水轮机基本知识问答

水轮机基本知识问答1．什么是水轮机？答：一种将水能（包括水流的位能、压能和动能）转变为旋转机械能的动力机械。它和发电机共同构成水轮发电机组。2．水轮机的主要工作参数工作水头H、流量Q、出力N、效率、转速n是怎样定义的？答：⑴水轮机工作水头H，是指水轮机进口断面（通常指涡壳进口断面）与水轮机出口断面（通常指尾水管出口断面）的单位能量差，单位为m。它的大小表征水轮机利用水流单位能量的多少，影响水电站的开发方式、机组类型和经济效益。它有如下几个特征水头值：①水轮机的设计水头Hr，是水轮机按额定转速运转时发出额定出力所必需的最小水头。②水轮机的最大水头Hmax，是水轮机运行中允许的最大工作水头。③水轮机的最小水头Hmin，是保证水轮机稳定运行的最小工作水头。⑵水轮机流量，是指单位时间内通过水轮机的水流体积,单位为sm3。⑶①水流出力Ns，是指具有一定水头和流量的水流输入给水轮机的功率，Ns=)kw(QH81.9。②水轮机出力N，是指单位时间内水轮机主轴所输出的功率，单位为kw。③水轮机效率，是指水轮机对水能的有效利用率，=NSN。⑷水轮机转速n，是指水轮机在单位时间内旋转的次数，单位为minr。3．水利机标称直径D1是怎样规定的？答：⑴混流式水轮机D1是指转轮机叶片进水边的最大直径。⑵轴流式和斜流式水轮机D1是指叶片旋转中心线与转轮室表面相交处的转轮室内径。⑶水斗式水轮机D1是指转轮与射流中心线相切处的节圆直径。4．水轮机分为几大类型？反击式水轮机又分为几种型式？其相应的特点怎样？答：根据水流能量转换的特征不同，把水轮机分为两大基本类型：⑴反击式水轮机：利用水流的势能（位能和压能）和动能的水轮机。⑵冲击式水轮机：只利用水流动能的水轮机。反击式水轮机按水流流经转轮的方向及结构特征不同，又分为⑴混流式水轮机（代表符号HL）：水流径向进入转轮，经旋转改变方向，然后转为轴向流出。一般应用在中高水头电站。⑵轴流式水轮机（代表符号ZL）：水流进入和流出这种水轮机的转轮时，都是轴向的。根据叶片在运转中能否转动，又分为：①轴流定浆式水轮机（代表符号ZD）：转轮叶片固定不动。一般应用于水头和负荷变化幅度较小的低水头电站。②轴流转浆式水轮机（代表符号ZZ）：其叶片可绕轮叶轴线旋转，根据负荷变化导叶与轮叶可以按一定协联关系而饶自身轴转动，以适应水流情况，保持效率变化不大。一般应用在负荷变化较大的低水头电站。⑶斜流式水轮机（代表符号XL）：水流流经转轮叶片时是倾斜与轴线某一角度的方向，叶片可以转动，在水头和负荷变化较大时，也能保持较高效率。一般应用在抽水蓄能电站中。⑷贯流式水轮机（代表符号GL）：一种流道呈直线状的卧轴水轮机，水流经水轮机时，是沿轴向“直贯”通过。其结构和特性与轴流式相近，一般应用在潮汐电站中。5．反击式水轮机的主要过流部件有哪些？它们又分为哪些类型？答：反击式水轮机的主要过流部件有四个：⑴引水部件（引水室）：引导并集中水流流入转轮的部件。它按其特征又分为涡壳式（有金属涡壳和混疑土涡壳之分。一般在水头大于40m采用金属涡壳，小于40m采用混疑土涡壳）、明槽式、罐式、灯泡式、竖井式、虹吸式、、轴伸式，常用的为前三种，后四种一般应用在贯流式水轮机中。⑵导水部件：使流入转轮的水流具有所需要的速度方向和大小的导向部件。其按导叶轴的位置和水流流经导叶的方向不同又分为三种型式：①径向式导水部件：导叶轴位于同一个圆柱面上，水流流经导叶的方向是径向的。一般应用在混流式和轴流式水轮机中。②轴向式导水部件：导叶轴位于圆盘上，水流流经导叶的方向是轴向的。一般应用在贯流式水轮机中。③斜向式导水部件：导叶轴位于圆锥面上，水流流经导叶的方向是倾斜主轴方向。一般应用在贯流式和斜流式水轮机中。⑶工作部件：把引入转轮的水流的水能转换为转动刚体机械能的能量部件。其按水流流经转轮轮叶的方向不同又分为三种型式：①混流式转轮。②轴流式转轮，它又分为轴流定浆式转轮和轴流转浆式转轮。③斜流式转轮。