第五章+反击式水轮机的基本结构(一).pdf
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1、第五章第五章第五章第五章反击式水轮机的基本结构反击式水轮机的基本结构反击式水轮机的基本结构反击式水轮机的基本结构 第一节第一节第一节第一节混流式水轮机的基本结构混流式水轮机的基本结构混流式水轮机的基本结构混流式水轮机的基本结构 混流式水轮机应用水头范围很广:混流式水轮机应用水头范围很广:混流式水轮机应用水头范围很广:混流式水轮机应用水头范围很广:20700m20700m20700m20700m。 优点:优点:优点:优点:结构简单,制造安装方便,运行可靠,且有较结构简单,制造安装方便,运行可靠,且有较结构简单,制造安装方便,运行可靠,且有较结构简单,制造安装方便,运行可靠,且有较 高的效率和较低
2、的空蚀系数。高的效率和较低的空蚀系数。高的效率和较低的空蚀系数。高的效率和较低的空蚀系数。 进水部件:进水部件:进水部件:进水部件:具有钢板里具有钢板里具有钢板里具有钢板里 衬的蜗壳;衬的蜗壳;衬的蜗壳;衬的蜗壳; 座环支柱:座环支柱:座环支柱:座环支柱:也称固定导也称固定导也称固定导也称固定导 叶,数量通常为导叶数一叶,数量通常为导叶数一叶,数量通常为导叶数一叶,数量通常为导叶数一 半。其上、下具有坚固的半。其上、下具有坚固的半。其上、下具有坚固的半。其上、下具有坚固的 上环和下环。上环和下环。上环和下环。上环和下环。 导水机构导叶:导水机构导叶:导水机构导叶:导水机构导叶:布置在布置在布置
3、在布置在 转轮四周。转轮四周。转轮四周。转轮四周。 HL200HL200HL200HL200- - - -LJLJLJLJ- - - -550550550550水轮机剖面图水轮机剖面图水轮机剖面图水轮机剖面图 1 1 1 1固定导叶;固定导叶;固定导叶;固定导叶;2 2 2 2导叶;导叶;导叶;导叶;3 3 3 3底环;底环;底环;底环;4 4 4 4顶盖;顶盖;顶盖;顶盖;5 5 5 5套筒;套筒;套筒;套筒;6 6 6 6螺钉;螺钉;螺钉;螺钉;7 7 7 7主轴法兰;主轴法兰;主轴法兰;主轴法兰;8 8 8 8主轴;主轴;主轴;主轴; 9 9 9 9上冠;上冠;上冠;上冠;1010101
4、0下环;下环;下环;下环;11111111叶片;叶片;叶片;叶片;12121212转臂;转臂;转臂;转臂;13131313连杆;连杆;连杆;连杆;14141414控制环;控制环;控制环;控制环;15151515推拉杆;推拉杆;推拉杆;推拉杆; 16161616接力器;接力器;接力器;接力器;17171717导轴承;导轴承;导轴承;导轴承;18181818泄水锥;泄水锥;泄水锥;泄水锥;19191919上,下迷宫环;上,下迷宫环;上,下迷宫环;上,下迷宫环;20202020减压孔减压孔减压孔减压孔 一、混流式水轮机转轮一、混流式水轮机转轮 转轮:转轮:转轮:转轮:将水能转变成机械能的核心部件。将
5、水能转变成机械能的核心部件。将水能转变成机械能的核心部件。将水能转变成机械能的核心部件。 直接决定水轮机的直接决定水轮机的直接决定水轮机的直接决定水轮机的过流能力,水力效率,过流能力,水力效率,过流能力,水力效率,过流能力,水力效率, 空蚀性能,工况稳定性空蚀性能,工况稳定性空蚀性能,工况稳定性空蚀性能,工况稳定性等工作性能。等工作性能。等工作性能。等工作性能。 应满足:应满足:应满足:应满足:水力设计的型线有足够的强度和刚水力设计的型线有足够的强度和刚水力设计的型线有足够的强度和刚水力设计的型线有足够的强度和刚 度,具备抗空蚀损坏,耐泥沙磨损的性能。度,具备抗空蚀损坏,耐泥沙磨损的性能。度,
