轴流式水轮机构造 轴流式水轮机构造 PAGE / NUMPAGES 轴流式水轮机构造 第二节 轴流式水轮机的构造 一、概括 轴流式水轮机与混流式水轮相同属于还击式水轮机， 因为水流进入转轮和走开转轮均是 轴向的， 故称为轴流式水轮机。 轴流式水轮机又分为轴流定桨式和轴流转桨式两种。 轴流式 水轮机用于开发较低水头， 较大流量的水利资源。 它的比转速大于混流式水轮机， 属于高比 转速水轮机。 在低水头条件下， 轴流式水轮机与混流式水轮机对比较拥有较显然的长处， 当 它们使用水头和卖力相同时，轴流式水轮机因为过流能力大（图 2-15），能够采纳较小的转 轮直径和较高的转速， 进而减小了机组尺寸， 降低了投资。 当二者拥有相同的直径并使用在同一水头时，轴流式水轮机能发出更多的效率。 特别是轴流转桨式水轮机，因为转轮叶片和导叶跟着工况的变化形成最优的协联关系， 提升了水轮机的均匀效率， 扩大了运转范围， 获取了稳固的运转特征， 更是值得宽泛使用的一种机型。 图 2-15 轴流式水轮机 1— 1— 1— 转轮接力器活塞； 2—转轮体； 3—转臂； 4—叶片； 5—叶片枢轴； 6—转 轮室 图 2-16 所示是轴流转桨式水轮机的构造图。它的工作过程和混流式水轮机基真相同。水流经压力水管、蜗壳、座环、导叶、转轮、尾水管到下游。与混流式水轮机所不一样的是负 荷变化时， 它不只调理导叶转动， 同时还调理转轮叶片， 使其与导叶转动保持某种协联关系，以保持水轮机在高效区运转。 轴流式水轮机转轮位于转轮室内， 轴流式水轮机转轮主要由转轮体、 叶片、泄水锥等零件构成。轴流转桨式水轮机转轮还有一套叶片操作机构和密封装置。 转轮体上部与主轴连结， 下部连结泄水锥， 在转轮体的四周搁置悬臂式叶片。 在转桨式 水轮机的转轮体内部装有叶片转动机构， 在叶片与转轮体之间安装着转轮密封装置， 用来止 油和止水。 轴流式水轮机宽泛应用于平原河流上的低水头电站，应用水头范围为 3～ 55m，当前最 大应用水头不超出 70m。限制轴流式水轮机最大应用水头的原由是空化和强度双方面的条 件。因为轴流式水轮机的过流能力大。单位流量 Q11 和单位转速 n11 都比较大，转轮中水流 的相对流速比相同直径的混流式转轮中的高，所以它拥有较大的空化系数 。在相同水头 下，轴流式水轮机转轮因为叶片数少， 叶片单位面积上所蒙受的压差较混流式的大， 叶片正 反面的均匀压差较混流式的大， 所以它的空化性能较混流式的差。 所以，在相同水头条件下， 轴流式水轮机比混流式水轮机拥有更小的吸出高度和更深的开挖量。跟着应用水头的增添， 将会使电站的投资大批增添， 进而限制了轴流式水轮机的最大应用水头。 另一方面是因为轴 流式水轮机叶片数较少， 叶片呈悬臂形式，所以强度条件较差。当使用水头增高时，为了保 证足够的强度，就一定增添叶片数和叶片的厚度，为了可以方便地部署下叶片和转动机构， 转轮的轮毂比  d h  dh D1  ，亦要随之增大，这些举措将减少转轮番道的过流断面面积，使得 单位流量 Q11 降落。当达到某一水头时，轴流式水轮机的单位流量甚至比混流式水轮机的还 要小。 这类状况也限制了混流式水轮机应用水头的提升。 但跟着科学技术的发展， 相信轴流式水轮机的应用水头会促进提升。 二、转轮体 轴流式水轮机的转轮体上装有所有叶片和操作机构， 在安置叶片处转轮体的外形有圆柱形和 球形两种。 大中型转桨式水轮机的转轮体多半采纳球形， 它能使转轮体与叶片内缘之间的间 隙在各样转角下都保持不大于 2～ 5mm ，达到减少漏水损失的目标。 此外环形转轮体增大了 搁置叶片处的轮毂直径， 有益于操作机构的部署。 可是相同的轮毂直径下， 球形转轮体减小 了叶片区转轮的过水面积，水流的流速增添，使球形转轮体的空蚀性能比圆柱形差。 圆柱形转轮体其形状简单， 同时水力条件和空蚀性能均比球形转轮体好。 但转轮体与叶 片内缘之间的空隙是依据叶片在最大转角时的地点来确立的， 而当转角减小时， 转轮体与叶 片之间的空隙明显增大， 叶片在中间地点时， 一般空隙达几十毫米， 增添了经过空隙的漏水 量，效率降落，所以圆柱形转轮体的效率低于球形转轮体。 