1、水輪機相關知識高效培訓目錄一水輪機概述二三水輪機分類及型號水輪機結構四 水輪機常見問題及分析五小結一、水輪機概述1、水力發電根本原理 水輪機獲得旋轉的機械能后帶動發電機旋轉，發電機便將旋轉的機械能轉換成電能。2 、水輪機的根本工作參數 當水流通過水輪機時，水流的能量被轉換為水輪機轉輪的機械能，就把這一能量轉換的過程的參數，來作為水輪機的根本工作參數。 水輪機的根本工作參數主要有：工作水頭H、流量Q、出力N、效率、轉速n、轉輪直徑D等。2流量Q 單位時間內通過水輪機的水流體積稱為流量，其代表符號為Q，單位為m/s. 水輪機進口端面與出口斷面的單位能量差，稱為水輪機的工作水頭。1工作水頭H5 水輪

2、機出力是水輪機軸端輸出的功率，常用符號P表示，常用單位Kw。 水輪機的輸入功率為單位時間內通過水輪機的水流的總能量，即水流的出力，常用符號Pn表示，那么Pn=rQH=9.81QH (Kw)1-3 由于水流通過水輪機時存在一定的能量損耗，所以水輪機出力P總是小于水流出力Pn。 水輪機的輸入和輸出功率之比稱為水輪機的效率，用符號表示。 =P/Pn 1-4 由于水輪機在工作過程中存在能量損耗，故水輪機的效率1。 由此，水輪機的出力可寫成P=Pn=9.81QHKw1-5 水輪機將水能轉化為水輪機軸端的出力，產生旋轉力矩M用來克服發電機的阻抗力矩，并以角速度w旋轉。水輪機出力P、旋轉力矩M和角速度w之間

3、有以下關系式 P=M w =M2.n/60 1-6式中 w 水輪機旋轉角速度，rad/s； M水輪機主軸輸出的旋轉力矩，Nm； n水輪機轉速，r/min。3出力P和效率64轉速n 水輪機的轉速是指水輪機轉輪在單位時間內旋轉的次數，用n表示，單位為 r/min. 如果當轉子只有一對磁極時轉子旋轉一周，定子繞組中的感應電勢正好交變一次，所以電勢每秒交變次數等于轉子每秒的旋轉次數；當轉子有P對磁極時轉子旋轉一周，定子繞組中感應電勢交變P次，所以電勢每秒的交變次數等于轉子每秒旋轉次數的P倍，設轉子的轉速n r/min 那么感應電勢每秒交變 pn/60 次，即電勢的頻率為 f=pn/60 Hz，又得：

4、n=60fp r/min7 自然界有多種能源，其中有很多式可以開發利用的，目前已被利用的能源中主要有熱能、水能、風能和核能。其中水能是一種最經濟的能源，水能的開發利用已受到越來越多的關注。我國有著豐富的水力資源，對水能的開發利用已受到社會的廣泛關注，對水能最重要的開發形式就是興建各種各樣的水電站。水輪機作為將水能轉換成旋轉機械能的一種水力原動機，是水電站中最重要的組成局部。根據轉輪轉換水流能量方式的不同，水輪機分成兩大類：還擊式水輪機和沖擊式水輪機。還擊式水輪機包括混流式、軸流式、斜流式和貫流式水輪機；沖擊式水輪機分為水斗式、斜擊式和雙擊式水輪機。二、水輪機分類及型號8水輪機類型：水輪機還擊式

5、水輪機沖擊式水輪機混流式軸流式貫流式斜流式切擊式斜擊式雙擊式水流的壓力能轉變為機械能 水流的高速射流動能轉變為機械能 9還擊式水輪機：還擊式水輪機轉輪區內的水流在通過轉輪葉片流道時，始終是連續充滿整個有壓流動，并在轉輪空間曲面型葉片的約束下，連續不斷地改變流速的大小和方向，從而對轉輪葉片產生一個反作用力，驅動轉輪旋轉。當水流通過水輪機后，其動能和勢能大局部被轉換成轉輪的旋轉機械能。混流式水輪機 如圖1-1所示，水流從四周沿徑向進入轉輪，然后近似以軸向流出轉輪。混流式水輪機應用水頭范圍較廣，約為20700m，結構簡單，運行穩定且效率高，是現代應用最廣泛的一種水輪機。圖1-1混流式水輪機圖1-1混