6、具备抗空蚀损坏,耐泥沙磨损的性能。度,具备抗空蚀损坏,耐泥沙磨损的性能。 主要部件:主要部件: 1 1 1 1 减减减减压装置;压装置;压装置;压装置;2 2 2 2、6 6 6 6止漏环;止漏环;止漏环;止漏环;3 3 3 3上冠;上冠;上冠;上冠; 4 4 4 4叶片;叶片;叶片;叶片;5 5 5 5泄水锥;泄水锥;泄水锥;泄水锥;7 7 7 7下环下环下环下环 1 1 1 1转轮上冠转轮上冠转轮上冠转轮上冠 上冠作用:上冠作用:上冠作用:上冠作用:支承叶片;与下环构成过流通道。支承叶片;与下环构成过流通道。支承叶片;与下环构成过流通道。支承叶片;与下环构成过流通道。 上冠形似圆锥体,上部
7、中间为上冠法兰,与主轴相上冠形似圆锥体,上部中间为上冠法兰,与主轴相上冠形似圆锥体,上部中间为上冠法兰,与主轴相上冠形似圆锥体,上部中间为上冠法兰,与主轴相 连连;下面固定有泄水锥,在上冠上固定有均匀分布连连;下面固定有泄水锥,在上冠上固定有均匀分布连连;下面固定有泄水锥,在上冠上固定有均匀分布连连;下面固定有泄水锥,在上冠上固定有均匀分布 的叶片。的叶片。的叶片。的叶片。 上 冠 法 兰上 冠 法 兰上 冠 法 兰上 冠 法 兰 外围开有减外围开有减外围开有减外围开有减 压孔,在其压孔,在其压孔,在其压孔,在其 外侧面装有外侧面装有外侧面装有外侧面装有 减压装置。减压装置。减压装置。减压装置
8、。 上冠流线:上冠流线:上冠流线:上冠流线:直线形、曲线形直线形、曲线形直线形、曲线形直线形、曲线形。 直线型:直线型:直线型:直线型:具有较好工艺性,但效率特别在负荷超过最具有较好工艺性,但效率特别在负荷超过最具有较好工艺性,但效率特别在负荷超过最具有较好工艺性,但效率特别在负荷超过最 优工况时低于曲线型上冠。优工况时低于曲线型上冠。优工况时低于曲线型上冠。优工况时低于曲线型上冠。 曲线型:曲线型:曲线型:曲线型:可增加转轮流道在出口附近的过水断面积,可增加转轮流道在出口附近的过水断面积,可增加转轮流道在出口附近的过水断面积,可增加转轮流道在出口附近的过水断面积, 增加单位流量。上冠曲线倾斜
9、角越小单位流量越大。增加单位流量。上冠曲线倾斜角越小单位流量越大。增加单位流量。上冠曲线倾斜角越小单位流量越大。增加单位流量。上冠曲线倾斜角越小单位流量越大。 转轮上冠曲线形状转轮上冠曲线形状 2 2 2 2转轮叶片转轮叶片转轮叶片转轮叶片 叶片作用:叶片作用:叶片作用:叶片作用:直接将水能转换为机械能。直接将水能转换为机械能。直接将水能转换为机械能。直接将水能转换为机械能。 叶片断面形状为叶片断面形状为叶片断面形状为叶片断面形状为翼形,翼形,翼形,翼形,叶片数对水力性能有显著的叶片数对水力性能有显著的叶片数对水力性能有显著的叶片数对水力性能有显著的 影响,随比速影响,随比速影响,随比速影响,
10、随比速NsNsNsNs不同在不同在不同在不同在921921921921的范围内:的范围内:的范围内:的范围内: Ns 叶片数叶片数 混流式转轮比转速与叶片数关系表混流式转轮比转速与叶片数关系表 叶片上端与上冠相连,下端与下环连成一个整体。叶片上端与上冠相连,下端与下环连成一个整体。叶片上端与上冠相连,下端与下环连成一个整体。叶片上端与上冠相连,下端与下环连成一个整体。 增加叶片数可增加转轮的强度和钢度,因此当水轮机增加叶片数可增加转轮的强度和钢度,因此当水轮机增加叶片数可增加转轮的强度和钢度,因此当水轮机增加叶片数可增加转轮的强度和钢度,因此当水轮机 应用水头提高时转轮叶片数亦相应增加。应用水
