一、贯流式水轮机的特点
贯流式水轮机是开发低水头水力资源的一种机组，适用于25m以下的水头。这种机型流道呈直线状，是一种卧轴水轮机，转轮形状与轴流式相似，也有定桨和转桨之分，由于水
流在流道内基本上沿轴向运动不拐弯，因此较大的提高了机组的过水能力和水力效率。
此外，与其它机型相比，它还有其它一些显著特点：
（1）从进水到出水方向轴向贯通形状简单，过流通道的水力损失减小，施工方便，另外它效率较高，其尾水管恢复功能可占总水头的40%以上。
（2）贯流式机组有较高的过流能力和比转速。
（3）贯流式水轮机适合作可逆式水泵水轮机运行，由于进出水流道没有急转弯，使水泵工况和水轮机工况均能获得较好的水力性能。如应用于潮汐电站上可具有双向发电，双向抽水和双向泄水等六种功能，很适合综合开发利用低水头水力资源，另外在一般平原地区的排灌站上可作为可逆式水泵水轮机运行，应用范围比较广泛。
（4）贯流式水电站一般比立轴的轴流式水电站建设周期短、投资小、收效快、淹没移民少，电站靠近城镇，有利于发挥地区兴建电站的积极性。
二、贯流式水轮机的分类
根据贯流式水轮机机组布置形式的不同可将其划分为以下几种形式：
1．轴伸贯流式
这种贯流式水轮发电机组基本上采用卧式布置，水流基本上沿轴向流经叶片的进出口，
出叶片后，经弯形（或称S形）尾水管流出，水轮机卧式轴穿出尾水管与发电机大轴连接，发电机水平布置在厂房内。
轴伸贯流式机组按主轴布置方式可分成前轴伸、后轴伸和斜轴伸等几种，如图7-1所示。这种贯流式机组与轴流式相比没有蜗壳、肘形尾水管，土建工程量小，发电机敞开布置，易于检修、运行和维护。但这种机组由于采用直弯尾水管，尾水能量回收效率较低，机组容量大时不仅效率差，而且轴线较长，轴封困难，厂房噪音大都将给运行检修带来不方便。所以一般只用于小型机组。
2．竖井贯流式
这种机组主要特点是将发电机布置在水轮机上游侧的一个混凝土竖井中，发电机与水轮机的连接通过齿轮或皮带等增速装置连在一起如图7-2所示。
图7-1 轴伸贯流式水轮机组剖面图
(b、后伸轴；)
(a、前伸轴；)
)
(c、斜伸轴
该机组除具有一般贯流式水轮机的优点外，因发电机和增速装置布置在开敞的竖井内，通风、防潮条件良好，运行和维护方便，机组结构简单，造价低廉。例如福建省幸福洋潮汐电站建于80年代末，采用竖井式机组，单位千瓦投资为2107元。如果采用灯泡式机组，单位千瓦投资将达到4760元，是竖井式的2. 26倍。由于竖井式具有以上优点，所以广泛应用于小型电站机组上。这种机组的缺点为因竖井的存在把进水流道分成两侧进水，增加了引水流道的水力损失，一般竖井式机组的水力效率比灯泡式的要降低3%左右，如果要作为反向发电，其效率下降更多。单机容量较大时,一般不采用此种机组，以采用灯泡贯流式机组
为宜。
图7-2 竖井贯流式机组剖面图
3．灯泡贯流式
这种机组的发电机密封安装在水轮机上游侧一个灯泡型的金属壳体中，发电机主轴与水轮机转轮水平连接。水流基本上轴向通过流道，轴对称流过转轮叶片，然后流出直锥形尾水管，参见图1-11所示。机组的轴系支承结构、导轴承、推力轴承都布置在灯泡体内。由于贯流式机组水流畅直，水力效率比较高，有较大的单位流量和较高的单位转速，在同一水头，同一出力下，发电机与水轮机尺寸都较小，从而缩小了厂房尺寸，减少土建工程量。但是发电机装在水下密闭的灯泡体内，给电机的通风冷却、密封、轴承的布置和运行检修带来困难，对电机的设计制造提出了特殊要求，增加了造价。即使如此它与立式轴流式机组相比仍具有明显的优点。灯泡式机组虽然是一种新型机组，但近20年来也积累了许多成功的经验，并逐渐向较高水头和较大容量发展，在国内外得到了广泛应用。
4．全贯流式
这种机组采用卧式布置，发电机的转子磁极与水轮机的转轮叶片合为一体，发电机磁极直接安装在水轮机叶片的边缘上，密封隔离磁极与流道内的水流，防止渗漏，参见图1-8。
该机型主要特点为：取消了水轮机与发电机的传动轴，缩短了轴线尺寸，结构紧凑，厂房尺寸减小，使整个工程造价降低，而且增大了机组的转动惯量，有利于机组的稳定运行。但叶片与发电机转子连接结构比较特殊，制造工艺要求很高，转子轮缘密封复杂且不可靠。虽然在上世纪五十年代就出现了这样的机组，但至今未得推广。当前某些外国公司，在密封结构型式和材料等方面的研制工作已取得进展，并已将这种机型应用在某些大型潮汐水电站上。目前，我国对全贯流式水轮机尚处于试验研究阶段。
5．其它形式
贯流式水轮机除了以上几种型式外，还有明槽式和虹吸式等。其特点类似于轴伸式水轮机：容量不大，应用水头较低，机组结构简单，发电机布置在水面以上，运行、安装、检修较为方便。同轴伸贯流式机组一样，通常只用于小型水电站上。
灯泡贯流式水轮机适用水头范围广，效率高，较其它类型贯流式机组有突出的优点，因而在国内外得到广泛应用，当前国内已有大型机组出现。
灯泡贯流式机组的结构比较复杂，其总体布置大致有两种布置方式：一是以管形壳为主要支撑的布置方式；二是以水轮机固定导叶（座环）为主要支撑的布置方式。两种方式各有特点，现分别予以叙述。
1、以管形壳为主要支撑的布置方式
如图7-3所示，以管形壳为主要支撑方式的布置，整台机组的受力主要通过管形壳传递至厂房基础。发电机灯泡头下的球面支承主要是用来平衡灯泡头定子部分所引起的浮力。发电机定子两侧的支座是为了防止机组在运行中引起振动。整台机组以两支点为主要方式，即水轮机端通过水导轴承，发电机端通过组合轴承将机组转动部分的受力传递至管形壳，再传至厂房基础。发电机灯泡头下的球面支承允许发电机灯泡头和定子有微小的位移，一般为 mm。
1
由图7-3可知，灯泡体内的水轮机端，可由管形壳内爬梯进人。灯泡体内的发电机端可由发电机进人孔进入。由于灯泡头允许有微小的移动，故发电机进人孔与发电机盖板之间的结构也是允许进人孔的竖井可以有微小的移动。
发电机下盖板为多孔结构，主要是增加在水流通过时的阻力。也就是当机组关机所形成的水锤，通过多孔结构的减压，使发电电机盖板的结构可以轻巧一些。
机组安装时，灯泡头和发电机定子转子等可以从发电机盖板孔中吊入。
机组主轴（包括组合轴承和导轴承）、转轮等均可从转轮室打开后吊入。
图7-3灯泡式水轮机组总图
1-内管形壳；2-外管形壳；3-前锥体；4-人孔管；5-框架；6-盖板；7-导水板；8-导流板；9-排水阀；10-转轮室；11-吸出管；12-外配水环；13-内配水环；14-导水锥；15-导叶外轴承；16-导叶内轴承；17-拐臂；18、19-连杆；20-控制环；21-关闭重锤；22-转轮体；23-叶片；24-泄水锥；25-轴承支持环；26-组合轴承；27-转轮侧导轴承；28-叶片回复装置；29-受油器；30-发电机定子；31-转子；32-冷却套；33-灯泡头；34-中间台板；35-人孔；36-梯子；37-膨胀水箱；38-基础支撑；39-出人通道；40-导风洞；41-扇形隔板；42-油箱；
43-排水管
机组检修时，上游流道内的水可通过打开排水阀经排水管排至集水廊道。下游尾水管内的积水也可通过排水管排至集水廊道。
2、以固定导叶（座环）为主要支撑的布置方式
由图7-4所示，灯泡机组主要通过固定导叶（座环）将转动部分、定子等的受力传至厂房基础。发电机灯泡头（机壳体）的受力由发电机进入孔（上支柱）和下支柱来承受。其组合轴承双向推力轴承和发电机导轴承所承受的力，可由拉杆直接传至厂房基础。其受油器位于发电机转子与转轮之间，因而需设发电机轴和水轮机轴。