6、流式水輪機1主軸；2葉片；3導葉我廠的水輪機類型為混流式 混流式水輪機：混流式水輪機結構簡單，運行可靠，效率高，應用于水頭范圍寬闊，水流沿徑向進入轉輪而軸向流出轉輪。與其他型式的水輪機相比，當運行條件相同時，混流式的能量特性比水斗式好，面抗氣蝕性能比軸流式強，額定負荷時效率高。同時，它的結構簡單，制造、安裝方便，運轉可靠，因而得到廣泛的應用。 11水輪機型號：水輪機型號： 1 2 3 4 51、 水輪機類型HL：混流式，XL：斜流式，ZD：軸流定槳式，ZZ：軸流轉槳式，GD：貫流定槳式，GZ：貫流轉槳式QJ：切擊式，XJ：斜擊式，SJ：雙擊式2、 轉輪型號效率88%，水頭以m計，出力以kW計的

7、比轉速3、 主軸布置方式L：立軸布置，W：臥軸布置4、引水室特征M：明槽引水，J：金屬蝸殼，H：混凝土蝸殼，P：燈泡式，G：罐式，S：豎井式，X：虹吸式，Z：軸伸式5、轉輪標稱直徑cm我廠水輪機型號：HLA743-LJ-39512三、水輪機結構簡介 由于水輪機類型較多，這次培訓主要講述我廠的水輪機結構，總體來說水輪機分為埋入局部、導水機構、轉動局部、水導軸承、主軸密封、檢修密封、接力器及機組自動化等幾個主要部件。1、埋入局部埋入局部由肘管、錐管、座環、蝸殼、機坑里襯等組成。 尾水管里襯根底環預留坑蝸殼機坑里襯座環尾水管作用：用來回收轉輪出口水流中的剩余能量。132、導水機構 2.1 導水機構包

8、括底環、頂蓋、導葉、套筒、控制環等零件。2.2 作用：、當機組的負荷發生變化時，用來調節進入水輪機轉輪的水量，改變水輪機的出力，使其與水輪發電機的電磁功率相應。 、正常與事故停機時，用來截斷水流，使機組停止轉動。 、水輪機運行時，使水流按有利的方向均勻地流入轉輪。143、轉動局部 轉動局部包括轉輪、主軸、護罩等部件。，其中轉輪在轉動局部極為重要，以下單獨講解轉輪。轉輪上冠：上冠的作用是上不連接主軸，下部支撐葉片并與下環一起構成過流通道。葉片或稱輪葉：葉片是水輪機轉輪實現水能轉換的核心。葉片的粗糙度、波浪度、尺寸、形狀和厚度是否均勻、合理和一致，對水輪機的性能如效率、空蝕都將產生不同程度的影響。

9、15下環：下環將轉輪的葉片練成整體，以增加轉輪的強度和剛度，并與上冠一起形成過流通道。泄水錐：泄水錐作用是引導經葉片流道出來的水流迅速而又順利地向下渲泄，防止水流相互撞擊，以減少水力損失，提高水輪機的效率。止漏環：作用是減少轉輪上下轉動間隙的漏水量。減壓裝置：作用是減少作用在轉輪上冠上的軸向水推力，以減輕推力軸承的負荷。164、主軸密封 主軸密封上設有檢修空氣圍帶及水壓端面密封。與端面密封接觸的轉環上鋪設有不銹鋼抗磨環，密封塊為中硬耐油耐磨橡膠。由于水壓作用，密封塊摩擦后可自行調整，以保證密封性能，密封面的潤滑采用清潔水通水壓力為0.020.20Mpa,電站自行調整以保證較小漏水。5、水導軸承