11、头提高时转轮叶片数亦相应增加。应用水头提高时转轮叶片数亦相应增加。应用水头提高时转轮叶片数亦相应增加。 叶片厚度在流道中排挤过流空间,叶片数增加,必叶片厚度在流道中排挤过流空间,叶片数增加,必叶片厚度在流道中排挤过流空间,叶片数增加,必叶片厚度在流道中排挤过流空间,叶片数增加,必 然减小过水断面面积,致使转轮单位流量减小。然减小过水断面面积,致使转轮单位流量减小。然减小过水断面面积,致使转轮单位流量减小。然减小过水断面面积,致使转轮单位流量减小。 叶片数不同时效率与单位流量的关系曲线叶片数不同时效率与单位流量的关系曲线叶片数不同时效率与单位流量的关系曲线叶片数不同时效率与单位流量的关系曲线 单
12、位流量单位流量 效 率 效 率 14 14 14 14 14 14 17 17 17 17 17 17 叶片数对汽蚀性能的影响:叶片数对汽蚀性能的影响:叶片数对汽蚀性能的影响:叶片数对汽蚀性能的影响: 增加叶片数:增加叶片数:增加叶片数:增加叶片数:在叶片长度不变的情况下,意味增加转在叶片长度不变的情况下,意味增加转在叶片长度不变的情况下,意味增加转在叶片长度不变的情况下,意味增加转 轮叶栅稠密度,即增加叶片的总面积,从而降低单位轮叶栅稠密度,即增加叶片的总面积,从而降低单位轮叶栅稠密度,即增加叶片的总面积,从而降低单位轮叶栅稠密度,即增加叶片的总面积,从而降低单位 面积叶片负荷,降低叶片正背
13、面压差,这将改善汽蚀面积叶片负荷,降低叶片正背面压差,这将改善汽蚀面积叶片负荷,降低叶片正背面压差,这将改善汽蚀面积叶片负荷,降低叶片正背面压差,这将改善汽蚀 性能。因混流式转轮叶栅的稠密度本来就较大,所以性能。因混流式转轮叶栅的稠密度本来就较大,所以性能。因混流式转轮叶栅的稠密度本来就较大,所以性能。因混流式转轮叶栅的稠密度本来就较大,所以 因叶片数增加使汽蚀得到的改善并不显著。因叶片数增加使汽蚀得到的改善并不显著。因叶片数增加使汽蚀得到的改善并不显著。因叶片数增加使汽蚀得到的改善并不显著。同时增加同时增加同时增加同时增加 叶片数,必然引起叶片对流道的排挤增加,流道中流叶片数,必然引起叶片对
14、流道的排挤增加,流道中流叶片数,必然引起叶片对流道的排挤增加,流道中流叶片数,必然引起叶片对流道的排挤增加,流道中流 速增加,又使得空化性能变坏。速增加,又使得空化性能变坏。速增加,又使得空化性能变坏。速增加,又使得空化性能变坏。 叶片数增加对汽蚀性能的影响要看哪个因素起主要叶片数增加对汽蚀性能的影响要看哪个因素起主要叶片数增加对汽蚀性能的影响要看哪个因素起主要叶片数增加对汽蚀性能的影响要看哪个因素起主要 作用而定,作用而定,作用而定,作用而定,没有一定规律。没有一定规律。没有一定规律。没有一定规律。 下环形状及转轮出口直径下环形状及转轮出口直径下环形状及转轮出口直径下环形状及转轮出口直径D
