水輪機基本知識問答

1、水輪機基本知識問答1 .什么是水輪機？答：一種將水能（包括水流的位能、壓能和動能）轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機械能的動力機械。它和發(fā)電機共同構(gòu)成水輪發(fā)電機組。2 .水輪機的主要工作參數(shù)工作水頭H、流量Q、出力N、效率"轉(zhuǎn)速n是怎樣定義的？答：水輪機工作水頭H,是指水輪機進口斷面（通常指渦殼進口斷面）與水輪機出口斷面（通常指尾水管出口斷面）的單位能量差，單位為m。它的大小表征水輪機利用水流單位能量的多少，影響水電站的開發(fā)方式、機組類型和經(jīng)濟效益。它有如下幾個特征水頭值：水輪機的設(shè)計水頭Hr,是水輪機按額定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時發(fā)出額定出力所必需的最小水頭。水輪機的最大水頭Hmax,是水輪機運行中允許的最大工作水頭

2、。水輪機的最小水頭Hmin,是保證水輪機穩(wěn)定運行的最小工作水頭。水輪機流量，是指單位時間內(nèi)通過水輪機的水流體積，單位為m3/s。水流出力Ns，是指具有一定水頭和流量的水流輸入給水輪機的功率，N9.81QH（kw）。水輪機出力N,是指單位時間內(nèi)水輪機主軸所輸出的功率，單位為kw。水輪機效率疑，是指水輪機對水能的有效利用率,Ns°水輪機轉(zhuǎn)速n,是指水輪機在單位時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)的次數(shù)，單位為r/min。3 .水利機標稱直徑Di是怎樣規(guī)定的?答：混流式水輪機Di是指轉(zhuǎn)輪機葉片進水邊的最大直徑。軸流式和斜流式水輪機Di是指葉片旋轉(zhuǎn)中心線與轉(zhuǎn)輪室表面相交處的轉(zhuǎn)輪室內(nèi)徑。水斗式水輪機Di是指轉(zhuǎn)輪與射流中

3、心線相切處的節(jié)圓直徑。4 .水輪機分為幾大類型？反擊式水輪機又分為幾種型式？具相應(yīng)的特點怎樣？答：根據(jù)水流能量轉(zhuǎn)換的特征不同，把水輪機分為兩大基本類型：反擊式水輪機：利用水流的勢能（位能和壓能）和動能的水輪機。沖擊式水輪機：只利用水流動能的水輪機。反擊式水輪機按水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪的方向及結(jié)構(gòu)特征不同，又分為混流式水輪機（代表符號HL）：水流徑向進入轉(zhuǎn)輪，經(jīng)旋轉(zhuǎn)改變方向，然后轉(zhuǎn)為軸向流出。一般應(yīng)用在中高水頭電站。軸流式水輪機（代表符號ZL）:水流進入和流出這種水輪機的轉(zhuǎn)輪時，都是軸向的。根據(jù)葉片在運轉(zhuǎn)中能否轉(zhuǎn)動，又分為：軸流定漿式水輪機（代表符號ZD）：轉(zhuǎn)輪葉片固定不動。一般應(yīng)用于水頭和負荷變化幅度較

4、小的低水頭電站。軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機（代表符號ZZ）:其葉片可繞輪葉軸線旋轉(zhuǎn)，根據(jù)負荷變化導(dǎo)葉與輪葉可以按一定協(xié)聯(lián)關(guān)系而饒自身軸轉(zhuǎn)動，以適應(yīng)水流情況，保持效率變化不大。一般應(yīng)用在負荷變化較大的低水頭電站。斜流式水輪機（代表符號XL）:水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪葉片時是傾斜與軸線某一角度的方向，葉片可以轉(zhuǎn)動，在水頭和負荷變化較大時，也能保持較高效率。一般應(yīng)用在抽水蓄能電站中。貫流式水輪機（代表符號GL）:一種流道呈直線狀的臥軸水輪機，水流經(jīng)水輪機時，是沿軸向“直貫”通過。具結(jié)構(gòu)和特性與軸流式相近，一般應(yīng)用在潮汐電站中。5 .反擊式水輪機的主要過流部件有哪些？它們又分為哪些類型？答：反擊式水輪機的主要過流部件有四個