图7-4 以固定导叶（座环）为主要支撑的灯泡贯流机组1-机壳可拆前盖；2-机壳体；3-下支柱；4-发电机转子；5-座环；6-水轮机主轴；7-圆锥式导水机构；8-接力器；9-转轮；10-锥管；11-尾水管；12-基础环；13-转轮室；14-水轮机主轴；15-受油器；16-发电机定子；17-拉杆；18-中环；19-上支柱；20-双向推立轴承；21-发电机轴承；22-发电机轴
由于灯泡头与发电机进人孔都是预埋的，故安装时的发电机定子和转子均从其上方的发电机盖板吊入。水轮机转轮可从转轮室打开后吊入。
对于大型灯泡贯流机组，应选用三轴承结构。如图7-5所示。
图7-5 三轴承布置的灯泡机组
1-受油器；2-定子冷却水进口；3-发电机轴；4-灯泡头；5、19-发电机轴承；6-发电机定子；7-发电机转子；8-推力轴承；9-水轮机内座环；10-水轮机座环；11-锥形导水机构；
12-水轮机轴；13-水导轴承；14-操作油管；15-转轮室；16-转轮；17-转轮接力器；18-集油槽
发电机转子两端设导轴承。推力轴承位于下游。水轮机导轴承仍位于水轮机端。其主要支撑由水轮机座环来承受。发电机进人孔为斜向布置。在发电机上方设发电机盖板，以利吊入发电机定、转子等。水轮机上方设有可卸的转轮室，以利安装。
以固定导叶（座环）为主要支撑的布置方式，其受力方式较为复杂，而且结构比较笨重。目前的灯泡式机组的布置，均推荐采用管形壳为主要支撑方式。
3、灯泡贯流式机组的结构
灯泡贯流式机组的主要部件可大致分为以下几个部分：
（1）埋设部件
包括尾水管里衬、管形壳（内壳体，外壳体）发电机进人框架、盖板，接力器基础以及下部支承，侧向支承基础板等。
1）．尾水管里衬
大型灯泡机组的尾水管里衬，一般分成3~7节，运到现场后再拼焊成整体。
2）．管形壳
管形壳分为外壳体及内壳体。外壳体由上、下部分，四块侧向块和前锥体组成。内壳体由上、下两半组成。外壳体上游面与发电机进人孔的框架，墩子盖板连接。下游面与外导水环连接。内壳体的上游面与定子机座连接，下游面与内导水环连接。
3）．发电机进人孔的框架、盖板
发电机进人孔的框架、盖板，是为了安装检修时吊入发电机定、转子，主轴和灯泡头等部件，并可固定发电机进人孔竖井。大型灯泡机组的发电机盖板还分为盖板和下盖板。下盖板为多孔板，目的是减少甩负荷升压时对盖板的升压值。
4）．球面支承与侧向支承
灯泡头下的球面支承是承受灯泡头、定子等部件的重量，在充水后承受浮力。并允许灯泡体有微小的位移（小于1mm），这可减轻灯泡体的结构。设立侧向支承的目的是可以承受灯泡体的侧向力，并可防止灯泡体在运行时产生振动。
5）．围板
在发电机下部支墩与定子外壳之间设立围板，其目的是为了导向水流，并可减少运行中水的阻力。围板下部用螺栓与支墩相连。上部随定子外壳切割而成。
（2）导水机构
灯泡机组的导水机构与立式机组不同，为锥形导水机构。其部件由控制环、连杆、拐臂锥形导叶和内、外导水环等组成，各部分结构请参考图7-6。
为防止机组飞逸，在控制环的右侧设有关闭重锤。当调速器失去油压时，可依靠重锤所形成的关闭力矩，加上导叶水力矩有自关趋势，能可靠的关闭导叶。
但在有油压而调速器的主配压阀卡住时，难以实现快速关闭。因此应设置事故配压阀。当主配压阀卡住时，高压油可直接通过事故配压阀进入接力器，从而关闭导叶。
内外导水环均为球面结构，导叶两端面亦为球面，这样能保证导叶在转动时能有效的封水。
图7-6 锥形导水机构
1-内导水环；2-轴销；；3-控制环；4-剪断销；5-连杆；
6-拐臂；7-活动导叶；8-外导水环；9-轴套；10-转轮室由于导叶担负着在转轮前，导叶后的水流形成转轮所需要的环量，故导叶形状为空间扭曲面。为保证导叶间在关闭时能有效的封水，除要求两端面的间隙较小外（一般为~
6.0mm ），还要求导叶的立面间隙较小，一般为2.0mm。需要将空间扭曲的导叶按
2.1
锥形要求加设立面密封。
（3）转轮与转轮室：转轮由轮毂体、泄水锥和4个桨叶组成
灯泡式水轮机转轮，按叶片操作方式，可采用活塞套筒式，操作架式和缸动方式等结构。图7-7为缸动方式的结构，也就是活塞不动，活塞缸带动连杆、转臂，操作叶片转角度。这种结构简单，安装方便。
外雄机组转轮叶片密封采用多层V型橡胶密封圈，可满足不拆卸叶片的情况下更换密封。叶片密封作用：为防止河水进入转轮腔体，在厂房顶部设一高位油箱，其管路经受油器与转轮腔体连通，使转轮叶片内侧的油压，始终大于最高尾水位水压，可消除转轮腔体进水的可能性。
图7-7 转轮结构（缸动结构）
1-转轮体；2-联杆；3-转臂；4-叶片；5-活塞缸；6-活塞；
7-泄水锥；8-泄水锥头；9-操作油管；10-水封
为防止叶片与转轮室间的间隙空蚀，设有抗空蚀边。
为防止水进入转轮体腔内，一般设有重力油箱，其高程使进人转轮体腔内的油压略高于外部水压力。
转轮的叶片与转轮体间设有密封，常用的有 形和 形密封。轮轮叶片的操作油压常用为40MPa。转轮在正式吊入机坑前，组装好的转轮应做耐压试验，要求每小时转动叶片2~3次，检查叶片密封处有无漏油现象，一般允许有滴状渗油现象。
转轮室分上下两瓣。上部设有观察孔，下部设有进人孔，以利检修。为防止汽蚀，一般在上半部1/4圆周上堆焊不锈钢或用不锈钢整铸。
（4）水导轴承
水轮机导轴承位于水轮机转轮侧。由于水轮机转轮为悬臂形式，故要求水导轴承除承受径向力外，还应适应悬臂引起的挠度（转角）变化。目前适应以上要求的导轴承结构有
两种：一是图7-8所示结构，二是如图7-9所示的结构。
图7-8 水轮机侧导轴承
由图7-8可知，水导轴承分两瓣。上部两边各留一段巴氏合金以封住油。径向力通过轴承的凸缘和扇形支承板传至管形壳。安装时，先根据厂家设计计算提供的尺寸和管形壳安装的实际位置来调整轴线。轴线调整好后再加工扇形支承与连接法兰凸缘之间的配合片。为适应轴的倾斜位移，法兰凸缘与扇形支承连接时的套管应比凸缘长0.2mm，套管外径应比凸缘螺孔直径小2mm。这样，在运行时主轴产生较小的挠度变形，可由法兰凸缘和轴承套管来承受。较大的变形则应由扇形支承板来承担。
图7-9所示为水导轴承，其为球面轴承。通过球面支承可以直接承受轴挠度引起的大小位移。
图7-9 球面导轴承
1-1-1-1-球面座；2-球面支撑；3-绝缘层；4-轴瓦；5-轴承盖；6-油封圈；7-温度计8-O形
密封圈
（5）组合轴承
如图7-5所示，对于双支点结构的灯泡机组，以电机侧的导轴承与正反方向推力轴承组
合在一起成为承受径向力又受力轴向力的组合轴承，图7-10为组合轴承结构图。
发电机导轴承是承受发电机转子和偏心磁拉力等所引起的径向力。由于发电机转子为悬臂结构，为适应轴线倾斜，在导轴承与轴承支承环的组合面上设有配合片，根据轴线计算的挠值来选择配合片的楔形厚度。
推力轴承分正常运行时承受水推力的正向推力轴承和在非正常时承受反向水锤的反向推力轴承。正、反推力轴承分别由12块扇形瓦组成，均为巴氏合金瓦。推力轴承设有正反向推力瓦。正反向推力瓦可以互换，每块瓦通过抗重螺丝支承在分两瓣的轴承壳上。正反向推力瓦面与镜板之间的总间隙为0.3~0.5mm。间隙的调整可以在轴承壳体外通过修刮调整垫片来实现。
图7-10 组合轴承结构
1-顶轴千斤顶；2-发电机导轴瓦；3-轴承支持环；4-配合垫片；5-发电机导轴承壳体；6-反推力瓦；
7-护板；8-推力环；9-正推力瓦；10-推立轴承壳体；11-抗重螺钉；12-主轴为便于轴线调整，组合轴承内设有千斤顶也可用在安装时支承主轴。
由于主轴挠度计算以及轴承支承环安装精度难以保证，配合片的配置比较困难。因此，组合轴承中的导轴承采用球面支承结构，用球面支承来适应主轴挠度的变化。
