求水輪工作原理？？

水輪機(jī)是一種將水的勢能轉(zhuǎn)換成機(jī)槭能的機(jī)器。以這種機(jī)器驅(qū)動發(fā)電機(jī)，便可使水能變?yōu)?/p>

電能這就是水輪發(fā)電機(jī)組。

現(xiàn)代水輪機(jī)，按水流作用原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為兩類，一類是僅利用水流動能的稱為沖擊

式水輪機(jī)，另一類同時利用水流動能和勢能的稱為反擊式水輪機(jī)。

從上游水庫引來的水，先流至引水室（蝸殼），然后經(jīng)導(dǎo)向葉流入轉(zhuǎn)輪葉片的彎曲形通道，

水水流對葉片產(chǎn)生反作用力，使葉輪轉(zhuǎn)動，此時將水能轉(zhuǎn)換成機(jī)槭能，流出轉(zhuǎn)輪的水經(jīng)尾水管排

向下游。

反擊式水輪機(jī)主要有混流式、斜流式、軸流式，其主要區(qū)別在于轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)形式各有不同。

（1）混流式轉(zhuǎn)輪一般由12-20個流線型的扭曲葉片和輪冠、下環(huán)等主要部件組成，水流從輻

向流入，軸向流出，這種水輪機(jī)的適用水頭范圍較廣，體積較小，造價較低，廣泛用于高水頭。

軸流式又分螺漿式和轉(zhuǎn)漿式，前者的葉片固定不動，后者的葉片可以轉(zhuǎn)動。軸流式轉(zhuǎn)輪一般由3-8個葉片，轉(zhuǎn)輪體、泄水錐等主要部件組成。這種水輪機(jī)的過水能力較混流式為大。對于轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)。由于葉片可隨負(fù)荷改變其位置，因而在負(fù)荷變化很大的范圍內(nèi)，均具有較高的效率。這種水輪機(jī)的抗氣蝕性能與機(jī)槭強(qiáng)度均比混流式差，結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，一般適用于10的低、中水頭范圍。

（2）引水室的作用是使水流均勻地流入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，減少導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的能量損失，以提高水輪

機(jī)效率。大中型水輪機(jī)水頭在以上的，常采用圓形斷面金屬蝸殼。

（3）導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，一般均勻布置于轉(zhuǎn)輪外圍，具有一定數(shù)量的流線型導(dǎo)葉片及其轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)等

組成其作用在于引導(dǎo)水流均勻地流入轉(zhuǎn)輪，并通過調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度，來改變水輪機(jī)的過流量以適應(yīng)

發(fā)電機(jī)負(fù)荷調(diào)整變化的要求，全部關(guān)閉時也可起到封水的作用。

（4）尾水管：由于轉(zhuǎn)輪出口的水流還有部分剩余能量未被利用，尾水管的作用就是回收這

部分能量并將水排至下游。小型水輪機(jī)一般采用直錐型尾水管，效率高，但大中型水輪機(jī)由于尾

水管不可能挖的很深，因此均采用肘彎型尾水管。

另外對于反擊式水輪機(jī)中還有貫流式水輪機(jī)、斜流式水輪機(jī)、可逆式水泵水輪機(jī)等。

沖擊式水輪機(jī)：

這種水輪機(jī)利用高速水流的沖擊力使水輪機(jī)轉(zhuǎn)動，最常見的為水斗式。

水斗式水輪機(jī)一般用于以上的高水頭水電廠。其工作部件主要有導(dǎo)水管、噴嘴和噴

針、水輪及蝸殼等，在水輪的外緣裝有許多堅固的勺型水斗。這種水輪機(jī)在負(fù)荷變化時其效率

變化較小，但過水能力受噴嘴所限，遠(yuǎn)比輻向軸流式小。為了提高過水能力，增大單機(jī)出力和

提高效率，大型水斗式水輪機(jī)已由橫軸改為豎軸，由單噴嘴發(fā)展到多噴嘴。

埋入部分包括蝸殼、座環(huán)、尾水管等都埋設(shè)于混凝土基礎(chǔ)中。是機(jī)組的引水及過流部件一部分。

蝸殼

蝸殼分混凝土蝸殼和金屬蝸殼，水頭在40米以內(nèi)的機(jī)組多采用混凝土蝸殼。 對于水頭大于40米的水輪機(jī)由于強(qiáng)度的需要，一般采用金屬蝸殼。金屬蝸殼具有強(qiáng)度高、加工方便、土建施工簡單以及便于和電站引水壓力鋼管連接等優(yōu)點(diǎn)。

