高水頭混流式水輪機(jī)的構(gòu)造特性

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1、高水頭混流式水輪機(jī)的構(gòu)造特性摘要：本文對(duì)高水頭混流式水輪機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及運(yùn)行特性進(jìn)行了分析總結(jié)，并說(shuō)明了帶副葉片的高水頭混流式水輪機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)運(yùn)行特性混流式水輪機(jī)高水頭1．高水頭混流式水輪機(jī)主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高水頭混流式水輪機(jī)由于其具有運(yùn)行水頭高、額定轉(zhuǎn)速高、過(guò)流部件流速高等特點(diǎn)，因此，其水輪機(jī)主要部件的結(jié)構(gòu)與中低水頭的混流式水輪機(jī)相比有其自身的特點(diǎn)。1.1帶副葉片的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪由于高水頭混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片較長(zhǎng)，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(jì)方法會(huì)造成葉片進(jìn)口處比出口處寬得多。在高水頭混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)

2、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(yùn)行時(shí)，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(shí)，由于葉片正面出現(xiàn)負(fù)向流動(dòng)而產(chǎn)生渦流區(qū)，將大大降低水輪機(jī)的效率，并引起機(jī)組較大的振動(dòng)，甚至使機(jī)組無(wú)法正常運(yùn)行。為了使葉片進(jìn)口寬度變窄而同時(shí)保證出口寬度不變，在兩個(gè)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(zhǎng)葉片的背面，因?yàn)樵诟缡狭ψ饔孟露倘~片出水邊的水流和在兩長(zhǎng)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(guò)大，因此，將會(huì)產(chǎn)生不必要的

3、水力損失，當(dāng)短葉片出水邊的位置略靠近前面一片長(zhǎng)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(shí)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(zhǎng)短葉片后避免了二次回流，從而使水輪機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性好，抗空蝕性能大大提高。高水頭混流式水輪機(jī)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(zhǎng)度約為長(zhǎng)葉片的2/3，并且短葉片出水邊在流道中不是對(duì)稱布置，其各項(xiàng)性能均較

4、好，基本上無(wú)空蝕磨損破壞。1.2大軸頸偏心導(dǎo)葉對(duì)于高水頭混流式水輪機(jī)，因?qū)~高度相對(duì)較低，立面漏水相對(duì)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(kuò)大，因此，解決導(dǎo)葉端面漏水十分必要。水輪機(jī)導(dǎo)葉采用的是帶翼大端面偏心結(jié)構(gòu)，同時(shí)，導(dǎo)葉軸頸裝有“0”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(zhǎng)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(zhǎng)了導(dǎo)葉正背面之間的路徑，增加了導(dǎo)葉端面泄漏阻力，從而減少了導(dǎo)葉端面

5、的泄漏量，提高了水輪機(jī)的效率。同時(shí)，在這種結(jié)構(gòu)上還可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)葉軸端的自動(dòng)補(bǔ)償型軸向密封的設(shè)置，防止多泥沙河流對(duì)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(jī)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(huì)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(duì)高水頭混流式水輪機(jī)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(jī)主軸密封是水輪機(jī)檢修最多的部件之一，高水頭混流式水輪機(jī)主軸密封主要采用非接觸密封結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的主軸密封主要由間隙式密封、轉(zhuǎn)

6、輪上冠處的泵板、頂蓋排水管等組成。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)泵板轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，由泵板帶動(dòng)泵板內(nèi)腔的水轉(zhuǎn)動(dòng)，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(jī)組冷卻水或者直接排向尾水管。機(jī)組剛起動(dòng)時(shí)，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(guò)間隙密封處的排水管直接排至集水井，當(dāng)機(jī)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(jī)組額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)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(jī)組主軸密封區(qū)域高速度的要求。間隙式密封靜止部分與運(yùn)動(dòng)部件不接觸，運(yùn)行時(shí)無(wú)需

7、密封潤(rùn)滑冷卻水，密封件也不存在磨損現(xiàn)象，無(wú)需維護(hù)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(guò)轉(zhuǎn)輪上冠的泵板作用后，取出作機(jī)組冷卻用水。為滿足電站機(jī)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(wú)減壓孔，將上迷宮漏水全部由頂蓋排出，直接供機(jī)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(dòng)，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(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，使主軸法蘭處為低壓區(qū)，從而使主軸密封處于無(wú)水情況下運(yùn)行。

8、因此，非接觸式密封盡管由于轉(zhuǎn)輪葉片泵系統(tǒng)會(huì)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(lái)不會(huì)降低水輪機(jī)的效率。1.6水輪機(jī)的檢修方式高水頭混流式水輪機(jī)，特別是在含沙水流中工作的高水頭混流式水輪機(jī)，由于