10、 本機組采用1250稀油潤滑分塊瓦軸承，該軸承具有溫升小，運行平穩等特點，運行中軸瓦溫度不得超過65，油溫不得超過 60 。水導軸承作用：承受主軸傳遞過來的徑向力和振擺力，維持機組的軸線位置。176、控制局部 本機配有型油壓裝置和兩套500的直缸接力器，它們之間由管路聯結，并設有相應的自動化原件、信號反響和報警系統。7、機組自動化7.1 機組的自動控制設備能遠距離控制機組的啟動、停機、事故停機及緊急事故停機，能平安及按需要分配負荷。7.2 機組在以下情況下需走事故停機7.2.1 機組軸瓦溫度超過允許限度時；7.2.2 系統電氣保護、機械保護動作時；7.2.3 機組轉速上升到額定轉速的1.4倍時

11、；7.2.4 剪斷銷被剪斷時。 187.3 機組設有以下信號裝置：7.3.1 當機組軸承溫度上升至一定限度時，發出溫度過高信號；7.3.2 當機組軸承冷卻水及主軸密封壓力清潔水中斷時，發出流量終止信號；7.3.3 當機組軸承油位低于最低油位時，發出油位過低信號。7.4 以下情況下關閉進水口閥門：7.4.1 剪斷銷被剪斷，導葉不能關閉時；7.4.2 主配拒動、調速器失靈時；7.4.3 機組檢修時。19四、水輪機常見問題及分析1、水輪機氣蝕現象 氣蝕現象的定義： 在還擊式水輪機的流道中，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、空氣等，當壓力低于汽化壓力時水會

12、發生變化，釋放出蒸汽泡，溶解在水中的氣體也會別離出來，變成空氣泡，這些蒸汽泡和空氣泡的混合物，一般稱為汽穴。這些微泡的形成、開展、潰裂以及對過流外表所產生的破壞過程稱為氣蝕。20氣蝕的危害有那些：.破壞過流部件，使其機械強度降低，嚴重時使葉片穿孔，出現裂紋、缺 口、掉邊甚至脫落。.增加過流部件的粗糙率，水頭損失加大，效率降低，流量減小，出力下降。.機組產生振動，嚴重時造成廠房振動破壞。.縮短了機組檢修的周期，增加了檢修的復雜性，消耗鋼材、延長工期。21氣蝕對過流外表產生的破壞作用 主要有以下三種： .機械破壞作用：大量氣泡連續不斷地產生與潰滅，水流質點反復沖擊，使過流通道的金屬外表晶粒脫落，遭

13、到嚴重破壞，稱為機械破壞，又稱疲勞剝蝕。 .化學破壞作用：氣泡被壓縮，體積縮小，氣泡破壞時水流質點相互撞擊，引起局部溫度升高可到達300，氣泡的氧原子與金屬發生化學反響，造成腐蝕；同時由于局部溫度升高，引起金屬材料氧化。 .電化破壞作用：在發生氣蝕過程，氣泡潰滅時引起局部溫度升高，冷熱端之間形成熱電偶，冷熱端間存在著電位差，在材料中有電流產生，引起熱電效應，對金屬外表產生電解作用，形成電化學腐蝕。金屬外表因電解作用而發暗邊毛糙，加速了機械作用的破壞。22.翼型氣蝕：水輪機葉片上某點壓力降低到當時水溫的汽化壓力而產生的汽蝕。 翼型汽蝕部位：葉片反面靠出口處、葉片反面靠上冠處，少數發生在葉片正面及