15、D D D 2 2 2 2 ,影响转轮出口过水断面,影响转轮出口过水断面,影响转轮出口过水断面,影响转轮出口过水断面 面积,影响转轮面积,影响转轮面积,影响转轮面积,影响转轮过水能力过水能力过水能力过水能力及及及及汽蚀性能汽蚀性能汽蚀性能汽蚀性能。 低比转速转轮下环呈曲线形,低比转速转轮下环呈曲线形,低比转速转轮下环呈曲线形,低比转速转轮下环呈曲线形,D D D D 2 2 2 2 /D/D/D/D 1 1 1 1 值小于值小于值小于值小于1 1 1 1,单位流,单位流,单位流,单位流 量小。由于叶片较长,叶片单位面积上的负荷较小,量小。由于叶片较长,叶片单位面积上的负荷较小,量小。由于叶片较
16、长,叶片单位面积上的负荷较小,量小。由于叶片较长,叶片单位面积上的负荷较小, 空化系数减少。对空化系数减少。对空化系数减少。对空化系数减少。对 n n n n s s s s =60=60=60=60 120120120120 的低比转速转轮,的低比转速转轮,的低比转速转轮,的低比转速转轮, D D D D2 2 2 2 /D/D/D/D 1 1 1 1 =0.60.7=0.60.7=0.60.7=0.60.7时具有良好的汽蚀性能和效率。时具有良好的汽蚀性能和效率。时具有良好的汽蚀性能和效率。时具有良好的汽蚀性能和效率。 3 3 3 3转轮下环转轮下环转轮下环转轮下环 作用:作用:作用:作用:
17、增加转轮的强度和刚度;与上冠形成过流通道增加转轮的强度和刚度;与上冠形成过流通道增加转轮的强度和刚度;与上冠形成过流通道增加转轮的强度和刚度;与上冠形成过流通道 Ns=60 Ns=265 Ns=400 比转速较高的混流式转轮,下环常采用具有锥角的比转速较高的混流式转轮,下环常采用具有锥角的比转速较高的混流式转轮,下环常采用具有锥角的比转速较高的混流式转轮,下环常采用具有锥角的 直线形。锥角直线形。锥角直线形。锥角直线形。锥角越大出水截面积越大,可提高过流能越大出水截面积越大,可提高过流能越大出水截面积越大,可提高过流能越大出水截面积越大,可提高过流能 Ns=60 Ns=265 Ns=106 N
18、s=325 Ns=190 Ns=400 力和改善汽蚀性能,但力和改善汽蚀性能,但力和改善汽蚀性能,但力和改善汽蚀性能,但 锥角过大会引起脱流,锥角过大会引起脱流,锥角过大会引起脱流,锥角过大会引起脱流, 使水力损失增大、效率使水力损失增大、效率使水力损失增大、效率使水力损失增大、效率 下降。下降。下降。下降。 (1)(1)(1)(1) 下环锥角下环锥角下环锥角下环锥角 加大,曲线均右加大,曲线均右加大,曲线均右加大,曲线均右 移。最高效率移移。最高效率移移。最高效率移移。最高效率移 向 较 大 流 量 区向 较 大 流 量 区向 较 大 流 量 区向 较 大 流 量 区 域,而在小于最域,而在
19、小于最域,而在小于最域,而在小于最 优工况的低负荷优工况的低负荷优工况的低负荷优工况的低负荷 区效率下降。区效率下降。区效率下降。区效率下降。 转轮长期在部转轮长期在部转轮长期在部转轮长期在部 分负荷下工作,分负荷下工作,分负荷下工作,分负荷下工作, 则锥角则锥角则锥角则锥角不宜太不宜太不宜太不宜太 大,以免平均运大,以免平均运大,以免平均运大,以免平均运 行效率下降。行效率下降。 1 1 1 1=3=3=3=3;2 2 2 2=6=6=6=6;3 3 3 3=13=13=13=13 行效率下降。行效率下降。 (2)(2)(2)(2)下环锥角下环锥角下环锥角下环锥角由由由由3 3 3 3 o