5、：引水部件（引水室）：引導(dǎo)并集中水流流入轉(zhuǎn)輪的部件。它按其特征又分為渦殼式（有金屬渦殼和混疑土渦殼之分。一般在水頭大于40m采用金屬渦殼，小于40m采用混疑土渦殼）、明梢式、罐式、燈泡式、豎井式、虹吸式、軸伸式，常用的為前三種，后四種一般應(yīng)用在貫流式水輪機中。導(dǎo)水部件：使流入轉(zhuǎn)輪的水流具有所需要的速度方向和大小的導(dǎo)向部件。其按導(dǎo)葉軸的位置和水流流經(jīng)導(dǎo)葉的方向不同又分為三種型式：徑向式導(dǎo)水部件：導(dǎo)葉軸位于同一個圓柱面上，水流流經(jīng)導(dǎo)葉的方向是徑向的。一般應(yīng)用在混流式和軸流式水輪機中。軸向式導(dǎo)水部件：導(dǎo)葉軸位于圓盤上，水流流經(jīng)導(dǎo)葉的方向是軸向的。一般應(yīng)用在貫流式水輪機中。斜向式導(dǎo)水部件：導(dǎo)葉軸位于圓

6、錐面上，水流流經(jīng)導(dǎo)葉的方向是傾斜主軸方向。一般應(yīng)用在貫流式和斜流式水輪機中。工作部件：把引入轉(zhuǎn)輪的水流的水能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動剛體機械能的能量部件。其按水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪輪葉的方向不同又分為三種型式：混流式轉(zhuǎn)輪。軸流式轉(zhuǎn)輪，它又分為軸流定漿式轉(zhuǎn)輪和軸流轉(zhuǎn)漿式轉(zhuǎn)輪。斜流式轉(zhuǎn)輪。尾水管：將轉(zhuǎn)輪流出的水流引向下游，并利用其余能的泄水部件。具按結(jié)構(gòu)形狀分為兩類：直錐形尾水管：一般應(yīng)用在小型水電站中彎肘形尾水管：一般應(yīng)用在大型水電站中。6 .水輪機型號編制規(guī)則是怎樣的？答：水輪機產(chǎn)品型號由三部分組成，各部分之間用“-”分開。型號的第一部分，由水輪機型式及轉(zhuǎn)輪型號組成。水輪機型式用兩個漢語拼音字母表示，其型式代號見表6

7、-1;在水輪機型式代表符號后加“N”表示可逆式水力機械。轉(zhuǎn)輪型號用阿拉伯?dāng)?shù)表示，它代表該水輪機轉(zhuǎn)輪的特征比轉(zhuǎn)速。型號第二部分，由兩個漢語拼音字母組成，前一個表示主軸布置形式，見表6-2;后一個表示引水室結(jié)構(gòu)特征，見表6-3。型號第三部分，由水輪機標稱直徑Di（以cm表示）組成;對水斗式水輪機，型號第三部分表示為：水輪輪機班的標稱直徑,水斗寸水於作用在每一個轉(zhuǎn)噬嘴:數(shù)設(shè)計射流需9、工匕機有時在同一軸上裝有一個以上轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪的數(shù)目表示在水輪機符號的前面。水輪機型式代號代號混流式HL軸流式ZL軸流定漿式ZD軸流轉(zhuǎn)漿式ZZ切擊式（水斗式）QJ雙仙SJ斜擊式XJ貫流轉(zhuǎn)漿式GZ貫流定漿式GD表6-1水輪機