另外，为解决正反向推力瓦受力调整和适应主轴挠度引起的推力瓦对中偏移，受力分配不均等问题，可采用支柱螺丝加托盘的结构方式。
发电机结构
发电机主要由定子、转子、组合轴承、灯泡头及其支撑、通风冷却系统、自动化系统及其他辅助部件组成。
1定子
定子包括机座、铁芯和线圈等主要部件，发电机采用的是常压、强迫轴向及径向通风、闭路循环、一次冷却方式，分别装置了6台风机和6台空气冷却器。
通风冷却系统主要由空冷器、U形风道、风机、挡风板等组成。
定子置于流道之中，上游端和灯泡头相接，下游端与内管形座相连。
2发电机转子
转子由转子中心体、磁轭、磁极和制动环板等组成。
发电机主要参数
型号: SFWG25-72/6950，额定容量: 27.778 MVA /25 MW；
额定电压: 10.5 kV；额定频率: 50 Hz；
功率因数：0.90 (滞后)；额定转速: 83.3 rpm；
励磁电流：749 A；励磁电压：321 V。
灯泡头分二瓣由现场焊接组成，与定子机座上游侧法兰相连，法兰相连后封焊。灯泡头内部装设检修平台、冷却系统、中性点装置、水机受油器等部件。
发电机型号定义:
2：水轮机主要参数
3.1.1型号 GZ(LLT01)-WP-650
3.1.2转轮公称直径D1 6500 mm
3.1.3额定转速 83.3 r/min
3.1.4额定出力 25.733 MW
3.1.5额定效率 92.83 %
3.1.6最大效率 95.75 %
3.1.7额定流量 345.49 m3/s
3.1.8水轮机的旋转方向顺水流顺时针
3.1.9最大飞逸转速（非协联） 265 r/min
3.1.10电站水头 11.5/ 8.2/ 3.36 m
3.1.11最大水头时，最大水推力 305t
水轮机型号示例：
1．HL220-LJ-250，表示转轮型号为220的混流式水轮机，立轴、金属蜗壳，转轮直径为250cm。
2．ZZ560-LH-500，表示转轮型号为560的轴流转桨式水轮机，立轴、混凝土蜗壳，转轮直径为500cm。
3．GD600-WP-300，表示转轮型号为600的贯流定桨式水轮机，卧轴、灯泡式引水，转轮直径为300cm。
4．2CJ20-W-120/2×10，表示转轮型号为20的水斗式水轮机，一根轴上装有2个转轮，卧轴、转轮直径为120cm，每个转轮具有2个喷嘴，射流直径为10cm。
水轮机 水轮机+ 发电机：水轮发电机组 功能：发电 水泵+ 电动机：水泵抽水机组 功能：输水 水泵+ 水轮机：抽水蓄能机组。 功能：抽水蓄能 水轮发电机组：水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站动力设备之一。 第一节水轮机的工作参数 水轮发电机组装置原理图 定义：反映水轮机工作状况特性值的一些参数，称水轮机的基本参数。 由水能出力公式：N=9.81ηQH可知，基本参数：工作水头H(m)、流量Q(m3/s)、出力N(kw)、效率η，工作力矩M、机组转速n。 一、水头(head)：作用于水轮机的单位水体所具有的能量，或单位重量的水体所具有的势能，更简单的说就是上下游的水位差，也叫落差。142米 1. 毛水头(nominal productive head) H M=E U-E D=Z U - Z D 2. 反击式水轮机的工作水头
毛水头 - 水头损失=净水头 H G =E A - E B =H M - h I -A 3. 冲击式水轮机的水头 H G =Z U - Z Z - h I-A 其中Z U 和Z Z 分别为上游和水轮机喷嘴处的水位。 4. 特征水头(characteristic head) 表示水轮机的运行范围和运行工况的几个典型水头。 最大工作水头： H max =Z 正-Z 下min -h I-A 最小工作水头： H min =Z 死-Z 下max -h I-A 设计水头(计算水头) H r ：水轮机发额定出力时的最小水头。 平均水头： H av =Z 上av -Z 下av 二、流量(m 3/s)(flow quantity)：单位时间内通过水轮机的水量Q 。单机12.2m 3/s Q 随H 、N 的变化：H 、N 一定时， Q 也一定； 当H =H r 、N =N 额时，Q 为最大。 在H r 、n r 、N r 运行时，所需流量Q 最大，称为设计流量Q r 三、出力 (output and)：水轮机主轴输出的机械效率。N(KW)： 指水轮机轴传给发电机轴的功率。 水轮机的输入功率 (水流传给水轮机的能量),即水流效率，与a.作用于水轮机的有效水头；b.单位时间通过水轮机的水量，即流量Q ；c.水体容重γ成正比。其公式为：QH QH N w 8.9==γ γ指水体容重（即单位容积水所具有的重力，比重）： 水的比重=1000kg/m 3、G=9.8N/Kg γ=9800N/m 3 )(8.9)/(9800)/(9800)()/()/(33kw QH s J QH s m N QH m H s m Q m N N w ==?=??=γ 水轮机的输出功率：ηηQH N N w 8.9== 四、效率(efficiency )：输入水轮机的水能与水轮机主轴输出的机械能之比，又叫水轮机的机械效率、能量转换效率。η
一、简介 （一）、简介 水轮机是水电厂将水轮转换为机械能的重要设备。 1、按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。反击型 利用水流的压能和动能，冲击型利用水流动能。 2、反击式中又分为混流、轴流、斜流和贯流四种； 3、冲击式中又分为水斗、斜击和双击式三种。 1）、混流式： 水流从四周沿径向进入转轮，近似轴向流出 应用水头范围：30m~700m 特点：结构简单、运行稳定且效率高 2）、轴流式 水流在导叶与转轮之间由径向运动转变为轴向流动 应用水头：3~80m 特点：适用于中低水头，大流量水电站 分类：轴流定桨、轴流转桨 3）、冲击式 转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已经转变为高速射流，冲击转轮叶片作功。 水头范围：300~1700m 适用于高水头，小流量机组。 （二）、水轮机主要类型归类
二、水轮机主要基本参数 1、水轮机主要基本参数 水头：Hg、H、Hmax、Hmin、Hr（设计水头）流量：Q 转速:f=np/60 出力：N=9.81QHη（Kw） 效率：η 2、水轮机型式代号 混流式：HL 斜流式：XL 轴流转桨式：ZZ 轴流定桨式：ZD 冲击（水斗式）：CJ 双击式：SJ 斜击式：XJ 贯流转桨式：GZ 贯流定桨式：GD 对于可逆式，在其代号后增加N 3、混流式水轮机 型号：HL100—LJ—210 HL：代表混流式水轮机 100：转轮型号（也称比转速）
LJ：立式金属蜗壳 210：转轮直径（210厘米） 4、轴流式水轮机 ZZ560—LH—1130 ZZ：轴流转桨式水轮机 560：转轮型号 LH：立式混凝土蜗壳 1130：表示转轮直径为1130厘米 5、冲击式水轮机 CJ47—W—170/2X15.0 CJ：冲击式 W：卧轴 170：转轮直径170cm 2：2个喷嘴 15.0：射流直径 三、水轮机主要部件 （一）、组成 引水部件、导水部件、工作部件、泄水部件 1、引水部件 组成：引水室（蜗壳）、座环 作用：以较小的水力损失把水流均匀地、对称地引入导水部件，并在进入导叶前形成一定的环量。
