量，與導水機構(gòu)協(xié)聯(lián)。在葉片樞軸和轉(zhuǎn)輪體之間，采用“入”型橡皮圈密封，其效果還是比較好的。一個好的“入”型密封，其壽命可達10年。

斜流式水輪機與軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機的差別是，轉(zhuǎn)輪葉片相對于機組軸線是傾斜布置的。因而在轉(zhuǎn)輪區(qū)域內(nèi)，水流沿相對于機組軸線傾斜的方向流動。

傾斜布置的蝸殼焊接在鑄焊結(jié)構(gòu)的座環(huán)上，十二個座環(huán)支柱與水平線的傾角為35^°。具有45^°傾角的斜向?qū)畽C構(gòu)由二十四個導葉、導葉傳動機構(gòu)、水輪機頂蓋4和導水機構(gòu)底環(huán)組成。雙支承結(jié)構(gòu)的導葉具有沿高度變化的對稱翼型。導葉軸承為木質(zhì)軸瓦，由過流部分的水自動潤滑。為了防止水漏出，在上軸頸裝有橡皮碗。導葉傳動機構(gòu)由轉(zhuǎn)臂、與轉(zhuǎn)臂用球銷鉸接的連桿以及與連桿用球銷鉸接的控制環(huán)組成。控制環(huán)靠特殊的鉸鏈與兩只環(huán)形接力器連接。

由模鍛成型的不銹鋼板焊接而成的轉(zhuǎn)輪室，具有精加工的內(nèi)表面。轉(zhuǎn)輪的十個由不銹鋼鑄成的葉片與主軸的軸線呈45^°傾角。刮板式接力器，通過操作軸驅(qū)動轉(zhuǎn)葉機構(gòu)，從而使葉片轉(zhuǎn)動。葉片轉(zhuǎn)角為30^°。

這種結(jié)構(gòu)的斜流式水輪機，由于蝸殼與座環(huán)也是傾斜布置的，自蝸殼至尾水管的過流通道比較平直，因此，不僅能提高水輪機的效率，而且還減小了機組的平面尺寸。

斜流式水輪機轉(zhuǎn)輪布置在與主軸同心的圓錐面上，葉片軸線與水輪機主軸中心線形成交角，隨水頭不同而異。一般水頭在40到80m時交角取60°，在60到130m時取45^°，在120到200m時取30°。因此，在斜流式轉(zhuǎn)輪上能比軸流式轉(zhuǎn)輪布置更多的葉片，降低了葉片單位面積上所承受的壓力，提高了適用水頭。在斜流式轉(zhuǎn)輪體內(nèi)布置有葉片轉(zhuǎn)動機構(gòu)，也能隨著外負荷變化進行雙重調(diào)節(jié)，因此它的平均效率比混流式高，高效區(qū)比混流式寬。由于它的軸面投影圖中水流是斜向流進轉(zhuǎn)輪，又斜向流出的，所以又稱其為對角流轉(zhuǎn)漿式水輪機。它的適用水頭在軸流式與混流式水輪機之間，約為40到200米。

但由于其傾斜漿葉操作機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜，加工工藝要求和造價均較高，所以一般只在大中型水電站中運用，現(xiàn)這種水輪機的應(yīng)用還不普遍。

現(xiàn)投入運行的斜流式水輪機還不多，從所發(fā)現(xiàn)的故障與問題中，論述其修理項目和方法。

1.刮板接力器漏油

刮板式接力器存在漏油現(xiàn)象，有的甚至很嚴重；有的電站設(shè)計要求漏油量小于6升/秒，實測達到56升/秒，大大超過允許值。

檢修時，對密封條與缸內(nèi)壁或轉(zhuǎn)軸外圓弧進行研磨，使密封條與各摩擦面接觸良好；對u型密封圈與橫向密封條交接處應(yīng)認真檢查，使其間隙盡可能的??；并對橫向密封條與軸向密封條的接頭進行研刮，使其接觸處無縫隙。最好在密封條上開止漏槽，這樣可以大大減少漏油量。

2.轉(zhuǎn)輪測圓與處理

轉(zhuǎn)輪葉片的圓度對水輪機效率和運行穩(wěn)定性有很大影響，同時對機組的安全比其他類型機組要嚴重得多。

檢修時要測量其圓度。測量時，對葉片外緣上、中、下三點都要測量，還是采用測圓架進行測圓．以中間點的圓度為準。考慮到離心力的影響，測量前在所有葉片根部用楔子板打緊，這樣葉片就是處于向外伸至最大直徑位置。然后測量最大直徑時的圓度。

若葉片長短誤差超過3mm時，就應(yīng)進行圓度處理。處理時以長葉片為準，如圖2所示。把短葉片的卡環(huán)5和夾環(huán)6取下，將短葉片調(diào)至與長葉片～致后，重新配卡環(huán)和夾環(huán)的厚度。由于葉片向外伸出一點，會造成軸肩與十字頭支持孔端面間產(chǎn)生間隙，運行時就會發(fā)生葉片竄動現(xiàn)象，這是不允許的。所以應(yīng)在間隙處加墊(零件7)，并點焊在轉(zhuǎn)輪體上。