转轮体的详细构造要依据接力器部署与操作机构的形式而定。 小型水轮机转轮， 定桨式 水轮机转轮一般都采纳圆柱形转轮体。 转轮体一般用 ZG30 或 ZG20MnSi 整体锻造， 为了支 承叶片，转轮体开有与叶片数相等的孔， 并在孔中部署叶片轴。跟着工艺、 资料和构造的改 进，转轮体球面直径与转轮直径之比， 即轮毂比 d B d B / D1 慢慢地减少。 转轮体和叶片的安 放角地点，能够按叶片法兰面上 0 标志线°线标志与转轮体轴孔的水平线重 合时，叶片安置角 0 ，与轴孔外圆的弦长 S1 相对应处为 max ，与 S2 相对应处为 max ，见图 2-17 所示，此中： S1 D sin max 2 S2 D sin max 2 (2-5) 图 2-16 ZZ-LH-1130 水轮机 1—转轮室； 2—底环； 3—固定导叶； 4—活动导叶； 5—顶盖； 6—支持盖； 7—连杆； 8—控制环； 9—轴承支架； 10—接力器； 11—安全销； 12—线—冷却器； 17—轴承密封； 18—转轮体； 19—桨叶； 20—桨叶连杆； 21—接力器活塞； 22—泄水锥； 23—主轴； 24、 25—操作油管 图 2-17 叶片安置角地点 三、叶片 轴流式水轮机的比转速nS 450 ~ 1000，跟着比转数的增高， 转速流道的几何形状相 应发生明显的变化。 为了适应水轮机过流量的增大， 同时既要保证水轮机拥有优秀的能量变换能力 和空化性能， 又要保持叶片表面的光滑不产生歪曲， 轴流式转轮撤消了混流式转轮的上冠和 下环， 叶片数量相应减少， 一般为 3~8 片，叶片轴线地点变成水平， 使得转轮番道的过流断 面面积增大，提升了轴流式水轮机的单位流量和单位转速。 轴流式转轮叶片由叶片本体和枢轴两部分构成。 关于尺寸较小的水轮机， 一般采纳整体 轴，因为这样子就能够减少零件数量，锻造、加工、安装的困难也不大。但当水轮机尺寸大时， 采纳分开成叶片本体和枢轴两部分就比较有益。这是因为 (1) 分红叶片本体和枢轴两部分， 每一部分的重量和尺寸都减少了，关于锻造，加工和安装都带来方便。 (2) 因为叶片易受空 蚀破坏，分开的构造可独自地拆卸某个叶片进行检修。 (3) 分开的构造有可能对两个零件采 用不一样的资料， 比如叶片本体采纳不锈钢， 而枢轴采纳优良铸钢。 可是分开构造对转轮的强 度是有所削弱的， 因为为了部署叶片， 枢轴和转臂的连结螺钉， 分件式叶片法兰和枢轴法兰 的外径都要比整体时大（见图 2-18 ），这一弊端关于高水头的转轮可能就是致命的，因为水头高，叶片数量就多，转轮上相邻叶片轴孔之间的宽度原来就很小，假如采纳分开式构造，转轮体就没法知足要求。 图 2-18 叶片枢轴构造 (a) 叶片与枢轴整体； (b) 叶片与枢轴用螺栓连结 1—叶片； 2—枢轴 轴流式转轮的叶片一方面蒙受其正反面水压差所形成的曲折力矩， 另一方面蒙受水流作 用的扭转力矩， 并且要蒙受离心力作用。 受力最大地点在叶片根部， 叶片的断面是外缘薄， 渐渐增厚， 根部断面最厚。叶片根部有一法兰，这是为了叶片与转轮体的配合。叶片本体末 端是枢轴，枢轴上套有转臂。这样，把枢轴插在转轮体内，经过转臂，连上叶片操作机构就 能够转动叶片了。 叶片的材质要求与混流式相同， 当前多采纳 ZG30 或 ZG20MnSi 铸钢，并依据电站运转 条件， 在叶片正面铺焊耐磨资料，反面铺焊抗空蚀资料。 很多电站运转实践表示， 铺焊不如 堆焊成效好。有的机组采纳不锈钢整铸叶片成效更理想。 四、叶片操作机构和接力器 叶片操作机构由接力器、 活塞杆、曲柄连杆机构等零件构成， 安装在转轮体内，用来变 更叶片的转角， 使其与导叶开度相适应， 进而保证水轮机运转在效率较高的地区， 叶片操作 机构是由

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