金屬蝸殼有焊接和鑄造兩種。

對水頭在40-200米左右的大中型反擊式水輪機(jī)，多采用鋼板焊接蝸殼，為了焊接方便，常將蝸殼分成若干個錐形環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)斷面為圓形，蝸殼尾部環(huán)節(jié)因斷面變小，為和座環(huán)焊接，改成橢圓形。每個錐形環(huán)節(jié)由卷板機(jī)滾壓成形。

在小型混流式水輪機(jī)中，多使用整體鑄造的鑄鐵蝸殼。對高水頭大容量水輪機(jī)，通常采用鑄鋼蝸殼，將蝸殼和座環(huán)鑄為一體。

蝸殼內(nèi)部最低處，均設(shè)有排水閥，以便檢修時排出積水。

座環(huán)

座環(huán)是反擊式水輪機(jī)的基礎(chǔ)部件，除了承受水壓力作用外，還承受整個機(jī)組和機(jī)組段混凝土重量，因此要求有足夠的強(qiáng)度和剛度。座環(huán)的基本機(jī)構(gòu)由上環(huán)、下環(huán)和固定導(dǎo)葉組成。固定導(dǎo)葉是支撐座環(huán)，傳遞軸向載荷的支柱，又是過流面，同時在水輪機(jī)的主要部件的裝配中，它又是一個主要的基準(zhǔn)件，是最早安裝的零部件之一。所以必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時應(yīng)有良好的水力性能。

座環(huán)既是承重部件，又是過流部件，所以過流面具有流線型外形，以保證水力損失最小。

座環(huán)一般有三種結(jié)構(gòu)形式：單個支柱形，半整體形，整體形。對于混流式水輪機(jī)通常采用整體結(jié)構(gòu)的座環(huán)。

尾水管及基礎(chǔ)環(huán)

尾水管是水輪機(jī)的過流通道的一部分，有直錐形和彎曲形兩種。大中型水輪機(jī)中一般采用彎曲形尾水管?；A(chǔ)環(huán)是混流式水輪機(jī)中座環(huán)與尾水管進(jìn)口段相連接的基礎(chǔ)部件，埋設(shè)于混凝土內(nèi)。轉(zhuǎn)輪的下環(huán)在其內(nèi)轉(zhuǎn)動。

水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的作用，主要是形成和改變進(jìn)入轉(zhuǎn)輪水流的環(huán)量，采用轉(zhuǎn)動式的性能良好的多導(dǎo)葉控制，保證水流以很小的能量損失，在不同的流量下沿圓周均勻進(jìn)入轉(zhuǎn)輪。保證水輪機(jī)具有良好的水力特性，調(diào)節(jié)流量，以改變機(jī)組出力，正常與事故停機(jī)時，封住水流，停止機(jī)組轉(zhuǎn)動。大、中型導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，按其導(dǎo)葉軸線位置可分為圓柱式、圓錐式（燈泡式和斜流式水輪機(jī)）和徑向式（全貫式水輪機(jī)）。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)主要由導(dǎo)葉、導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)、環(huán)形部件和軸套、密封等部件組成。

導(dǎo)葉裝置結(jié)構(gòu)。

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)環(huán)形部件有底環(huán)、頂蓋、支持蓋、控制環(huán)、軸承支架、推力軸承支架等。它們受力復(fù)雜、制造要求高。

底環(huán)

底環(huán)是一個扁平的環(huán)形部件，固定于座環(huán)上，大多數(shù)采用鑄焊結(jié)構(gòu)。大型機(jī)組中因受運(yùn)輸條件限制，可分為兩半或更多瓣數(shù)組合。對于有泥沙磨損的電站，過流表面都采取一定的抗磨措施，目前主要是在端面裝有抗磨板，多數(shù)采用0Cr13Ni5Mn的不銹鋼。底環(huán)與導(dǎo)葉上下端面如采用橡膠密封，則在底環(huán)上車有尾槽或壓板式橡膠密封槽，橡皮密封條分布圓設(shè)在導(dǎo)葉全關(guān)位置上，可由導(dǎo)葉布置圖決定，現(xiàn)我廠主要用黃銅密封壓板。底環(huán)上的導(dǎo)葉軸孔應(yīng)與頂蓋同心，中、小型機(jī)組常采用頂蓋與底環(huán)同鏜，大型機(jī)組現(xiàn)我廠用數(shù)控鏜床直接鏜。

