求水轮工作原理？？

水轮机是一种将水的势能转换成机槭能的机器。以这种机器驱动发电机，便可使水能变为

电能这就是水轮发电机组。

现代水轮机，按水流作用原理和结构特点可分为两类，一类是仅利用水流动能的称为冲击

式水轮机，另一类同时利用水流动能和势能的称为反击式水轮机。

从上游水库引来的水，先流至引水室（蜗壳），然后经导向叶流入转轮叶片的弯曲形通道，

水水流对叶片产生反作用力，使叶轮转动，此时将水能转换成机槭能，流出转轮的水经尾水管排

向下游。

反击式水轮机主要有混流式、斜流式、轴流式，其主要区别在于转轮结构形式各有不同。

（1）混流式转轮一般由12-20个流线型的扭曲叶片和轮冠、下环等主要部件组成，水流从辐

向流入，轴向流出，这种水轮机的适用水头范围较广，体积较小，造价较低，广泛用于高水头。

轴流式又分螺浆式和转浆式，前者的叶片固定不动，后者的叶片可以转动。轴流式转轮一般由3-8个叶片，转轮体、泄水锥等主要部件组成。这种水轮机的过水能力较混流式为大。对于转浆式水轮机。由于叶片可随负荷改变其位置，因而在负荷变化很大的范围内，均具有较高的效率。这种水轮机的抗气蚀性能与机槭强度均比混流式差，结构也较复杂，一般适用于10的低、中水头范围。

（2）引水室的作用是使水流均匀地流入导水机构，减少导水机构的能量损失，以提高水轮

机效率。大中型水轮机水头在以上的，常采用圆形断面金属蜗壳。

（3）导水机构，一般均匀布置于转轮外围，具有一定数量的流线型导叶片及其转动机构等

组成其作用在于引导水流均匀地流入转轮，并通过调节导叶开度，来改变水轮机的过流量以适应

发电机负荷调整变化的要求，全部关闭时也可起到封水的作用。

（4）尾水管：由于转轮出口的水流还有部分剩余能量未被利用，尾水管的作用就是回收这

部分能量并将水排至下游。小型水轮机一般采用直锥型尾水管，效率高，但大中型水轮机由于尾

水管不可能挖的很深，因此均采用肘弯型尾水管。

另外对于反击式水轮机中还有贯流式水轮机、斜流式水轮机、可逆式水泵水轮机等。

冲击式水轮机：

这种水轮机利用高速水流的冲击力使水轮机转动，最常见的为水斗式。

水斗式水轮机一般用于以上的高水头水电厂。其工作部件主要有导水管、喷嘴和喷

针、水轮及蜗壳等，在水轮的外缘装有许多坚固的勺型水斗。这种水轮机在负荷变化时其效率

变化较小，但过水能力受喷嘴所限，远比辐向轴流式小。为了提高过水能力，增大单机出力和

提高效率，大型水斗式水轮机已由横轴改为竖轴，由单喷嘴发展到多喷嘴。

埋入部分包括蜗壳、座环、尾水管等都埋设于混凝土基础中。是机组的引水及过流部件一部分。

蜗壳

蜗壳分混凝土蜗壳和金属蜗壳，水头在40米以内的机组多采用混凝土蜗壳。 对于水头大于40米的水轮机由于强度的需要，一般采用金属蜗壳。金属蜗壳具有强度高、加工方便、土建施工简单以及便于和电站引水压力钢管连接等优点。

金属蜗壳有焊接和铸造两种。

对水头在40-200米左右的大中型反击式水轮机，多采用钢板焊接蜗壳，为了焊接方便，常将蜗壳分成若干个锥形环节，每个环节断面为圆形，蜗壳尾部环节因断面变小，为和座环焊接，改成椭圆形。每个锥形环节由卷板机滚压成形。