水轮机 一、水轮机的基本参数 1)工作水头（H）:水轮机的工作水头就是指水轮机的进、出口单位 能量差，也就是上游水位与下游水位之差，用H表示，其单位为m。其大小表示水轮机利用水流单位能量的多少。 2)流量（Q）：在单位时间内流经水轮机的水量，称为流量，用Q表 示，其单位为m3/s。其大小表示水轮机利用水流能量的多少 3)出力（P）：具有一定水头和流量的水流通过水轮机便做功，而在 单位时间内所做的功率称为水轮机的出力，用P表示，其单位KW。 水轮机的出力为：P=9.81QH 4）效率（η）目前混流式水轮机的最高效率95% P=9.81QHη 5）比转速指工作水头H为1m、发出的功率P为1kw时水轮机所具有的转速，故称为比转速。 二、水轮机的类型与代号 我们根据水流能量的转换的特征不同，把水轮机分为两大类，及反击型和冲击型水轮机。 反击型水轮机，具有一定位能的水流主要以压能的形态，由水轮机转变为机械能。按其水流经过转轮的方向不同，反击型水轮机可分为以下几种类型： 反击型：轴流（定桨、转桨）水轮机、混流式水轮机、贯流式水轮机、斜流式水轮机
冲击型：水流不充满过流流道，而是在大气压力下工作，水流全部以动能形态由转轮变为机械能。按射流冲击水斗的方式不同，可分为如下几种类型： 冲击型：水斗式水轮机、斜击式水轮机、双击式水轮机 我国水轮机式的代号，有三部分组成，第一部分由水轮机型式及转轮型号组成,并由汉语拼音表示。 水轮机型式的代号 水轮机型式代号水轮机型式代号 混流式HL 轴流转桨式ZZ 斜流式XL 轴流定桨式ZD 双击式SJ 贯流转桨式GZ 斜击式XJ 贯流定桨式GD 冲击式CJ 以本电站为例：水轮机型号：HL(247)—LJ—235，表示混流式水轮机，转轮型号为247，立轴，金属蜗壳，转轮直径为235㎝。三、混流式水轮机 1定义：水流从径向流入转轮，在转轮中改变方向后从轴向流出的水轮机。其叶片固定，不能转动调节。 2 混流式水轮机 - 结构特点 混流式水轮机主要应用于20—450米的中水头电厂， 其结构紧凑，效率较高，能适应很宽的水头范围，是目前 世界各国广泛采用的水轮机型式之一。
一、贯流式水轮机的特点 贯流式水轮机是开发低水头水力资源的一种机组，适用于25m以下的水头。这种机型流道呈直线状，是一种卧轴水轮机，转轮形状与轴流式相似，也有定桨和转桨之分，由于水 流在流道内基本上沿轴向运动不拐弯，因此较大的提高了机组的过水能力和水力效率。 此外，与其它机型相比，它还有其它一些显著特点： （1）从进水到出水方向轴向贯通形状简单，过流通道的水力损失减小，施工方便，另外它效率较高，其尾水管恢复功能可占总水头的40%以上。 （2）贯流式机组有较高的过流能力和比转速。 （3）贯流式水轮机适合作可逆式水泵水轮机运行，由于进出水流道没有急转弯，使水泵工况和水轮机工况均能获得较好的水力性能。如应用于潮汐电站上可具有双向发电，双向抽水和双向泄水等六种功能，很适合综合开发利用低水头水力资源，另外在一般平原地区的排灌站上可作为可逆式水泵水轮机运行，应用范围比较广泛。 （4）贯流式水电站一般比立轴的轴流式水电站建设周期短、投资小、收效快、淹没移民少，电站靠近城镇，有利于发挥地区兴建电站的积极性。 二、贯流式水轮机的分类 根据贯流式水轮机机组布置形式的不同可将其划分为以下几种形式： 1．轴伸贯流式 这种贯流式水轮发电机组基本上采用卧式布置，水流基本上沿轴向流经叶片的进出口， 出叶片后，经弯形（或称S形）尾水管流出，水轮机卧式轴穿出尾水管与发电机大轴连接，发电机水平布置在厂房内。 轴伸贯流式机组按主轴布置方式可分成前轴伸、后轴伸和斜轴伸等几种，如图7-1所示。这种贯流式机组与轴流式相比没有蜗壳、肘形尾水管，土建工程量小，发电机敞开布置，易于检修、运行和维护。但这种机组由于采用直弯尾水管，尾水能量回收效率较低，机组容量大时不仅效率差，而且轴线较长，轴封困难，厂房噪音大都将给运行检修带来不方便。所以一般只用于小型机组。 2．竖井贯流式 这种机组主要特点是将发电机布置在水轮机上游侧的一个混凝土竖井中，发电机与水轮机的连接通过齿轮或皮带等增速装置连在一起如图7-2所示。
水轮机结构 一、简介 （一）、简介水轮机是水电厂将水轮转换为机械能的重要设备。 1、按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。反击型利用水 流的压能和动能，冲击型利用水流动能。 2、反击式中又分为混流、轴流、斜流和贯流四种； 3、冲击式中又分为水斗、斜击和双击式三种。 1）、混流式：水流从四周沿径向进入转轮，近似轴向流出应用水头范围：30m~700m 特点：结构简单、运行稳定且效率高 2）、轴流式水流在导叶与转轮之间由径向运动转变为轴向流动应用水头：3~80m 特点：适用于中低水头，大流量水电站分类：轴流定桨、轴流转桨 3）、冲击式 转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已经转变为高速射流，冲击转轮叶片作功。 水头范围：300~1700m 适用于高水头，小流量机组。 （二）、水轮机主要类型归类 二、水轮机主要基本参数 1、水轮机主要基本参数
水头：Hg、H、Hmax、Hmin、Hr （设计水头） 流量：Q 转速:f=np/60 出力：N=9.81QH n（Kw） 效率：n 2、水轮机型式代号 混流式：HL 斜流式：XL 轴流转桨式：ZZ 轴流定桨式：ZD 冲击（水斗式）：CJ 双击式：SJ 斜击式：XJ 贯流转桨式：GZ 贯流定桨式：GD 对于可逆式，在其代号后增加N 3、混流式水轮机 型号：HL100—LJ—210 HL ：代表混流式水轮机 100：转轮型号（也称比转速） LJ:立式金属蜗壳 210：转轮直径（210 厘米）
4、轴流式水轮机 ZZ560—LH —1130 ZZ:轴流转桨式水轮机 560:转轮型号 LH :立式混凝土蜗壳1130:表示转轮直径为1130 厘米 5、冲击式水轮机 CJ47—W—170/2X15.0 CJ:冲击式 W :卧轴 170:转轮直径170cm 2: 2 个喷嘴 15.0:射流直径三、水轮机主要部件（一）、组成 引水部件、导水部件、工作部件、泄水部件 1、引水部件 组成:引水室（蜗壳）、座环作用：以较小的水力损失把水流均匀地、对称地引入导水部件，并在进入导叶前形成一定的环量。 2、导水部件 组成：导叶及其操作机构、顶盖、底环 作用：调节进入转轮的流量和形成转轮所需的环量 3、工作部件
贯流式水轮机基本结构 一、贯流式水轮机的特点 贯流式水轮机是开发低水头水力资源的一种新型机组，适用于25m以下的水头。这种机型流道呈直线状，是一种卧轴水轮机，转轮形状与轴流式相似，也有定桨和转桨之分，由于水流在流道内基本上沿轴向运动不拐弯，因此较大的提高了机组的过水能力和水力效率。 此外，与其它机型相比，它还有其它一些显著特点： （1）从进水到出水方向轴向贯通形状简单，过流通道的水力损失减小，施工方便，另外它效率较高，其尾水管恢复功能可占总水头的40%以上。 （2）贯流式机组有较高的过滤能力和比转速，所以在水头与功率相同的条件下，贯流式的要比转桨式的直径小10%左右。 （3）贯流式水轮机适合作了逆式水泵水轮机运行，由于进出水流道没有急转弯，使水泵工况和水轮机工况均能获得较好的水力性能。如应用于潮汐电站上可具有双向发电，双向抽水和双向泄水等六种功能，很适合综合开发利用低水头水力资源，另外在一般平原地区的排灌站上可作为可逆式水泵水轮机运行，应用范围比较广泛。 （4）贯流式水电站一般比立轴的轴流式水电站建设周期短、投资小、收效快、淹没移民少，电站靠近城镇，有利于发挥地区兴建电站的积极性。 二、贯流式水轮机的分类 根据贯流式水轮机机组布置形式的不同可将其划分为以下几种形式： 1．轴伸贯流式 这种贯流式水轮发电机组基本上采用卧式布置，水流基本上沿轴向流经叶片的进出口， 出叶片后，经弯形（或称S形）尾水管流出，水轮机卧式轴穿出尾水管与发电机大轴连接，发电机水平布置在厂房内。 轴伸贯流式机组按主轴布置方式可分成前轴伸、后轴伸和斜轴伸等几种，如图7-1所示。这种贯流式机组与轴流式相比没有蜗壳、肘形尾水管，土建工程量小，发电机敞开布置，易于检修、运行和维护。但这种机组由于采用直弯尾水管，尾水能量回收效率较低，机组容量大时不仅效率差，而且轴线较长，轴封困难，厂房噪音大都将给运行检修带来不方便。所以一般只用于小型机组。 2．竖井贯流式 这种机组主要特点是将发电机布置在水轮机上游侧的一个混凝土竖井中，发电机与水轮机的连接通过齿轮或皮带等增速装置连在一起如图7-2所示。