8、型式代號主軸布置形式代號立軸L臥軸W表6-2主軸布置形式代號引水室特征代號金屬渦殼J1混疑土渦殼H燈泡式P明槽式tM罐式G豎井式S虹吸式H軸伸式Z表6-3引水室代號7 .混流式水輪機通流部件有哪些？它們相互位置關(guān)系如何？答：按水流流經(jīng)部件的次序，混流式水輪機通流部件有渦殼，座環(huán)，導(dǎo)葉，頂蓋，底環(huán)，轉(zhuǎn)輪，尾水管。它們相互位置關(guān)系：渦殼為最外層，從四周包圍著座環(huán)，并與座環(huán)的上、下環(huán)相連接。座環(huán)上下環(huán)之間均布著能承重的固定導(dǎo)葉。頂蓋放置在座環(huán)的上下內(nèi)法蘭上，底環(huán)放置在下?lián)Q法蘭上。頂蓋和底環(huán)上下相對構(gòu)成環(huán)形過流通道。通道內(nèi)均布著若干個活動導(dǎo)葉以調(diào)節(jié)流量。活動導(dǎo)葉下軸徑放置在底環(huán)預(yù)留的軸孔中，活動導(dǎo)葉上

9、半段軸穿過頂蓋預(yù)留孔，與頂蓋上面導(dǎo)葉傳動機構(gòu)相連接。座環(huán)下端通過基礎(chǔ)環(huán)與尾水管上端相連接。頂蓋之下，尾水管之上是轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪四周被活動導(dǎo)葉所包圍。8 .座環(huán)的作用是什么？它由哪幾種構(gòu)件組成？答：座環(huán)的作用是：水輪機的承重部件；水輪機的通流部件;水輪機的安裝基準件座環(huán)由上環(huán)、固定導(dǎo)葉和下環(huán)三種構(gòu)件組成。9 .導(dǎo)水機構(gòu)有哪些部件組成？其導(dǎo)葉傳動機構(gòu)的主要零部件有哪些？答：導(dǎo)水機構(gòu)有頂蓋、底環(huán)、導(dǎo)葉、導(dǎo)葉臂、連桿、控制環(huán)和接力器等部件組成。導(dǎo)葉傳動機構(gòu)主要零部件有控制環(huán)、連桿、導(dǎo)葉臂、分半鍵、剪斷銷、叉頭（或耳柄）、連接螺桿（或旋套）。10 .混流式水輪機頂蓋的作用是什么？答：頂蓋位于導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪上方，

10、它的作用是：與底環(huán)一起形成導(dǎo)水機構(gòu)的流道；支持導(dǎo)葉套筒及導(dǎo)葉傳動機構(gòu)；其上要安裝導(dǎo)軸承及其它附屬裝置。11 .導(dǎo)葉的立面間隙和端面間隙是如何調(diào)整的？答：導(dǎo)葉立面間隙的調(diào)整，是通過導(dǎo)葉傳動裝置的補償元件加以調(diào)整。對于叉頭式傳動機構(gòu)，補償元件是調(diào)整螺桿（或現(xiàn)配偏心銷軸）；對于耳柄式傳動機構(gòu)，補償元件是旋套。導(dǎo)葉端面簡隙的調(diào)整，是通過導(dǎo)葉軸頸頂端上的調(diào)節(jié)螺釘。12 .導(dǎo)水機構(gòu)常用的安全裝置是什么？其工作原理如何？答：導(dǎo)水機構(gòu)常用的安全裝置是剪斷銷。其中部做成薄弱的斷面，在正常調(diào)節(jié)導(dǎo)葉傳動時，剪斷銷有足夠的強度傳遞操作力矩。當(dāng)關(guān)?。ɑ蜷]）導(dǎo)葉時，若有異物卡在導(dǎo)葉之間，所需操作力矩急劇增加，當(dāng)操作力增大