20、o o o 增加到增加到增加到增加到6 6 6 6 o o o o ,在不改变水轮机最高效,在不改变水轮机最高效,在不改变水轮机最高效,在不改变水轮机最高效 率情况下,可使单位流量增加率情况下,可使单位流量增加率情况下,可使单位流量增加率情况下,可使单位流量增加2.5%2.5%2.5%2.5%,出力增加,出力增加,出力增加,出力增加2%2%2%2%左右。左右。左右。左右。 当锥角当锥角当锥角当锥角角由角由角由角由6 6 6 6 o o o o 增至增至增至增至13131313 o o o o 时,虽时,虽时,虽时,虽 然单位流量和然单位流量和然单位流量和然单位流量和 单位出力单位出力单位出力单
21、位出力 增加增加增加增加 较多,但最高较多,但最高较多,但最高较多,但最高 效 率 开 始 下效 率 开 始 下效 率 开 始 下效 率 开 始 下 降。因而锥角降。因而锥角降。因而锥角降。因而锥角 不宜过大:不宜过大:不宜过大:不宜过大: 小于小于小于小于13131313 o o o o 。 1 1 1 1=3=3=3=3;2 2 2 2=6=6=6=6;3 3 3 3=13=13=13=13 。 (3)(3)(3)(3)下环锥角增加能使汽蚀系数下降,改善汽蚀性能。下环锥角增加能使汽蚀系数下降,改善汽蚀性能。下环锥角增加能使汽蚀系数下降,改善汽蚀性能。下环锥角增加能使汽蚀系数下降,改善汽蚀性
22、能。 原因:原因:原因:原因:角加大后增加了转轮出口附近的过水截面积,角加大后增加了转轮出口附近的过水截面积,角加大后增加了转轮出口附近的过水截面积,角加大后增加了转轮出口附近的过水截面积, 降低了流速。降低了流速。降低了流速。降低了流速。 不同下环锥角,汽蚀系数与单位流量关系曲线不同下环锥角,汽蚀系数与单位流量关系曲线不同下环锥角,汽蚀系数与单位流量关系曲线不同下环锥角,汽蚀系数与单位流量关系曲线 1 1 1 1=3=3=3=3;2 2 2 2=6=6=6=6 下环锥角下环锥角 比转速比转速 水头(m)水头(m) 转轮下环锥角与比转速的关系转轮下环锥角与比转速的关系 D2/D1D2/D1 比
23、转速比转速 转轮出、进口直径比与比转速的关系转轮出、进口直径比与比转速的关系 4 4 4 4泄水锥泄水锥泄水锥泄水锥 作用:作用:作用:作用:引导经叶片流道流出的水流迅速而顺畅的向下引导经叶片流道流出的水流迅速而顺畅的向下引导经叶片流道流出的水流迅速而顺畅的向下引导经叶片流道流出的水流迅速而顺畅的向下 渲泄,防止水流相互撞击,以减少水力损失,提高水渲泄,防止水流相互撞击,以减少水力损失,提高水渲泄,防止水流相互撞击,以减少水力损失,提高水渲泄,防止水流相互撞击,以减少水力损失,提高水 轮机效率。轮机效率。轮机效率。轮机效率。 外形呈倒锥体,有外形呈倒锥体,有外形呈倒锥体,有外形呈倒锥体,有铸造
24、、钢板焊接铸造、钢板焊接铸造、钢板焊接铸造、钢板焊接。 (1)(1)(1)(1)里面空心,下面里面空心,下面里面空心,下面里面空心,下面 或外侧开口,以便或外侧开口,以便或外侧开口,以便或外侧开口,以便 排除通过止漏环的排除通过止漏环的排除通过止漏环的排除通过止漏环的 漏水及橡胶导轴承漏水及橡胶导轴承漏水及橡胶导轴承漏水及橡胶导轴承 的润滑水。的润滑水。的润滑水。的润滑水。 (2)(2)(2)(2)主轴的中心补气主轴的中心补气主轴的中心补气主轴的中心补气 和转轮顶盖补气。和转轮顶盖补气。和转轮顶盖补气。和转轮顶盖补气。 二、止漏装置二、止漏装置 转轮密封:转轮密封:转轮密封:转轮密封:水轮机工
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