大型发电机 一、发电机概述 发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有广泛的用途。 发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。 发电机可分为直流发电机和交流发电机，交流发电机又可分为同步发电机和异步发电机(很少采用) ，还可分为单相发电机与三相发电机。 发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。 二、发电机的工作原理 按照电磁感应定律，导线切割磁力线感应出电动势，这是发电机的基本工作原理。图1为同步发电机的工作原理图。发电机转子与汽轮机转子为同轴连接，当蒸汽推动汽轮机高速旋转时，发电机转子随着转动。发电机转子绕组内通入直流电源后，便建立了一个磁场，这个磁场有一对主磁极，它随着汽轮机发电机转子旋转。磁通自转子的一个极（N级）出来，经过空气隙、定子铁芯、空气隙，进入转子另一个极（S极）构成回路。 图1 同步发电机工作原理图2 发电机出线的接线发电机转子具有一对磁极，转子旋转一周，定子绕组中感应电动势正好交变一次（假如发电机转子为P对磁极是，转子旋转一周，定子绕组中感应电动势交变P次）。当汽轮机以每分钟3000转旋转时，发电机转子每秒钟要旋转50周，磁极也要变化50次，那么在发电机定子绕组内感应电动势也变化50次。这样，发电机转子以每秒50周的恒速旋转，在定子三相绕组内感应出相位不同的三相交变电动势，即频率为50Hz的三相交变电动势。这时若将发电机定子三相绕组引出线的末端（即中心点）连在一起，绕组的首端引出线与用电设备相连，就会有电流流过，如图2所示。 三、发电机的结构 图3 大型发电机基本结构 目前我国热力发电厂的发电机皆采用二极、转速为3000r/m的卧式结构。如图4所示，发电机最基本的组成部件是定子和转子。 图4 300MW汽轮发电机组侧视图 1-发电机主体；2-主励磁机；3-永磁副励磁机；4-气体冷却器；5-励磁机轴承；6-碳刷架隔音罩；7-电机端盖；8-连接汽轮机背靠轮；9-电机接线盒；10-电路互感器；11-引出线；12测温引线盒；13-基座定子由铁芯和定子绕组构成，固定在机壳（座）上，转子由轴承支撑置于定子铁芯中央，
水轮机的基本结构及其主要部件的作用 水轮机总体由引水、导水、工作和排水四大部分组成。 1、水轮机的引水部件： 主要指蜗壳及座环等，水流由蜗壳引进，经过座环后才进入导水机构。蜗壳的作用是使进入导叶以前的水流形成一定的旋转，并轴对称地、均匀地将水流引入导水机构；座环的作用是：承受整个机组及其上部混凝土的重量以及水轮机的轴向水推力；以最小的水力损失将水流引入导水机构；机组安装时以它为基准。所以，座环既是承重件，又是过流件，也是基准件。因此，要求座环必须有足够的强度、刚度和良好的水力性能。 2、水轮机的导水机构： 导水机构主要由操纵机构（推拉杆、接力器及其锁锭装置）、导叶传动机构（包括控制环、拐臂、连杆和连接板等）、执行机构（导叶及其轴套等）和支撑机构（顶盖、底环等）四大部分组成。其作用使进入转轮前的水流形成旋转，并可改变水流的入射角度，当发电机负荷发生变化时，用它来调节流量，正常与事故停机时，用它来截断水流。 导水机构的操纵机构 导水机构的操纵机构的作用是：在压力油的作用下，克服导叶的水力矩及传动机构的摩擦力矩，形成对导叶在各种开度下的操作力矩。导水机构的操纵机构分为直缸式和环形接力器两大类。 调速环或接力器锁锭装置 锁锭装置的作用是：当导叶全关闭后，锁锭投入，可阻止接力器活塞向开侧移动；一旦关侧油压消失，又可防止导叶被水冲开。 导水机构的传动机构 导水机构的传动机构的作用：是将操纵机构的操作力矩传递给导叶轴并使之发生转动。其型式主要有叉头式和耳柄式两种。太站为耳柄式，长站为叉头式。正常运行时应着重检查控制环、拐臂、连杆和连接板之间的连接销有无串出或脱落。剪断销及引线是否完好。 导水机构的执行机构
水轮发电机的构造 本课件2012年8月重新编辑（将图片黑底色更换为白色） 水轮机的转速都比较低，特别是立式水轮机，为了能发出50Hz的交流电，水轮发电机采用多对磁极结构，对于每分钟120转的水轮发电机，需要25对磁极。由于过多磁极不易看清结构，本课件介绍一个有12对磁极的水轮机发电机模型。 水轮发电机的转子采用凸极式结构，图1是发电机的磁轭与磁极，磁极安装在磁轭上，磁轭是磁极磁力线的通路，发电机模型有南北相间的24个磁极，每个磁极上都绕有励磁线圈，励磁电源由安装在主轴端头的励磁发电机提供，或由外部的晶闸管励磁系统提供（由集电环向励磁线圈供电）。 图1 水轮发电机转子有多对磁极 磁轭安装在转子支架上，在转子支架中心安有发电机主轴，在主轴的上端头安装有励磁发电机或集电环。见图2。
图2 水轮发电机转子 发电机定子铁芯由导磁良好的硅钢片叠成，在铁芯内圆均匀分布着许多槽， 用来嵌放定子线圈，见图3。 图3 水轮发电机定子铁芯 定子线圈嵌放在定子槽内，组成三相绕组，每相绕组由多个线圈组成，按一定规律排列，
见图4。 图4 水轮发电机定子绕组 水轮发电机安装在由混凝土浇筑的机墩上，在机墩上安装机座，机座是定子铁芯的安装基座，也是水轮发电机的外壳，在机座外壳安装有散热装置，降低发电机冷却空气的温度；在机墩上还安装下机架，下机架有推力轴承，用来安装发电机转子，推力轴承可承受转子的重量与振动、冲击等力。见图5。
图5 水轮发电机机墩、机座、下机架 在机座上安装定子铁芯与定子线圈，见图6。 图6 水轮发电机的定子 转子插在定子中间，与定子有很小间隙，转子由下机架的推力轴承支撑，可以自由旋转，见图7。
水轮发电机的构造 水轮机的转速都比较低，特别是立式水轮机，为了能发出50Hz的交流电，水轮发电机采用多对磁极结构，对于每分钟120转的水轮发电机，需要25对磁极。由于过多磁极不易看清结构，本课件介绍一个有12对磁极的水轮机发电机模型。 水轮发电机的转子采用凸极式结构，图1是发电机的磁轭与磁极，磁极安装在磁轭上，磁轭是磁极磁力线的通路，发电机模型有南北相间的24个磁极，每个磁极上都绕有励磁线圈，励磁电源由安装在主轴端头的励磁发电机提供，或由外部的晶闸管励磁系统提供（由集电环向励磁线圈供电）。 图1--水轮发电机转子有多对磁极 磁轭安装在转子支架上，在转子支架中心安有发电机主轴，在主轴的上端头安装有励磁发电机或集电环。轴下端有连接水轮机的法兰，见图2。 图2--水轮发电机转子