11、到正常應(yīng)力的1.5倍時，剪斷銷被剪斷，被卡住的導(dǎo)葉失去控制，而其它導(dǎo)葉繼續(xù)向關(guān)閉方向運動。剪斷銷的中心孔內(nèi)裝有信號裝置，當(dāng)剪斷銷被剪斷時發(fā)出信號。13 .混流式水輪機常用的接力器有哪幾種型式？答：按接力器缸的形式，混流式水輪機常用的接力器可分為兩種：直缸接力器，其又可分為單導(dǎo)管直缸型、雙導(dǎo)管直缸型、小直缸型和搖擺式等型式。環(huán)形缸接力器，其又可分為活塞動和缸動兩種型式。14 .混流式轉(zhuǎn)輪式由哪些構(gòu)件組成？能量轉(zhuǎn)換是在哪個構(gòu)件上進行的？答：混流式轉(zhuǎn)輪由上冠、葉片、下環(huán)、泄水錐、止漏環(huán)和減壓裝置組成。能量轉(zhuǎn)換是在葉片上進行的。15 .混流式轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)型式有哪幾種？各有什么特點？答：混流式轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)型

12、式有三種：整鑄轉(zhuǎn)輪：上冠、葉片和下環(huán)一起整體澆鑄成型的轉(zhuǎn)輪。一般采用鑄鐵或碳鋼；為了跳高轉(zhuǎn)輪的強度、抗磨和抗氣蝕性能，也可采用高強度的低合金鋼。其主要用于低水頭的小型轉(zhuǎn)輪。鑄焊轉(zhuǎn)輪：上冠、葉片和下環(huán)分別鑄造，然后按技術(shù)要求焊接成轉(zhuǎn)輪整體。葉片單獨加工，且采用抗氣蝕、耐磨損的材料，轉(zhuǎn)輪水力性能好。具被廣泛采用。壓模鑄焊轉(zhuǎn)輪：將葉片用鋼板在模具中壓制成型，上冠、下環(huán)分別鑄造，然后焊接成整體。此種結(jié)構(gòu)具有鑄焊結(jié)構(gòu)的特點，又可避免葉片型線加工的困難，制造中小型轉(zhuǎn)輪應(yīng)用較多。16 .混流式水輪機的止漏環(huán)有幾種型式？特點怎樣？答：混流式水輪機的止漏環(huán)有三種型式：間隙式止漏環(huán)：它是以動件與不動件之間形成很小

13、的直通間隙以減少漏水，其間隙d>0,001DiO其結(jié)構(gòu)簡單，與轉(zhuǎn)輪的同心度高，制造、安裝和測量方便，抗磨性能好。但止漏效果較差，一般用于低水頭或多泥沙的水電站，水頭較高時常與梳齒式配合使用。迷宮式止漏環(huán)：它是由一系列突然擴大和收縮斷面的間隙組成，利用增大局部阻力減少漏水量，止漏效果好。間隙6=0.0005Di。這種止漏環(huán)的安裝精度較高，一般用于中低水頭、水質(zhì)較清潔的電站。梳齒式止漏環(huán)：它的轉(zhuǎn)動部分和固定部分呈犬牙交錯配合，形成若干直角轉(zhuǎn)彎的間隙，使水流方向和過水?dāng)嗝娲笮“l(fā)生變化以增大阻力而減少漏水。它通常水平安放，水平間隙6=12mm,軸向間隙仇=/h,h為抬機高度。梳齒式止漏環(huán)的止漏效

14、果好，但與轉(zhuǎn)輪的同心度不易保證，間隙不易測量，安裝不方便。這種結(jié)構(gòu)多用于中、高水頭的水輪機。16 .混流式水輪機的減壓裝置起什么作用？常用的減壓裝置有哪些？答：混流式水輪機的減壓裝置的作用是減小轉(zhuǎn)輪軸向水推力。常用的減壓裝置有兩種：引水板與泄水孔；均壓管和泄水孔。17 .混流式水輪機主軸有哪幾種型式？適用什么場合？答：混流式水輪機主軸有兩種型式：單法蘭：常為實心階梯軸，無法蘭一端開有鍵梢，用鍵與轉(zhuǎn)輪連接傳遞扭矩。法蘭端開有止口，用與發(fā)電機軸法蘭盤對中心。法蘭盤用螺栓連接。這種型式常用于中小型臥式水輪機。對大中型傘式機組，主軸不分段，可少用一對法蘭，單法蘭用于與水輪機連接，軸身為中空的。雙法蘭：