⑷尾水管：将转轮流出的水流引向下游，并利用其余能的泄水部件。其按结构形状分为两类：①直锥形尾水管：一般应用在小型水电站中。②弯肘形尾水管：一般应用在大型水电站中。6．水轮机型号编制规则是怎样的？答：⑴水轮机产品型号由三部分组成，各部分之间用“-”分开。⑵型号的第一部分，由水轮机型式及转轮型号组成。①水轮机型式用两个汉语拼音字母表示，其型式代号见表6-1；在水轮机型式代表符号后加“N”表示可逆式水力机械。②转轮型号用阿拉伯数表示，它代表该水轮机转轮的特征比转速。⑶型号第二部分，由两个汉语拼音字母组成，前一个表示主轴布置形式，见表6-2；后一个表示引水室结构特征，见表6-3。⑷型号第三部分，由水轮机标称直径D1（以cm表示）组成；对水斗式水轮机，型号第三部分表示为：设计射流直径喷嘴数作用在每一个转轮上的轮的标称直径水轮轮机转；水斗式水轮机有时在同一轴上装有一个以上转轮，转轮的数目表示在水轮机符号的前面。表6-1水轮机型式代号水轮机型式代号代号混流式HL轴流式ZL轴流定浆式ZD轴流转浆式ZZ切击式（水斗式）QJ双击式SJ斜击式XJ贯流转浆式GZ贯流定浆式GD表6-2主轴布置形式代号主轴布置形式代号立轴L卧轴W表6-3引水室代号引水室特征代号金属涡壳J混疑土涡壳H灯泡式P明槽式M罐式G竖井式S虹吸式H轴伸式Z7．混流式水轮机通流部件有哪些？它们相互位置关系如何？答：按水流流经部件的次序，混流式水轮机通流部件有涡壳，座环，导叶，顶盖，底环，转轮，尾水管。它们相互位置关系：涡壳为最外层，从四周包围着座环，并与座环的上、下环相连接。座环上下环之间均布着能承重的固定导叶。顶盖放置在座环的上下内法兰上，底环放置在下换法兰上。顶盖和底环上下相对构成环形过流通道。通道内均布着若干个活动导叶以调节流量。活动导叶下轴径放置在底环预留的轴孔中，活动导叶上半段轴穿过顶盖预留孔，与顶盖上面导叶传动机构相连接。座环下端通过基础环与尾水管上端相连接。顶盖之下，尾水管之上是转轮，转轮四周被活动导叶所包围。8．座环的作用是什么？它由哪几种构件组成？答：座环的作用是：⑴水轮机的承重部件；⑵水轮机的通流部件；⑶水轮机的安装基准件。座环由上环、固定导叶和下环三种构件组成。9．导水机构有哪些部件组成？其导叶传动机构的主要零部件有哪些？答：导水机构有顶盖、底环、导叶、导叶臂、连杆、控制环和接力器等部件组成。导叶传动机构主要零部件有控制环、连杆、导叶臂、分半键、剪断销、叉头（或耳柄）、连接螺杆（或旋套）。10．混流式水轮机顶盖的作用是什么？答：顶盖位于导叶和转轮上方，它的作用是：⑴与底环一起形成导水机构的流道；⑵支持导叶套筒及导叶传动机构；⑶其上要安装导轴承及其它附属装置。11．导叶的立面间隙和端面间隙是如何调整的？答：导叶立面间隙的调整，是通过导叶传动装置的补偿元件加以调整。对于叉头式传动机构，补偿元件是调整螺杆（或现配偏心销轴）；对于耳柄式传动机构，补偿元件是旋套。导叶端面简隙的调整，是通过导叶轴颈顶端上的调节螺钉。12．导水机构常用的安全装置是什么？其工作原理如何？答：导水机构常用的安全装置是剪断销。其中部做成薄弱的断面，在正常调节导叶传动时，剪断销有足够的强度传递操作力矩。当关小（或闭）导叶时，若有异物卡在导叶之间，所需操作力矩急剧增加，当操作力增大到正常应力的1.5倍时，剪断销被剪断，被卡住的导叶失去控制，而其它导叶继续向关闭方向运动。剪断销的中心孔内装有信号装置，当剪断销被剪断时发出信号。13．混流式水轮机常用的接力器有哪几种型式？答：按接力器缸的形式，混流式水轮机常用的接力器可分为两种：⑴直缸接力器，其又可分为单导管直缸型、双导管直缸型、小直缸型和摇摆式等型式。⑵环形缸接力器，其又可分为活塞动和缸动两种型式。14．混流式转轮式由哪些构件组成？能量转换是在哪个构件上进行的？答：混流式转轮由上冠、叶片、下环、泄水锥、止漏环和减压装置组成。能量转换是在叶片上进行的。15．混流式转轮的结构型式有哪几种？各有什么特点？