3.葉片外緣弧度檢查與處理

轉(zhuǎn)輪葉片外緣弧度應(yīng)與轉(zhuǎn)輪室的弧度一致，不然會引起水輪機的振動。運行不穩(wěn)定。

斜流式水輪機轉(zhuǎn)輪室的剛度相對來說是很大的，運行時變形很小，所以應(yīng)以轉(zhuǎn)輪室表面為基準，來測量葉片外緣的弧度。由于葉片處于全關(guān)位置時，是運行的最小間隙值。將轉(zhuǎn)輪吊入轉(zhuǎn)輪室內(nèi)應(yīng)，使葉片處于全關(guān)位置，每隔一個葉片，用等厚墊片支承著轉(zhuǎn)輪，并將轉(zhuǎn)輪找正調(diào)水平。 2100433B

與常規(guī)斜流式水輪機流道與結(jié)構(gòu)形式相似的可逆式水輪機,斜流可逆式通常采用轉(zhuǎn)槳式。

按轉(zhuǎn)輪中水流相對于轉(zhuǎn)輪軸心線的流動方向，結(jié)合水輪機結(jié)構(gòu)特征可分為混流式、軸流式、斜流式和貫流式。在混流式水輪機中，水流徑向進入導水機構(gòu)，軸向流出轉(zhuǎn)輪；在軸流式水輪機中，水流徑向進入導葉，軸向進入和流出轉(zhuǎn)輪；在斜流式水輪機中，水流徑向進入導葉而以傾斜于主軸某一角度的方向流進轉(zhuǎn)輪，或以傾斜于主軸的方向流進導葉和轉(zhuǎn)輪；在貫流式水輪機中，水流沿軸向流進導葉和轉(zhuǎn)輪。

軸流式、貫流式和斜流式水輪機按其結(jié)構(gòu)還可分為定槳式和轉(zhuǎn)槳式。定槳式的轉(zhuǎn)輪葉片是固定的；轉(zhuǎn)槳式的轉(zhuǎn)輪葉片可以在運行中繞葉片軸轉(zhuǎn)動，以適應(yīng)水頭和負荷的變化。

各種類型的反擊式水輪機都設(shè)有進水裝置，大、中型立軸反擊式水輪機的進水裝置一般由蝸殼、固定導葉和活動導葉組成。蝸殼的作用是把水流均勻分布到轉(zhuǎn)輪周圍。當水頭在40米以下時，水輪機的蝸殼常用鋼筋混凝土在現(xiàn)場澆注而成；水頭高于40米時，則常采用拼焊或整鑄的金屬蝸殼。

在反擊式水輪機中，水流充滿整個轉(zhuǎn)輪流道，全部葉片同時受到水流的作用，所以在同樣的水頭下，轉(zhuǎn)輪直徑小于沖擊式水輪機。它們的最高效率也高于沖擊式水輪機，但當負荷變化時，水輪機的效率受到不同程度的影響。

反擊式水輪機都設(shè)有尾水管，其作用是：回收轉(zhuǎn)輪出口處水流的動能；把水流排向下游；當轉(zhuǎn)輪的安裝位置高于下游水位時，將此位能轉(zhuǎn)化為壓力能予以回收。對于低水頭大流量的水輪機，轉(zhuǎn)輪的出口動能相對較大，尾水管的回收性能對水輪機的效率有顯著影響。

反動式水輪機軸流式水輪機

適用于較低水頭的電站。在相同水頭下，其比轉(zhuǎn)數(shù)較混流式水輪機為高。

軸流定槳式水輪機的葉片固定在轉(zhuǎn)輪體上。一般安裝高度在3-50m。，葉片安放角不能在運行中改變，結(jié)構(gòu)簡單，效率較低，適用于負荷變化小或可以用調(diào)整機組運行臺數(shù)來適應(yīng)負荷變化的電站。

軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機是奧地利工程師卡普蘭在1920年發(fā)明的，故又稱卡普蘭水輪機。一般安裝高度在3-80m。其轉(zhuǎn)輪葉片一般由裝在轉(zhuǎn)輪體內(nèi)的油壓接力器操作，可按水頭和負荷變化作相應(yīng)轉(zhuǎn)動，以保持活動導葉轉(zhuǎn)角和葉片轉(zhuǎn)角間的最優(yōu)配合，從而提高平均效率，這類水輪機的最高效率有的已超過94%。典型例子就是葛洲壩。

反動式水輪機貫流式水輪機

導葉和轉(zhuǎn)輪間的水流基本上無變向流動，加上采用直錐形尾水管，排流不必在尾水管中轉(zhuǎn)彎，所以效率高，過流能力大，比轉(zhuǎn)數(shù)高，特別適用于水頭為3～20米的低水頭小型河床電站。