发电机定子铁芯由导磁良好的硅钢片叠成，在铁芯内圆均匀分布着许多槽， 用来嵌放定子线圈，见图3。 图3--水轮发电机定子铁芯 定子线圈嵌放在定子槽内，组成三相绕组，每相绕组由多个线圈组成，按一定规律排列，见图4。 图4--水轮发电机定子绕 水轮发电机安装在由混凝土浇筑的机墩上，在机墩上安装机座，机座是定子铁芯的安装基座，也是水轮发电机的外壳，在机座外壳安装有散热装置，降低发电机冷却空气的温度；在机墩上还安装下机架，下机架有推力轴承，用来安装发电机转子，推力轴承可承受转子的重量与振动、冲击等力。见图5。
图5--水轮发电机机墩、机座、下机架在机座上安装定子铁芯与定子线圈，见图6。 图6--水轮发电机的定子
转子插在定子中间，与定子有很小间隙，转子由下机架的推力轴承支撑，可以自由旋转，见图7。 图7--定子与转子安装在机座上 安装上机架，上机架中心安装有导轴承，防止发电机主轴晃动，使它稳定的处于中心位置。 图8--水轮机发电机未盖地板
水轮机分类和结构 一、水轮机分类 1、按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。反击式利用水流的压能和动能，冲击式利用水流动能。反击式中又分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种。冲击式中又分为水斗式、斜击式和双击式三种。 2、混流式：水流从四周沿径向进入转轮，近似轴向流出。应用水头范围：30m~700m。特点：结构简单、运行稳定且效率高。 3、轴流式：水流在导叶与转轮之间由径向运动转变为轴向流动。应用水头：3~80m。特点：适用于中低水头，大流量水电站。分类：轴流定桨、轴流转桨 4、冲击式：转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已经转变为高速射流，冲击转轮叶片作功。水头范围：300~1700m。适用于高水头，小流量机组。 5、水轮机主轴布置形式分类 （1）水轮机按主轴的布置形式又可分为卧式和立式两种（也称横轴和立轴）。立式布置得水轮发电机分为悬式和伞式两种。 （2）悬式发电机的推力轴承位于发电机转子上部的上机架上或上机架中。伞式发电机的推力轴承位于转子下部的下机架中，或用支架支承在水轮机顶盖上。伞式发电机又分普通伞式（其上、下导轴承分别位于上、下机架中），半伞式（只用上导轴承，它布置在上机架
中，无下导轴承；我厂机组为此类型）和全伞式（只有下导轴承，它布置在下机架中，无上导轴承）。 二、水轮机主要基本参数 1、工作水头H是指水轮机进、出口断面处单位重量水体的能量差，单位是米（m），典型工作水头有以下： （1）最大水头（Hmax）：水轮机运行范围内允许出现的最大净水头。（2）最小水头（Hmin）：水轮机运行范围内允许出现的最小净水头。（3）设计水头（H设）：水轮发电机组发出额定功率时的最小水头。 2、流量Q是指单位时间内，通过水轮机某一既定过流断面的水量，单位是立方米/秒。 3、出力N是指水流在单位时间内所做的功（功率），其大小与水轮机的水头，流量有关，单位为千瓦。计算公式：N=9.81QHn 4、效率是指水轮机总效率，是水轮机输入功率与输出功率之比，其值总是小于1，因为水轮机在工作过程中不可避免地要产生一些能量损失，主要包括： （1）水力损失：即水流经过蜗壳、导水机构、转轮、尾水管的水头损失。 （2）机械损失：即水轮机转动部分的摩擦损失。如转轮与水流之间、轴与轴承之间，止漏装置之间的摩擦损失。 （3）容积损失：转轮与固定部件因漏水而造成的损失。 5、转速是指水轮机转轮在单位时间内的旋转周数，以n 表示，单位为转/分。
水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。 早在公元前100年前后，中国就出现了水轮机的雏形——水轮，用于提灌和驱动粮食加工器械。现代水轮机则大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。作完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。 水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。 冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类。斜击式水轮机的结构与水斗式水轮机基本相同，只是射流方向有一个倾角，只用于小型机组。 早期的冲击式水轮机的水流在冲击叶片时，动能损失很大，效率不高。1889年，美国工程师佩尔顿发明了水斗式水轮机，它
有流线型的收缩喷嘴，能把水流能量高效率地转变为高速射流的动能。 理论分析证明，当水斗节圆处的圆周速度约为射流速度的一半时，效率最高。这种水轮机在负荷发生变化时，转轮的进水速度方向不变，加之这类水轮机都用于高水头电站，水头变化相对较小，速度变化不大，因而效率受负荷变化的影响较小，效率曲线比较平缓，最高效率超过91％。 20世纪80年代初，世界上单机功率最大的水斗式水轮机装于挪威的悉·西马电站，其单机容量为315兆瓦，水头885米，转速为300转／分，于1980年投入运行。水头最高的水斗式水轮机装于奥地利的赖瑟克山电站，其单机功率为22.8兆瓦，转速750转/分，水头达1763.5米，1959年投入运行。 反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。在混流式水轮机中，水流径向进入导水机构，轴向流出转轮；在轴流式水轮机中，水流径向进入导叶，轴向进入和流出转轮；在斜流式水轮机中，水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮，或以倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮；在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。
广州蓄能水电厂水泵水轮机结构介绍 肖苏平 一.简介 广州蓄能水电厂分二期建设,一、二期工程分别安装4×300MW可逆式水泵水轮机,单机容量(发电工况300MW,总装机容量2400 MW。一期(称A厂工程于1994年全部建成。二期(称B厂工程于1999年全部建成。一、二期工程于2000年3月全部投产。8×300MW 机组投产后,已成为当今世界最大的抽水蓄能电厂。 可逆式水泵水轮机在抽水、发电起动,停机操作灵活方便,在电网峰荷时放水发电,在低谷负荷时利用系统多余的电能抽水,在电网中起到了填谷调峰的积极作用,使系统中的所有各种电站的负荷趋于均匀,提高了整个电力系统的经济运行。 本电站两期工程共装设八台可逆式水泵水轮机。每台机组设备包括:水泵水轮机、调速系统、进水球阀、尾水事故闸门以及相应的操作控制系统,各种连接管路、阀门、管件、表计、自动化元件、控制电缆、备品、专用工具、实验设备等。A厂水泵水轮机由法国Neyrpic 公司承制、供货,B厂由德国Voith承制、供货。 电站工程主要特征数据如下: 上库水位:正常蓄水位 816.8 m 最低蓄水位 797.0 m 下库水位:正常蓄水位 287.4 m 最低蓄水位 275.0 m 电站毛水头:最大水头 541.8 m 额定水头 522.0 m