在小型混流式水轮机中，多使用整体铸造的铸铁蜗壳。对高水头大容量水轮机，通常采用铸钢蜗壳，将蜗壳和座环铸为一体。

蜗壳内部最低处，均设有排水阀，以便检修时排出积水。

座环

座环是反击式水轮机的基础部件，除了承受水压力作用外，还承受整个机组和机组段混凝土重量，因此要求有足够的强度和刚度。座环的基本机构由上环、下环和固定导叶组成。固定导叶是支撑座环，传递轴向载荷的支柱，又是过流面，同时在水轮机的主要部件的装配中，它又是一个主要的基准件，是最早安装的零部件之一。所以必须有足够的强度和刚度，同时应有良好的水力性能。

座环既是承重部件，又是过流部件，所以过流面具有流线型外形，以保证水力损失最小。

座环一般有三种结构形式：单个支柱形，半整体形，整体形。对于混流式水轮机通常采用整体结构的座环。

尾水管及基础环

尾水管是水轮机的过流通道的一部分，有直锥形和弯曲形两种。大中型水轮机中一般采用弯曲形尾水管。基础环是混流式水轮机中座环与尾水管进口段相连接的基础部件，埋设于混凝土内。转轮的下环在其内转动。

水轮机导水机构的作用，主要是形成和改变进入转轮水流的环量，采用转动式的性能良好的多导叶控制，保证水流以很小的能量损失，在不同的流量下沿圆周均匀进入转轮。保证水轮机具有良好的水力特性，调节流量，以改变机组出力，正常与事故停机时，封住水流，停止机组转动。大、中型导水机构，按其导叶轴线位置可分为圆柱式、圆锥式（灯泡式和斜流式水轮机）和径向式（全贯式水轮机）。导水机构主要由导叶、导叶操作机构、环形部件和轴套、密封等部件组成。

导叶装置结构。

导水机构环形部件有底环、顶盖、支持盖、控制环、轴承支架、推力轴承支架等。它们受力复杂、制造要求高。

底环

底环是一个扁平的环形部件，固定于座环上，大多数采用铸焊结构。大型机组中因受运输条件限制，可分为两半或更多瓣数组合。对于有泥沙磨损的电站，过流表面都采取一定的抗磨措施，目前主要是在端面装有抗磨板，多数采用0Cr13Ni5Mn的不锈钢。底环与导叶上下端面如采用橡胶密封，则在底环上车有尾槽或压板式橡胶密封槽，橡皮密封条分布圆设在导叶全关位置上，可由导叶布置图决定，现我厂主要用黄铜密封压板。底环上的导叶轴孔应与顶盖同心，中、小型机组常采用顶盖与底环同镗，大型机组现我厂用数控镗床直接镗。

控制环

控制环是传递接力器作用力，并通过传动机构转动导叶的环形部件，其主要尺寸为：大耳孔、小耳孔、把抗磨板的两个面。

导叶

导叶目前常有对称和非对称两种标准叶形。对称型导叶一般使用于蜗壳具有不完全包角的高比速轴流式水轮机中；非对称型导叶一般用于全包角蜗壳，并工作较大开度的低比速轴流式水轮机和高中比速混流式水轮机中。（圆柱式）导叶一般采用整铸，大型机组中也采用铸焊结构的。

导叶是导水机构中重要部件，在形成和改变进入转轮水流环量中起关键作用。导叶分为导叶体和导叶轴径两部分。一般为整铸，大型机组也采用铸焊。材质一般采用ZG30和ZG20MnSi。为保证导叶转动灵活，导叶上、中、下三轴要同心，径向摆度不大于中轴径公差的一半，导叶体端面与轴线不垂直允许误差不超过0.15/1000。导叶过流面型线直接影响进入转轮水流环量。导叶头部及尾部一般为不锈钢，提高抗汽蚀能力。