這種水輪機裝在潮汐電站內(nèi)還可以實現(xiàn)雙向發(fā)電。這種水輪機有多種結(jié)構(gòu)，使用最多的是燈泡式水輪機。燈泡式機組的發(fā)電機裝在水密的燈泡體內(nèi)。其轉(zhuǎn)輪既可以設(shè)計成定槳式，也可以設(shè)計成轉(zhuǎn)槳式。其中又可以細分為貫流式和半貫流式。世界上最大的燈泡式水輪機(轉(zhuǎn)槳式半貫流)裝在美國的羅克島第二電站，水頭12.1米，轉(zhuǎn)速為85.7轉(zhuǎn)/分，轉(zhuǎn)輪直徑為7.4米，單機功率為54兆瓦，于1978年投入運行。

反動式水輪機混流式水輪機

世界上使用最廣泛的一種水輪機，由美國工程師弗朗西斯于1849年發(fā)明，故又稱弗朗西斯水輪機。與軸流轉(zhuǎn)槳式相比，其結(jié)構(gòu)較簡單，運行穩(wěn)定，最高效率也比軸流式的高，但在水頭和負荷變化大時，平均效率比軸流轉(zhuǎn)槳式的低，這類水輪機的最高效率有的已超過95%?；炝魇剿啓C適用的水頭范圍很寬，為5～700米，但采用最多的是40～300米。

混流式的轉(zhuǎn)輪一般用低碳鋼或低合金鋼鑄件，或者采用鑄焊結(jié)構(gòu)。為提高抗汽蝕和抗泥沙磨損性能，可在易氣蝕部位堆焊不銹鋼，或采用不銹鋼葉片，有時也可整個轉(zhuǎn)輪采用不銹鋼。采用鑄焊結(jié)構(gòu)能降低成本，并使流道尺寸更精確，流道表面更光滑，有利于提高水輪機的效率，還可以分別用不同材料制造葉片、上冠和下環(huán)。典型例子是我國的劉家峽。

反動式水輪機斜流式水輪機

瑞士工程師德里亞于1956年發(fā)明，故又稱德里亞水輪機。其葉片傾斜的裝在轉(zhuǎn)輪體水輪機上，隨著水頭和負荷的變化，轉(zhuǎn)輪體內(nèi)的油壓接力器操作葉片繞其軸線相應(yīng)轉(zhuǎn)動。它的最高效率稍低于混流式水輪機，但平均效率大大高于混流式水輪機；與軸流轉(zhuǎn)槳水輪機相比，抗氣蝕性能較好，飛逸轉(zhuǎn)速較低，適用于40～120米水頭。

由于斜流式水輪機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，一般只在不宜使用混流式或軸流式水輪機，或不夠理想時才采用。這種水輪機還可用作可逆式水泵水輪機。當它在水泵工況啟動時，轉(zhuǎn)輪葉片可關(guān)閉成近于封閉的圓錐因而能減小電動機的啟動負荷。

前言

第一章 緒論

第一節(jié) 水輪發(fā)電機組檢修的特點及檢修周期的確定

第二節(jié) 水輪機狀態(tài)檢修

第三節(jié) 水輪機檢修的主要內(nèi)容及施工的組織與管理

復(fù)習題

第二章 水輪機的類型及基本工作原理

第一節(jié) 概述

第二節(jié) 水輪機類型及特點

第三節(jié) 水輪機基本工作原理

復(fù)習題

第三章 水輪機結(jié)構(gòu)及其作用

第一節(jié) 混流式水輪機

第二節(jié) 軸流式水輪機

第三節(jié) 貫流式水輪機

第四節(jié) 斜流式水輪機

第五節(jié) 沖擊式水輪機

復(fù)習題

第四章 水輪機的檢修工藝及要求

第一節(jié) 一般檢修工藝

第二節(jié) 螺栓連接

第三節(jié) 校正調(diào)整工作和基本測量

第四節(jié) 水輪機檢修安裝中的起重工作

第五節(jié) 安全技術(shù)的基本要求

復(fù)習題

第五章 混流式水輪機轉(zhuǎn)輪及主軸的檢修

第一節(jié) 止漏環(huán)測圓及圓度處理

第二節(jié) 葉片裂紋檢查及處理

第三節(jié) 水輪機轉(zhuǎn)輪泥沙磨損和空蝕破壞的修理

第四節(jié) 葉片開度測量和整形處理

第五節(jié) 大軸拆裝及軸頸處理

第六節(jié) 轉(zhuǎn)輪（含主軸）裝復(fù)

復(fù)習題

第六章 導水機構(gòu)的檢修

第一節(jié) 概述

第二節(jié) 導水機構(gòu)在檢修前后的測量

第三節(jié) 導水機構(gòu)的拆裝

第四節(jié) 導水機構(gòu)主要部件的檢修

復(fù)習題

第七章 水輪機導軸承的檢修

第八章 主軸密封裝置的檢修

第九章 水輪機附屬部件和埋設(shè)部件的檢修

第十章 主閥的檢修

第十一章 軸流式水輪機的檢修

第十二章 燈泡貫流式水輪機的檢修

第十三章 水輪機特殊檢修工作

第十四章 水輪機的增容改造

參考文獻2100433B