15、一端與轉(zhuǎn)輪相連，一端與發(fā)電機相連。中小型水輪機常用實心軸，大中型水輪機采用空心軸，即能減輕重量，由布影響軸的強度和剛度。18 .混流式水輪機分塊瓦式導(dǎo)軸承和圓筒式導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)特點怎樣？答：分塊瓦式導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)特點：主軸帶有軸領(lǐng)；軸瓦是分塊的。圓筒式導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)特點：軸承合金直接澆鑄在軸承體上，沒有分塊軸瓦，軸承體根據(jù)軸承尺寸和工藝的可能性，分成兩半或更多，安裝時組合成整體，形成整體的軸瓦；具有和軸一起旋轉(zhuǎn)的下油箱和固定的上油箱。19 .臥式水輪機的軸承要承受幾種力？答：臥式機組導(dǎo)軸承既要承受機組旋轉(zhuǎn)徑向力，還要承受旋轉(zhuǎn)部分重量。20 .混流式主軸密封有哪些型式？答：按其工作方式分為兩類：一類是

16、在水輪機正常運行時起封水作用的密封，稱工作密封，其結(jié)構(gòu)型式有填料函式、橡膠平板式和端面式等型式；另一類是下游水位高于導(dǎo)軸承的水輪機，在停機、導(dǎo)軸承或密封裝置檢修時起封水作用的密封，稱為檢修密封，其結(jié)構(gòu)型式有機械式、圍帶式和抬機式等。21 .混流式水輪機補氣裝置的作用是什么？常見的補氣方式有幾種？答：混流式水輪機在低負荷（40%-70喊定出力）時運行，微水管中出現(xiàn)渦帶和壓力脈動，也使氣蝕加劇，此時補入適量的空氣，可以增加水的彈性減輕機組的振動，改善水輪機的運行狀態(tài)。常見的補氣方式有兩種型式：軸心孔補氣；尾水管補氣。22 .混流式水輪機的緊急真空破環(huán)閥起什么作用？常見的型式有幾種？答：當(dāng)機組事故緊

17、急關(guān)閉導(dǎo)水機構(gòu)時，由于水流的慣性作用，在轉(zhuǎn)輪室內(nèi)產(chǎn)生很大的真空，而引起很大的沖擊力，甚至出現(xiàn)抬機現(xiàn)象。在這種緊急狀態(tài)下，向轉(zhuǎn)輪室補入空氣破壞真空，減小沖擊力和抬機高度，以保護機組結(jié)構(gòu)不致遭受破壞。常見的型式有強迫式和自吸式兩種。23 .軸流式水輪機結(jié)構(gòu)和混流式水輪機結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別有哪些？答：兩者主要區(qū)別有以下幾點：轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)型式不同，混流式水輪機的葉片邊與主軸是近似平行的，而軸流式水輪機的葉片進口邊幾乎是與主軸相垂直，并且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，尤其是轉(zhuǎn)漿式水輪機，轉(zhuǎn)輪內(nèi)部裝有一套操作轉(zhuǎn)輪葉片的機構(gòu)。在水頭低于3035的情況下，軸流式水輪機通常采用混凝土的非完全渦殼，而混流式多采用金屬渦殼。軸流式水輪機的