答：混流式转轮的结构型式有三种：⑴整铸转轮：上冠、叶片和下环一起整体浇铸成型的转轮。一般采用铸铁或碳钢；为了跳高转轮的强度、抗磨和抗气蚀性能，也可采用高强度的低合金钢。其主要用于低水头的小型转轮。⑵铸焊转轮：上冠、叶片和下环分别铸造，然后按技术要求焊接成转轮整体。叶片单独加工，且采用抗气蚀、耐磨损的材料，转轮水力性能好。其被广泛采用。⑶压模铸焊转轮：将叶片用钢板在模具中压制成型，上冠、下环分别铸造，然后焊接成整体。此种结构具有铸焊结构的特点，又可避免叶片型线加工的困难，制造中小型转轮应用较多。16．混流式水轮机的止漏环有几种型式？特点怎样？答：混流式水轮机的止漏环有三种型式：⑴间隙式止漏环：它是以动件与不动件之间形成很小的直通间隙以减少漏水，其间隙1D001.0。其结构简单，与转轮的同心度高，制造、安装和测量方便，抗磨性能好。但止漏效果较差，一般用于低水头或多泥沙的水电站，水头较高时常与梳齿式配合使用。⑵迷宫式止漏环：它是由一系列突然扩大和收缩断面的间隙组成，利用增大局部阻力减少漏水量，止漏效果好。间隙1D0005.0。这种止漏环的安装精度较高，一般用于中低水头、水质较清洁的电站。⑶梳齿式止漏环：它的转动部分和固定部分呈犬牙交错配合，形成若干直角转弯的间隙，使水流方向和过水断面大小发生变化以增大阻力而减少漏水。它通常水平安放，水平间隙mm2~1，轴向间隙h1，h为抬机高度。梳齿式止漏环的止漏效果好，但与转轮的同心度不易保证，间隙不易测量，安装不方便。这种结构多用于中、高水头的水轮机。16．混流式水轮机的减压装置起什么作用？常用的减压装置有哪些？答：混流式水轮机的减压装置的作用是减小转轮轴向水推力。常用的减压装置有两种：⑴引水板与泄水孔；⑵均压管和泄水孔。17．混流式水轮机主轴有哪几种型式？适用什么场合？答：混流式水轮机主轴有两种型式：⑴单法兰：①常为实心阶梯轴，无法兰一端开有键槽，用键与转轮连接传递扭矩。法兰端开有止口，用与发电机轴法兰盘对中心。法兰盘用螺栓连接。这种型式常用于中小型卧式水轮机。②对大中型伞式机组，主轴不分段，可少用一对法兰，单法兰用于与水轮机连接，轴身为中空的。⑵双法兰：一端与转轮相连，一端与发电机相连。中小型水轮机常用实心轴，大中型水轮机采用空心轴，即能减轻重量，由布影响轴的强度和刚度。18．混流式水轮机分块瓦式导轴承和圆筒式导轴承的结构特点怎样？答：分块瓦式导轴承的结构特点：⑴主轴带有轴领；⑵轴瓦是分块的。圆筒式导轴承的结构特点：⑴轴承合金直接浇铸在轴承体上，没有分块轴瓦，轴承体根据轴承尺寸和工艺的可能性，分成两半或更多，安装时组合成整体，形成整体的轴瓦；⑵具有和轴一起旋转的下油箱和固定的上油箱。19．卧式水轮机的轴承要承受几种力？答：卧式机组导轴承既要承受机组旋转径向力，还要承受旋转部分重量。20．混流式主轴密封有哪些型式？答：按其工作方式分为两类：⑴一类是在水轮机正常运行时起封水作用的密封，称工作密封，其结构型式有填料函式、橡胶平板式和端面式等型式；⑵另一类是下游水位高于导轴承的水轮机，在停机、导轴承或密封装置检修时起封水作用的密封，称为检修密封，其结构型式有机械式、围带式和抬机式等。21．混流式水轮机补气装置的作用是什么？常见的补气方式有几种？答：混流式水轮机在低负荷（40%～70%额定出力）时运行，微水管中出现涡带和压力脉动，也使气蚀加剧，此时补入适量的空气，可以增加水的弹性减轻机组的振动，改善水轮机的运行状态。常见的补气方式有两种型式：⑴轴心孔补气；⑵尾水管补气。22．混流式水轮机的紧急真空破环阀起什么作用？常见的型式有几种？答：当机组事故紧急关闭导水机构时，由于水流的惯性作用，在转轮室内产生很大的真空，而引起很大的冲击力，甚至出现抬机现象。在这种紧急状态下，向转轮室补入空气破坏真空，减小冲击力和抬机高度，以保护机组结构不致遭受破坏。常见的型式有强迫式和自吸式两种。23．轴流式水轮机结构和混流式水轮机结构的主要区别有哪些？答：两者主要区别有以下几点：⑴