高水頭混流式水輪機的構(gòu)造特性.doc

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1、高水頭混流式水輪機的構(gòu)造特性摘要：本文對高水頭混流式水輪機的主要結(jié)構(gòu)特點及運行特性進(jìn)行了分析總結(jié)，并說明了帶副葉片的高水頭混流式水輪機的應(yīng)用優(yōu)勢和特點。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)運行特性混流式水輪機高水頭1．高水頭混流式水輪機主要結(jié)構(gòu)特點高水頭混流式水輪機由于其具有運行水頭高、額定轉(zhuǎn)速高、過流部件流速高等特點，因此，其水輪機主要部件的結(jié)構(gòu)與中低水頭的混流式水輪機相比有其自身的特點。1.1帶副葉片的水輪機轉(zhuǎn)輪由于高水頭混流式水輪機轉(zhuǎn)輪葉片較長，轉(zhuǎn)輪進(jìn)口和出口的半徑相差較大，采用常規(guī)的轉(zhuǎn)輪設(shè)計方法會造成葉片進(jìn)口處比出口處寬得多。在高水頭混流

2、式水輪機轉(zhuǎn)輪水流中，幅流成分是主要的，在哥氏力的作用下，兩葉片之間的水流流速分布很不均勻，在部分負(fù)荷運行時，可能出現(xiàn)葉片正面的某些部位水流流速為零或負(fù)的情況，特別是當(dāng)水流流速為負(fù)時，由于葉片正面出現(xiàn)負(fù)向流動而產(chǎn)生渦流區(qū)，將大大降低水輪機的效率，并引起機組較大的振動，甚至使機組無法正常運行。為了使葉片進(jìn)口寬度變窄而同時保證出口寬度不變，在兩個葉片之間靠近進(jìn)口處增加一短葉片。短葉片出水邊的位置略靠近前面一片長葉片的背面，因為在哥氏力作用下短葉片出水邊的水流和在兩長葉片中間的水流，在短葉片出水邊正、背面流速不等，即速度差過大，因

3、此，將會產(chǎn)生不必要的水力損失，當(dāng)短葉片出水邊的位置略靠近前面一片長葉片的背面就能迫使短葉片正面水流流速增加，并使正背面流速趨于相當(dāng)。增加短葉片后，大大地改善了葉片進(jìn)口區(qū)域的水流流態(tài)，但也同時加大了葉片進(jìn)口處的排擠，為了消除此影響，可以適當(dāng)減少轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)或減薄葉片厚度。由于采用長短葉片后避免了二次回流，從而使水輪機運行穩(wěn)定性好，抗空蝕性能大大提高。高水頭混流式水輪機轉(zhuǎn)輪采用鑄焊結(jié)構(gòu)，葉片用等厚不銹鋼板加壓后模壓成型，再焊接在上冠和下環(huán)上，然后打磨拋光，上冠不設(shè)置泄壓孔，其短葉片的長度約為長葉片的2/3，并且短葉片出水邊在流道

4、中不是對稱布置，其各項性能均較好，基本上無空蝕磨損破壞。1.2大軸頸偏心導(dǎo)葉對于高水頭混流式水輪機，因?qū)~高度相對較低，立面漏水相對較少。但由于水壓高，頂蓋變形大，再加上泥沙的磨損作用，使導(dǎo)葉端面間隙很快擴大，因此，解決導(dǎo)葉端面漏水十分必要。水輪機導(dǎo)葉采用的是帶翼大端面偏心結(jié)構(gòu)，同時，導(dǎo)葉軸頸裝有“0”4型整鑄聚酰胺酯密封圈以減輕導(dǎo)葉軸頸處的損壞。這種導(dǎo)葉在導(dǎo)葉的正壓面的上下端部加了翼板，并盡量加大導(dǎo)葉軸頸，一方面增加了導(dǎo)葉分布圓周上的擋水長度，另一方面又加大了導(dǎo)葉端部在上下抗磨板處覆蓋的面積，加長了導(dǎo)葉正背面之間的路徑，

5、增加了導(dǎo)葉端面泄漏阻力，從而減少了導(dǎo)葉端面的泄漏量，提高了水輪機的效率。同時，在這種結(jié)構(gòu)上還可以實現(xiàn)導(dǎo)葉軸端的自動補償型軸向密封的設(shè)置，防止多泥沙河流對導(dǎo)葉軸頸的直接侵蝕。1.3頂蓋、底環(huán)及抗磨板由于高水頭混流式水輪機導(dǎo)葉端面間隙較小，如頂蓋和底環(huán)上的抗磨板采用常規(guī)的用螺釘連接的結(jié)構(gòu)，在高水頭的作用下，抗磨板會發(fā)生局部變形，使得要獲得較小的導(dǎo)葉端面間隙幾乎不可能。因此，對高水頭混流式水輪機的頂蓋底環(huán)抗磨板一般采用焊接不銹鋼層的方法。1.4主軸密封水輪機主軸密封是水輪機檢修最多的部件之一，高水頭混流式水輪機主軸密封主要采用非

6、接觸密封結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的主軸密封主要由間隙式密封、轉(zhuǎn)輪上冠處的泵板、頂蓋排水管等組成。當(dāng)機組運行時，轉(zhuǎn)輪開始轉(zhuǎn)動，同時帶動泵板轉(zhuǎn)動裝置，由泵板帶動泵板內(nèi)腔的水轉(zhuǎn)動，使泵板進(jìn)出口的水產(chǎn)生壓差，再由排水管將水排向集水箱，作為機組冷卻水或者直接排向尾水管。機組剛起動時，間隙密封處的水是不能完全靠泵板全部排干的，極少量的水通過間隙密封處的排水管直接排至集水井，當(dāng)機組轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升后，間隙密封處的水將全部被排出，達(dá)到密封效果。機組額定轉(zhuǎn)速運行時此密封裝置的密封性能非常好。由于這種密封型式為非接觸性密封，因而完全適應(yīng)高水頭機組主軸密封區(qū)

7、域高速度的要求。間隙式密封靜止部分與運動部件不接觸，運行時無需密封潤滑冷卻水，密封件也不存在磨損現(xiàn)象，無需維護和更換。1.5頂蓋取水頂蓋取水是將轉(zhuǎn)輪上迷宮環(huán)的漏水，通過轉(zhuǎn)輪上冠的泵板作用后，取出作機組冷卻用水。為滿足電站機組供水系統(tǒng)必要的水壓和水量，結(jié)合主軸密封的型式，采用轉(zhuǎn)輪上冠無減壓孔，將上迷宮漏水全部由頂蓋排出，直接供機組技術(shù)供水系統(tǒng)；在轉(zhuǎn)輪上冠上專門設(shè)置了徑向葉片泵結(jié)構(gòu)，上迷宮的漏水，一部分直接進(jìn)入頂蓋內(nèi)腔，另一部分沿轉(zhuǎn)輪與頂蓋之間的間隙流動，并且被徑向葉片加壓后進(jìn)入頂蓋內(nèi)腔，用管路引出供技術(shù)供水。當(dāng)機組運轉(zhuǎn)時，由

8、于離心力的作用，使主軸法蘭處為低壓區(qū)，從而使主軸密封處于無水情況下運行。因此，非接觸式密封盡管由于轉(zhuǎn)輪葉片泵系統(tǒng)會增加部分能量消耗，而另一方面由于主軸密封是非接觸式的，減少了其磨擦損失，綜合起來不會降低水輪機的效率。1.6水輪機的檢修方式4高水頭混流式水輪機，特別是在含沙水流中工作的高水頭混流式水輪機，