最小水头 509.6 m 二.水泵水轮机基本参数 水泵水轮机为竖轴单级、可逆、法兰西斯式,具有可调导水机构,与电动发电机轴直接连接。A、B厂水泵水轮机主要参数如下: A厂 B厂 额定转速:水轮机工况 500 r/min 500 r/min 水泵工况 500 r/min 500 r/min 旋转方向(俯视:水轮机工况为顺时针 水泵工况为反时针转轮直径:进口直径 3886mm 3802 mm 出口直径 2312mm 2090 mm 额定出力:水轮机工况 306 MW 308 MW 水泵工况 330 MW 330 MW 水轮机最大出力: 306 MW 352 MW 水轮机额定流量: 62.88m/s 65.95m/s 水轮机最大流量: 68.7m/s 72.92m/s 水泵最大流量: 60.03m/s 57.3m/s 水泵最小流量: 53.73m/s 50.6m/s 水泵水轮机总重: 450 t 转动惯量GD2: 3600t.m2 轴向最大水推力:正常运行时,水轮机工况 1500 kN 水泵工况 1500 kN
技术总结 本人自1998年参加工作以来，先后在西昌大桥电站、石渠电站、宝兴小沟头电站、老挝南梦三电站、石棉大金平电站、攀枝花湾滩电站、新镇电站、雅安龟都府电站、云南赛珠电站、云南鲁基厂电站、哈萨克斯坦玛依纳水电站、云南甲岩电站、老挝南坎二电站、老挝南欧六、电站老挝南拜电站等从学徒开始、努力学习，到自己带班，独挡一面，最后当班长、全面负责发电机班的工作，到现在已经从事发电机安装工作快20年，安装过各种类型的机组、也遇到过各种各样的问题，积累了丰富的安装经验。安装分局发展越来越好，海外项目越来越多，但与此同时对职工的要求越来越高，在以后的工作中，我会一如既往的秉持认真负责的工作态度，同时更多的总结和提高自己的业务水平，适应单位发展的潮流、为单位的发展贡献自己的绵力。 水轮发电机的安装程序，主要根据结构形式而定，同时也与工地的施工条件、土建进度、设备到货情况和场地布置等客观条件有关。在保证安装质量的前提下，应尽量采取与土建及水轮机的安装实行平行交叉的施工方案，充分利用现场及施工设备，进行大件预组装。然后再把组装好的大件顺序分别吊入机坑进行总装，以缩短安装直线工期，促进早日发电。 悬式和伞式水轮发电机部件组装和预装：1.转子组装。
转子组装主要工作有：铁片清洗分类；主轴竖立（需要刮研的导轴瓦，竖轴前利用轴领完成导轴瓦的刮研）；磁轭铁片装压；磁极挂装；热打键；清扫，检查与喷漆及干燥耐压试验。2定子组装。在基坑内或安装间进行定子组合下线。3、推力轴承预装。主要包括推力轴承座得清理和负荷机架的预装；清理镜板；油槽组合及预装油冷却器及挡油板。4、上机架及下机架的预装。包括支臂和中心体的组合；预装盖板；安装上机架挡风板及灭火水管；轴承油槽组装，预装导轴承油冷却器及档油板。 悬式水轮发电机一般安装程序: 1、基础埋设。主要有下风洞盖板的基础件、下机架及定子基础垫板，制动器基础垫板，上机架千斤顶基础垫板等。以上基础件的预埋与混凝土浇注配合进行。2、定子安装。在定子机坑内组装定子及下线，调整中心、高程、水平，安装空气冷却器等。为减少与土建及水轮机安装的干扰，也可在机坑外进行定子的组装及下线，待下机架吊装后，将定子整体吊入找正。3、吊装下部风洞盖板。待水轮机大件吊入机坑后，吊装下部风洞盖板，按水轮机主轴中心找正和固定。4、下机架安装。把已经组装成整体的下机架吊置在基础上，按座环中心或水轮机主轴中心找正并调高程及水平，浇注基础混凝土。并按总装要求调整制动器顶部高程。5、转子安装。在安装间组装转子，将组装好的转子吊入走子，按水轮机主轴中心、高程、
水轮机的主要类型及适用水头水轮机是将水能转换成旋转机械能的一种水力原动机。根据转轮转换水流能量方式的不同，水轮机分成两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机。反击式水轮机包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机；冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式水轮机。 一、反击式水轮机 反击式水轮机转轮区内的水流在通过转轮叶片流道时，始终是连续充满整个转轮的有压流动，并在转轮空间曲面型叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向，从而对转轮叶片产生一个反作用力，驱动转轮旋转。当水流通过水轮机后，其动能和势能大部分被转换成转轮的旋转机械能。 1.混流式水轮机 如图1-4所示，水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。混流式水轮机应用水头范围较广，约为20～700m，结构简单，运行稳定且效率高，是应用最广泛的一种水轮机。 图1-4 混流式水轮机 1—主轴；2—叶片；3—导叶 2．轴流式水轮机 如图1-5所示，水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而在转轮区内水流保持轴向流动，轴流式水轮机的应用水头约为3～80m。轴流式水轮机在中低水头、大流量水电站中得到了广泛应用。根据其转轮叶片在运行中能否转动，又可分为轴流定桨式和轴流转桨式水轮机两种。轴流定桨式水轮机的转轮叶片是固定不动的，因而结构简单、造价较低，但它在偏离设计工况运行时效率会急剧下降，因此，这种水轮机一般用于水头较低、出力较小以及水头变化幅度较小的水电站。轴流转桨式水轮机的转轮叶片可以根据运行工况的改变而转动，从而扩大了高效率区的范围，提高了运行的稳定性。但是，这种水轮机需要有一个操作叶片转动的机构，因而结构较复杂，造价较高，一般用于水头、出力均有较大变化幅度的大中型水电站。 图1-5 轴流式水轮机
发电机转子结构 发电机转子由主轴、轮毂、轮臂、磁轭、端压板、风扇、磁极、制动闸板等组成，如左上图所示。 其中：1-主轴2-轮毂3-转臂4-磁轭5-压板6-风扇7-磁极8-制动闸板 主轴是用来传递转矩，并承受转动部分的轴向力，通常用高强度钢整体锻成，或由铸造的法兰与锻造的轴筒拼焊而成；轮毂是主轴与轮臂
之间的连接件；轮臂是用来固定磁轭并传递扭矩的，大、中型机组的轮臂一般为焊接结构；磁轭的主要作用是产生转动惯量和挂装磁极，同时也是磁路的一部分，直径小于4m的磁轭可用铸钢或整圆的厚钢板组成，大于4m时则由3～5mm的钢板冲片叠成一整圆，用键固定在轮臂外端；磁极是产生磁场的主要部件，由磁极铁芯、励磁线圈和阻尼绕组三部分组成，并用“T”形结构固定在磁轭上。 由于大型水轮发电机的转速较低，因此，大型水轮发电机的磁极数要比汽轮发电机多的多。又因为大于4级的磁极在制造上很困难,所以,大型水轮发电机的磁极基本上是凸极式。另外,由于水轮发电机导水机构的关闭需要一定的时间, 为防止水轮发电机突然和电网解列(即甩负荷)时机组的转速升得过高，要求转子具有足够大的转动惯量。转动惯量通常用飞轮力矩--来表征。正因为这一原因，大型水轮发电机的转子都显得很笨重。 大型水轮发电机的转轴通常采用分段轴结构。水轮发电机转轴由顶轴、转子体和主轴三部分构成。由于中间一段是转子支架中心体，没有轴，因而又称“无轴结构”。转子支架（轮毂和轮臂）与主轴的联结采用空心轴。空心轴可提高锻造质量，还可以作为混流式水轮机的补气孔或轴流式水轮机操作油管的通道。 转子支架是安装磁轭、磁极及主轴的中间部件。在运行中要承受扭矩、重力、离心力等的综合作用。大型水轮发电机的转子支架有组合式（辐射型）和圆盘式两种。