14、反面其它部位。 危害：使葉片形成蜂窩、孔洞甚至掉邊，影響水輪機效率。 原因：與葉片形狀不合理、制造質量差、外表粗糙、長期偏離額定運行工況等。.空腔汽蝕：在非最優工況時，水流在尾水管中發生旋轉形成真空渦帶， 渦帶中心壓力降低到當時水溫的汽化壓力而產生的汽蝕。空腔汽蝕部位：尾水管內壁。原因：機組偏離最優工況運行及設計不合理等。 危害：引起尾水管中水流速度和壓力的脈動，使水輪機功率波動，還可能造成尾水管振動、根底、軸承的振動和主軸的擺動，機組產生強烈的噪音，使水輪機效率下降。氣蝕的類型23.間隙汽蝕：水輪機各過流部件的間隙處產生的氣蝕。間隙汽蝕是水流通過狹窄的間隙和較小的通道時，因局部流速增高，致使

15、壓力降低所產生的。危害：使導葉上下端面間隙處，導葉關閉時立面間隙處，轉輪止漏裝置間隙等處間隙擴大，漏水增加，機組不能停機，或影響水輪機效率。原因：過流部件材質選用不合理、制造質量差、外表粗糙、間隙調整不當等。.局部汽蝕：水輪機過流部件局部凹凸不平時，引起局部壓力降低形成局部氣蝕。局部汽蝕的部位：局部汽蝕主要發生在轉輪室連接處、葉片固定螺釘及密封螺釘處。轉輪上冠泄水孔后面。242、水輪機的泥沙磨損2.1 定義：泥沙通過水流攜帶，高速流經水輪機過流部件時，對過流部件外表摩擦，切削和由于局部高溫使過流部件加速氧化，引起金屬外表細微晶粒脫落，產生磨損形成溝槽，波紋或魚鱗坑。 對混流式水輪機，磨損部位主

16、要有葉片、上冠、下環內外表、抗磨板、導水葉及尾水管里村。 2.2 泥沙磨損的類型及特征： .普遍的均勻磨損特征：外表磨薄、磨光或外表變粗糙及帶有輕微波紋、條紋。 .局部的不均勻磨損特征：外表嚴重破壞，往往是在氣蝕的聯合作用下，使零件外表有溝槽、大片魚鱗坑或深坑等。252.3. 泥沙磨損破壞的因素： .磨損物質的成分、顆粒大小、硬質、形狀等。 .受磨材料的特性：指水輪機過流部件金屬材料的內部組織及成分、粗糙度、外表尺寸、硬度等。 .水流的一些特性：水流含泥沙的濃度、水流速度大小及方向等。 .運行方式的影響。當在非設計工況下運行時，會引起氣蝕和磨損對機件的聯合作用，其表現為： a.氣蝕和磨損聯合作

17、用時間在材料的汽蝕潛伏期內，這時材料破壞僅與水流速度、泥沙含量及沙粒特性有關，即主要為磨損。 b.假設氣蝕與泥沙磨損作用時間超過了材料的汽蝕潛伏期，那么氣蝕的作用明顯加大。 c.當材料的氣蝕潛伏期短，氣蝕強度超過磨損強度時，主要為氣蝕。263、水輪機機組振動機組振動會帶來的危害：a.引起機組零部件金屬和焊縫中疲勞破壞區的形成和擴大，從而使之發生裂紋，甚至斷裂損壞而報廢。b.使機組各部位緊密連接部件松動，不僅會導致這些緊固件本身的斷裂，而且加劇被其連接局部的振動，促使它們迅速損壞。c.加速機組轉動局部的相互磨損。如大軸的劇烈擺動可使輪與軸瓦的溫度升高，使軸承燒毀。發電機轉子的過大振動會增加滑環與

18、電刷的磨損程度，并使電刷冒火花。d.尾水管中的水流脈動壓力可使尾水管壁產生裂縫，嚴重的可使整塊鋼板剝落。e.共振所引起的后果更嚴重，如機組設備和廠房的共振可使整個設備和廠房毀壞。27引起振動的原因：a.機械振動：引起機械振動的因素有轉子質量不平衡、機組軸線不正和導軸承缺陷等因素。由于轉子質量不平衡，轉子重心對軸線會產生一個偏心矩，主軸旋轉時因失衡質量離心慣性力的作用，主軸將發生彎曲變形而產生所謂“弓狀盤旋；水輪機和發電機組軸線不正也會引起振動和擺動。機組軸線在安裝時要進行測量調整，其擺度值通常都能處理在規定的范圍內，運行中經常可以測量。因此軸線不正，一般不會引起大的振動；導軸承缺陷主要指導軸承