控制環(huán)

控制環(huán)是傳遞接力器作用力，并通過傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)葉的環(huán)形部件，其主要尺寸為：大耳孔、小耳孔、把抗磨板的兩個面。

導(dǎo)葉

導(dǎo)葉目前常有對稱和非對稱兩種標(biāo)準(zhǔn)葉形。對稱型導(dǎo)葉一般使用于蝸殼具有不完全包角的高比速軸流式水輪機(jī)中；非對稱型導(dǎo)葉一般用于全包角蝸殼，并工作較大開度的低比速軸流式水輪機(jī)和高中比速混流式水輪機(jī)中。（圓柱式）導(dǎo)葉一般采用整鑄，大型機(jī)組中也采用鑄焊結(jié)構(gòu)的。

導(dǎo)葉是導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中重要部件，在形成和改變進(jìn)入轉(zhuǎn)輪水流環(huán)量中起關(guān)鍵作用。導(dǎo)葉分為導(dǎo)葉體和導(dǎo)葉軸徑兩部分。一般為整鑄，大型機(jī)組也采用鑄焊。材質(zhì)一般采用ZG30和ZG20MnSi。為保證導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動靈活，導(dǎo)葉上、中、下三軸要同心，徑向擺度不大于中軸徑公差的一半，導(dǎo)葉體端面與軸線不垂直允許誤差不超過0.15/1000。導(dǎo)葉過流面型線直接影響進(jìn)入轉(zhuǎn)輪水流環(huán)量。導(dǎo)葉頭部及尾部一般為不銹鋼，提高抗汽蝕能力。

導(dǎo)葉套筒及導(dǎo)葉止推裝置

導(dǎo)葉套筒是固定導(dǎo)葉上中軸徑的部件，其結(jié)構(gòu)和材質(zhì)、密封和頂蓋高度有關(guān)。多采用整體圓筒形式，大型機(jī)組中多為分段式的，其優(yōu)點(diǎn)是很好調(diào)整間隙。

導(dǎo)葉止推裝置防止導(dǎo)葉在水壓作用下有上浮力當(dāng)超過導(dǎo)葉自重時，導(dǎo)葉向上抬起，碰撞頂蓋和影響連桿受力。止推壓板一般為鋁青銅。

導(dǎo)葉密封

導(dǎo)葉密封作用有三個，一是減少能量損失，二是調(diào)相運(yùn)行時減少漏氣量，三是減少氣蝕。導(dǎo)葉密封分為立面和端面密封。

導(dǎo)葉軸徑中、下都有密封，軸徑密封時密封圈和導(dǎo)葉軸徑之間水壓貼緊封水。因此套筒上有排水孔。下軸徑的密封主要時防止泥沙進(jìn)入，發(fā)生軸徑磨損。

導(dǎo)葉傳動機(jī)構(gòu)的型式很多，常用的有兩種，一種是叉頭式，其受力情況好，適用于大、中型機(jī)組上。一種是耳柄式，其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，比較適合中小機(jī)組。

耳柄傳動機(jī)構(gòu)，主要由導(dǎo)葉臂、連接板、分半鍵、剪斷銷、軸套、端蓋、耳柄、旋套連桿銷等組成，受力不好，但結(jié)構(gòu)簡單，因此比較適宜中小機(jī)組中。

叉頭傳動機(jī)構(gòu)

叉頭傳動機(jī)構(gòu)主要由導(dǎo)葉臂、連接板、叉頭、叉頭銷、連接螺桿、螺帽、分半鍵、剪斷銷、軸套、端蓋和補(bǔ)償環(huán)等組成

導(dǎo)葉臂和導(dǎo)葉用分半鍵連接，直接傳遞操作力矩。導(dǎo)葉臂上裝有端蓋，用調(diào)節(jié)螺釘把導(dǎo)葉懸掛在端蓋上，由于采用了分半鍵，因此在調(diào)整導(dǎo)葉體上下端面間隙時，導(dǎo)葉上下移動，而其它傳動件位置不受影響。