18、導(dǎo)葉上端為頂蓋，轉(zhuǎn)輪上面為支持蓋。而混流式水輪機導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪上面合用一個頂蓋。24 .軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(zhuǎn)輪一般由哪些部件組成？答：其轉(zhuǎn)輪一般由轉(zhuǎn)輪體、葉片、泄水錐、密封裝置和一套葉片操作機構(gòu)等部件組成。25 .轉(zhuǎn)漿式水輪機葉片操作機構(gòu)的作用是什么？答：葉片操縱機構(gòu)裝在轉(zhuǎn)輪體內(nèi)，用來轉(zhuǎn)動葉片，變更葉片的轉(zhuǎn)角，使其與導(dǎo)葉開度相適應(yīng)，從而保證水輪機效率在任一工況下變化不大。26 .轉(zhuǎn)漿式水輪機設(shè)置葉片密封裝置的原因是什么？答：由于轉(zhuǎn)漿式的葉片法蘭與轉(zhuǎn)輪之間存在著相對轉(zhuǎn)動的間隙，因此客觀上為體內(nèi)壓力油漏出和體外壓力水滲入提供了途徑。為此，必須設(shè)置葉片密封止漏裝置。27 .造成機組產(chǎn)生抬機有哪些原因？答：

19、有如下一些原因：機組甩負荷和事故緊急關(guān)閉導(dǎo)水葉時，尾水管內(nèi)由于真空而中斷了水流的連續(xù)性，有可能出現(xiàn)強烈的大于機組轉(zhuǎn)動部分總重量的反向軸向力；水輪機由空載工況轉(zhuǎn)為調(diào)相運行時，導(dǎo)葉由空載緩慢關(guān)至零，當(dāng)轉(zhuǎn)輪下部空氣閥關(guān)閉，也可能會產(chǎn)生大于機組轉(zhuǎn)動部分總重量的反向軸向力。28 .什么是水輪機的氣蝕？答：在水輪機的流道中，由于邊界條件的變化，某些地方流速會增加，致使壓力降低。由于水中含有氣蝕核（小氣泡、空氣），當(dāng)壓力低于汽化壓力時水會發(fā)生汽化，釋放出蒸氣泡，溶解在水中的氣體也會分離出來，變成空氣泡，這些蒸氣泡和空氣泡的混合物，一般稱為汽穴。這些微泡的形成、發(fā)展、潰裂以及對過流表面所產(chǎn)生的破壞過程稱為氣蝕

20、。29 .水輪機的氣蝕有哪些類型？答：水輪機的氣蝕有四種類型：翼型氣蝕：發(fā)生在轉(zhuǎn)輪葉片背面低壓區(qū)上的一種氣蝕。間隙氣蝕：當(dāng)水流通過狹小通道或縫隙時，若其局部流速升高導(dǎo)致壓力降低到一定程度時所發(fā)生的一種氣蝕。局部氣蝕：水流繞流不平表面時由于局部壓力降低所發(fā)生的一種氣蝕?？涨粴馕g：反擊式水輪機在非設(shè)計工況下運行時，轉(zhuǎn)輪出口水流具有一定的圓周分量，水流在尾水管中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)水流的中心產(chǎn)生渦帶。渦帶的中心形成很大的真空。真空渦帶周期性的掃射尾水管管壁，造成尾水管管壁破壞的一種氣蝕。30 .水輪機氣蝕破壞造成的后果和影響怎樣？答：氣蝕直接破壞水輪機的過流部件，特別是轉(zhuǎn)輪葉片，嚴重時可使葉片穿孔、缺口甚至脫落；水輪機在氣蝕情況下運行，出力和效率都要顯著降低，并且要引起噪音、機組的強烈振動和運行的不穩(wěn)定；氣蝕縮短了檢修周期，延長了檢修工期，氣蝕檢修要耗用大量的貴重金屬材料和人力物力。31 .采取哪些措施來防止或減緩水輪機的氣蝕破壞？答：采取四個方面的防護措施：設(shè)計方面：改善水輪機轉(zhuǎn)輪的水力設(shè)計；優(yōu)化選型設(shè)計。制造方面：提高制造加工的工藝水平；采用抗氣蝕的材料。運行方面：改善運行條件，合理選定工作區(qū)；進行氣蝕補氣：i主軸中心孔補氣；ii尾水管補氣。檢修方面：加強氣蝕檢修；金屬堆焊修整；采用抗氣蝕材料作表面防護。32 .在裝