19、松動、剛性缺乏、間隙過大或過小及潤滑條件不好，它會引起橫向振動力。b.電磁振動：由電磁因素引起的振動，大致有轉子磁極線圈的匝間短路、轉子和定子的空氣間隙不均勻以及磁極性不對等。發電機的這些缺陷會使空氣間隙內磁通密度的分布不對稱，由此產生所謂“單邊磁拉力而引起機組的振動。c.水力振動：引起水力振動的因素有水力不平衡、尾水管中水流不穩定、渦列及空腔氣蝕等。一般而言，水力機組的振動主要是水力振動。 28 d.水力不平衡:當進入轉輪的水流失去軸對稱時，那么會出現不平衡的徑向力，造成轉輪振動。造成水力不平衡的因素，通常有蝸殼有蝸殼形狀不對，不能保證軸對稱；導葉開度不均勻，引起流入轉輪水流入水流不對稱和轉

20、輪壓力分布不均勻；轉輪止漏環不均勻，造成壓力脈動，產生橫向振動等。e.空腔氣蝕：在偏離設計工況下運行，往往發生空腔氣蝕而產生振動，其特點是垂直振幅較大并伴隨噪聲。垂直振動的危害比橫向振動的危害更大，這主要是空腔氣蝕造成氣蝕共振所致。 f.尾水管的壓力脈動引起機組某些部件振動的情況較普遍，這種壓力脈動除引起尾水管本身過大的振動外，還可引起壓力鋼管的振動 、頂蓋和推力軸承的垂直振動、出力波動等。29 假設發現振動現象，什么工況,什么部位振動,振動時有何異常現象,有何聲響等？(1).進行必要的檢查，如機架、軸承、轉輪、尾水管壁、各部件連接有無異常情況；止漏環間隙、轉輪室間隙、發電機氣隙、擺度等符合標

21、準；以及校核機組和電站的有關參數等。(2).確定振動機組有關部件的自振頻率，如導葉、轉輪葉片、軸、機架等部件的自振頻率。然后進行振動試驗：30 a.勵磁電流試驗：它是區別機械振動和電磁振動的主要方法。由電磁原因引起的振動，其特點是振幅隨勵磁電流增加而增加。 b.轉速試驗：由于轉子質量分布不均勻、軸線不正等引起的機械振動，都與轉速有關，其轉速增加振幅也隨著增加。 c.負荷試驗：負荷試驗是判斷振動是夠由水力因素引起的重要試驗。一般來說，如果振動與負荷變化有關，那么振動是由水力因素引起的；機組作調相運行振動消失，那么振動也是由水力因素引起的。引起水力振動的因素很多，要判明哪一個原因，那么必須根據振動

22、特性如振動頻率、振幅、振動部位與負荷的關系及其它所觀察到的現象，進行分析研究。試驗的目地在于找出振動規律與運行參數的關系，并測出振幅和振動頻率，從而查明振動原因。試驗工程有：d.軸承潤滑膜試驗：由于油膜不穩定或被破壞一起的振動特征，是振動發生較突然和強烈，振動波形混亂以及機組抖動聲音不正常等。最后，通過現場調查、振動試驗及綜合分析，通常情況下是可以查明振動原因的，然后根據不同情況采取不同的措施消除或減緩振動。對于振因不明，那么可盡量避開振動區域運行。32五、小結水輪機的事故是多種多樣的，同一事故可能有不同的外表現象，可能由不同的事故原因而引起。所以，我們在分析事故時要全面、細致，不要盲目判斷。事故判斷正確與否，是順利處理事故的關鍵。為了減少事故的發生，在運行中，我們要加強巡回檢查，注意觀察，發現問題及時解決。最好把事故消滅在萌芽狀態。我們一起來回憶一下水輪機的常見故障有：1、水輪