叉頭傳動機(jī)構(gòu)中，導(dǎo)葉臂與連接板上裝有剪斷銷，如果導(dǎo)葉間因異物卡住，有關(guān)傳動件的操作力將急劇增大，當(dāng)應(yīng)力增加到1.5倍時，剪斷銷首先剪斷，保護(hù)其他傳動件不受損害。

此外，連接板或控制環(huán)與叉頭連接處，為了使連接螺桿保持水平，可以裝補(bǔ)償環(huán)進(jìn)行調(diào)整。連接螺桿兩端螺紋分別為左旋和右旋，以便安裝中調(diào)整連桿長度和導(dǎo)葉開口。

轉(zhuǎn)動部分主要由轉(zhuǎn)輪、主軸、軸承及密封裝置等組成。轉(zhuǎn)輪由上冠、下環(huán)、葉片裝焊而成。水輪機(jī)主軸大多鑄造。導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)型式很多，根據(jù)電站使用條件，有采用水潤滑、稀油潤滑、干油潤滑等幾種類型軸承。一般電站多采用稀油筒式或分塊瓦軸承。

混流式轉(zhuǎn)輪

混流式轉(zhuǎn)輪由上冠、葉片和下環(huán)組成。上冠通常裝有減少漏水損失的止漏環(huán)，減少軸向水推力的減壓裝置，它的上發(fā)蘭面與主軸連接，下部接`泄水錐。下環(huán)也裝有止漏裝置。

軸流式轉(zhuǎn)輪的葉片

軸流式轉(zhuǎn)輪的葉片（轉(zhuǎn)換能量的主要部件）由本體和樞軸兩部分組成，葉片本體和樞軸的連接方式有的采用整鑄（一般轉(zhuǎn)輪直徑在5米以下），有的采用分別鑄造，加工后用螺釘、銷釘?shù)葯C(jī)械零件組合。（一般轉(zhuǎn)輪直徑在5米以上）其采制一般為ZG30和ZG20MnSi。轉(zhuǎn)輪的葉片數(shù)量一般為4、5、6、8。

轉(zhuǎn)輪體

轉(zhuǎn)輪體上裝全部葉片和操作機(jī)構(gòu)，上部與主軸連接，下部接泄水錐，形狀復(fù)雜。通常轉(zhuǎn)輪體采用ZG30和ZG20MnSi整鑄而成。外型多為球型，減少容積損失。轉(zhuǎn)輪體具體結(jié)構(gòu)要根據(jù)接力器布置位置、操作機(jī)構(gòu)的形式而定。其與主軸連接中聯(lián)軸螺釘只承受軸向力，扭矩由沿合縫面的徑向分布的圓柱銷承受。

操作機(jī)構(gòu)

帶操作架直連桿機(jī)構(gòu): 1、葉片轉(zhuǎn)角在中間位置時，轉(zhuǎn)臂水平，連桿垂直。 2、轉(zhuǎn)臂與葉片用圓柱銷傳遞轉(zhuǎn)矩，徑向位置由卡環(huán)定位。 3、連桿分為內(nèi)、外連桿受力均勻。 4、操作架上帶耳柄，便于裝配中調(diào)整，耳柄與操作架配合端面由限位銷，防止耳柄固定時連桿產(chǎn)生偏卡。 5、操作架多采用“工”字形。多數(shù)采用在葉片數(shù)4~6的中小機(jī)組中。

不帶操作架直連桿機(jī)構(gòu): 1、取消操作架，連桿和轉(zhuǎn)臂由接力器活塞直接帶動。大型機(jī)組中。

帶操作架斜連桿機(jī)構(gòu): 1、葉片轉(zhuǎn)角在中間位置時，轉(zhuǎn)臂和連桿都有較大傾斜角。2、增大了接力器行程，葉片數(shù)較多的轉(zhuǎn)輪中。

轉(zhuǎn)輪室

轉(zhuǎn)輪室為全球形鋼板焊接結(jié)構(gòu)，中間易空蝕部位采用不銹鋼制造，以提高抗空蝕能力轉(zhuǎn)輪室具有足夠的剛度，滿足機(jī)組運(yùn)行時轉(zhuǎn)輪葉片與轉(zhuǎn)輪室間隙均勻的要求。我廠制造加工中已經(jīng)形成完善的加工方法：A、數(shù)控立車加工。B、仿形法加工。尾水管直錐段采用鋼板里襯，廠內(nèi)成型，工地組焊 。