水轮发电机转子介绍●水能—机械能—电能 水力发电? 水的势能—水的动能—推动转轮旋转—带动发电机转子旋转 ●化学能—机械能—电能 火力发电? 煤炭燃烧产生蒸汽—推动汽轮机旋转—带动发电机转子旋转 ●风能—机械能—电能 风力发电? 风的动能—推动风叶旋转—带动发电机转子旋转 ●核能—机械能—电能 核能发电? 核反应堆燃烧产生热量—推动汽轮机旋转—带动发电机转子旋转水轮发电机组外形
法拉第电磁感应定理 只要运动的导体切割磁力线（磁场），在导体两端就会产生感应电势当发电机的转子被原动机带动旋转时，磁极在空间旋转，产生旋转磁场，磁力线切割了在定子铁芯槽中对称放置的三相绕组，在绕组中就会产生感应电动势。电动势（U）在外部用电设备形成的闭合回路中产生电流(I)，就得到了电功率(P)，即将机械能转换成电能：P=UI 电磁设计特点-磁场分布
水轮发电机总体型式 ●伞式：发电机推力轴承位于转子下方?全伞：无上导轴承?半伞：有上导轴承?一般转子为无轴结构 ●悬式：发电机推力轴承位于转子上方?水轮发电机 ?发电电动机：蓄能机组?上机架为承重机架 ●卧式：发电机轴系为水平布置?灯泡贯流式发电机 ?轴伸贯流式发电机 ?竖井贯流式发电机水轮发电机结构
转子装配（悬式）
发电机主要构成部件●主要部件?定子（固定部分，参与电磁转换）?利用导体切割磁力线，在导体内感应交变电势，连成回路形成电流，通过变电站将电能送入电网?转子（旋转部分，参与电磁转换）?通过励磁电流形成磁场?通过水轮机旋转，在气隙中形成旋转磁场?轴承包括机架（旋转和固定部件的摩擦界面）?承载旋转部件包括水推力的重量 ?旋转部件轴系的支撑力发电机主要构成部件●辅助部件?冷却系统?铁损、铜损、风损和附加损耗、电气损耗的冷却 ?轴承润滑、搅拌损耗的冷却?轴承油润滑系统?机组制动系统 ?机组运行监测系统 ?各部件温度监测 ?各种可能事故的监测、报警、停机?机组运行保护系统?轴电流接地装置 ?灭火装置
第二节 轴流式水轮机的结构 一、概述 轴流式水轮机与混流式水轮一样属于反击式水轮机，由于水流进入转轮和离开转轮均是轴向的，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相比较具有较明显的优点，当它们使用水头和出力相同时，轴流式水轮机由于过流能力大（图2-15），可以采用较小的转轮直径和较高的转速，从而缩小了机组尺寸，降低了投资。当两者具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，由于转轮叶片和导叶随着工况的变化形成最优的协联关系，提高了水轮机的平均效率，扩大了运行范围，获得了稳定的运行特性，更是值得广泛使用的一种机型。 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结构图。它的工作过程和混流式水轮机基本相同。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同的是负荷变化时，它不但调节导叶转动，同时还调节转轮叶片，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行。 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、泄水锥等部件组成。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接，下部连接泄水锥，在转轮体的四周放置悬臂式叶片。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。 轴流式水轮机广泛应用于平原河流上的低水头电站，应用水头范围为3～55m ，目前最大应用水头不超过70m 。限制轴流式水轮机最大应用水头的原因是空化和强度两方面的条件。由于轴流式水轮机的过流能力大。单位流量11Q 和单位转速11n 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，所以它具有较大的空化系数 。在相同水头下，轴流式水轮机转轮由于叶片数少，叶片单位面积上所承受的压差较混流式的大，叶片正背面的平均压差较混流式的大，所以它的空化性能较混流式的差。因此，在同样水头条件下，轴流式水轮机比混流式水轮机具有更小的吸出高度和更深的开挖量。随着应用水头的增加，将会使电站的投资大量增加，从而限制了轴流式水轮机的最大应用水头。另一方面是由于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
水轮机基础知识 水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。早在公元前100 年前后，中国就出现了水轮机的雏形——水轮，用于提灌和驱动粮食加工器械。现代水轮机则大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。作完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。 水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。 冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类。斜击式水轮机的结构与水斗式水轮机基本相同，只是射流方向有一个倾角，只用于小型机组。 早期的冲击式水轮机的水流在冲击叶片时，动能损失很大，效率不高。1889年，美国工程师佩尔顿发明了水斗式水轮机，它有流线型的收缩喷嘴，能把水流能量高效率地转变为高速射流的动能。 理论分析证明，当水斗节圆处的圆周速度约为射流速度的一半时，效率最高。这种水轮机在负荷发生变化时，转轮的进水速度方向不变，加之这类水轮机都用于高水头电站，水头变化相对较小，速度变化不大，因而效率受负荷变化的影响较小，效率曲线比较平缓，最高效率超过91％。 20世纪80年代初，世界上单机功率最大的水斗式水轮机装于挪威的悉?西马电站，其单机容量为315兆瓦，水头885米，转速为300转／分，于1980年投入运行。水头最高的水斗式水轮机装于奥地利的赖瑟克山电站，其单机功率为22.8兆瓦，转速750转/分，水头达1763.5米，1959年投入运行。 反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。在混流式水轮机中，水流径向进入导水机构，轴向流出转轮；在轴流式水轮机中，水流径向进入导叶，轴向进入和流出转轮；在斜流式水轮机中，水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮，或以倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮；在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。 轴流式、贯流式和斜流式水轮机按其结构还可分为定桨式和转桨式。定桨式的转轮叶片是固定的；转桨式的转轮叶片可以在运行中绕叶片轴转动，以适应水头和负荷的变化。 各种类型的反击式水轮机都设有进水装置，大、中型立轴反击式水轮机的进水装置一般由蜗壳、固定导叶和活动导叶组成。蜗壳的作用是把水流均匀分布到转轮周围。当水头在40米以下时，水轮机的蜗壳常用钢筋混凝土在现场浇注而成；水头高于40米时，则常采用拼焊或整铸的金属蜗壳。