导叶套筒及导叶止推装置

导叶套筒是固定导叶上中轴径的部件，其结构和材质、密封和顶盖高度有关。多采用整体圆筒形式，大型机组中多为分段式的，其优点是很好调整间隙。

导叶止推装置防止导叶在水压作用下有上浮力当超过导叶自重时，导叶向上抬起，碰撞顶盖和影响连杆受力。止推压板一般为铝青铜。

导叶密封

导叶密封作用有三个，一是减少能量损失，二是调相运行时减少漏气量，三是减少气蚀。导叶密封分为立面和端面密封。

导叶轴径中、下都有密封，轴径密封时密封圈和导叶轴径之间水压贴紧封水。因此套筒上有排水孔。下轴径的密封主要时防止泥沙进入，发生轴径磨损。

导叶传动机构的型式很多，常用的有两种，一种是叉头式，其受力情况好，适用于大、中型机组上。一种是耳柄式，其主要特点是结构简单，比较适合中小机组。

耳柄传动机构，主要由导叶臂、连接板、分半键、剪断销、轴套、端盖、耳柄、旋套连杆销等组成，受力不好，但结构简单，因此比较适宜中小机组中。

叉头传动机构

叉头传动机构主要由导叶臂、连接板、叉头、叉头销、连接螺杆、螺帽、分半键、剪断销、轴套、端盖和补偿环等组成

导叶臂和导叶用分半键连接，直接传递操作力矩。导叶臂上装有端盖，用调节螺钉把导叶悬挂在端盖上，由于采用了分半键，因此在调整导叶体上下端面间隙时，导叶上下移动，而其它传动件位置不受影响。

叉头传动机构中，导叶臂与连接板上装有剪断销，如果导叶间因异物卡住，有关传动件的操作力将急剧增大，当应力增加到1.5倍时，剪断销首先剪断，保护其他传动件不受损害。

此外，连接板或控制环与叉头连接处，为了使连接螺杆保持水平，可以装补偿环进行调整。连接螺杆两端螺纹分别为左旋和右旋，以便安装中调整连杆长度和导叶开口。

转动部分主要由转轮、主轴、轴承及密封装置等组成。转轮由上冠、下环、叶片装焊而成。水轮机主轴大多铸造。导轴承结构型式很多，根据电站使用条件，有采用水润滑、稀油润滑、干油润滑等几种类型轴承。一般电站多采用稀油筒式或分块瓦轴承。

混流式转轮

混流式转轮由上冠、叶片和下环组成。上冠通常装有减少漏水损失的止漏环，减少轴向水推力的减压装置，它的上发兰面与主轴连接，下部接`泄水锥。下环也装有止漏装置。

轴流式转轮的叶片

轴流式转轮的叶片（转换能量的主要部件）由本体和枢轴两部分组成，叶片本体和枢轴的连接方式有的采用整铸（一般转轮直径在5米以下），有的采用分别铸造，加工后用螺钉、销钉等机械零件组合。（一般转轮直径在5米以上）其采制一般为ZG30和ZG20MnSi。转轮的叶片数量一般为4、5、6、8。

转轮体

转轮体上装全部叶片和操作机构，上部与主轴连接，下部接泄水锥，形状复杂。通常转轮体采用ZG30和ZG20MnSi整铸而成。外型多为球型，减少容积损失。转轮体具体结构要根据接力器布置位置、操作机构的形式而定。其与主轴连接中联轴螺钉只承受轴向力，扭矩由沿合缝面的径向分布的圆柱销承受。

操作机构

带操作架直连杆机构: 1、叶片转角在中间位置时，转臂水平，连杆垂直。 2、转臂与叶片用圆柱销传递转矩，径向位置由卡环定位。 3、连杆分为内、外连杆受力均匀。 4、操作架上带耳柄，便于装配中调整，耳柄与操作架配合端面由限位销，防止耳柄固定时连杆产生偏卡。 5、操作架多采用“工”字形。多数采用在叶片数4~6的中小机组中。

不带操作架直连杆机构: 1、取消操作架，连杆和转臂由接力器活塞直接带动。大型机组中。

带操作架斜连杆机构: 1、叶片转角在中间位置时，转臂和连杆都有较大倾斜角。2、增大了接力器行程，叶片数较多的转轮中。

转轮室

转轮室为全球形钢板焊接结构，中间易空蚀部位采用不锈钢制造，以提高抗空蚀能力转轮室具有足够的刚度，满足机组运行时转轮叶片与转轮室间隙均匀的要求。我厂制造加工中已经形成完善的加工方法：A、数控立车加工。B、仿形法加工。尾水管直锥段采用钢板里衬，厂内成型，工地组焊 。