汽轮机设备结构与工作原理

汽轮机设备结构与工作原理

汽轮机设备结构与工作原理

1．汽轮机工作的基本原理是怎样的？汽轮机发电机组是如何发出电来的？

具有一定压力、温度的蒸汽，进入汽轮机，流过喷嘴并在喷嘴内膨胀获得很高的速度。高速流动的蒸汽流经汽轮机转子上的动叶片做功，当动叶片为反动式时，蒸汽在动叶中发生膨胀产生的反动力亦使动叶片做功，动叶带动汽轮机转子，按一定的速度均匀转动。这就是汽轮机最基本的工作原理。从能量转换的角度讲，蒸汽的热能在喷嘴内转换为汽流动能，动叶片又将动能转换为机械能，反动式叶片，蒸汽在动叶膨胀部分，直接由热能转换成机械能。汽轮机的转子与发电机转子是用联轴器连接起来的，汽轮机转子以一定速度转动时，发电机转子也跟着转动，由于电磁感应的作用，发电机静子线圈中产生电流，通过变电配电设备向用户供电。

2．汽轮机如何分类？

汽轮机按热力过程可分为：⑴凝汽式汽轮机（代号为N）。⑵一次调整抽汽式汽轮机（代号为C）。⑶二次调整抽汽式汽轮机（代号为C、C）。⑷背压式汽轮机（代号为B）。按工作原理可分为：⑴冲动式汽轮机。⑵反动式汽轮机。⑶冲动反动联合式汽轮机。按新蒸汽压力可分为：⑴低压汽轮机新汽压力为1.18～1.47MPa。⑵中压汽轮机新汽压力为1.96～3.92MPa。⑶高压汽轮机新汽压力为 5.88～9.81MPa。⑷超高压汽轮机新汽压力为11.77～13.75MPa。⑸亚临界压力汽轮机新汽压力为15.69～17.65MPa。⑹超临界压力汽轮机新汽压力为22.16MPa。按蒸汽流动方向可分为：⑴轴流式汽轮机。

⑵辐流式汽轮机。

3．汽轮机的型号如何表示？

汽轮机型号表示汽轮机基本特性，我国目前采用汉语拼音和数字来表示汽轮机型号，其型号由三段组成：（第一段)(第二段)(第三段）第一段表示型式及额定功率（MW），第二段表示蒸汽参数，第三段表示设计变型序号。例N100-90／535型表示凝汽式100MW汽轮机，新汽压力为8.82 MPa，新汽温度为535℃。

4．什么是冲动式汽轮机？

冲动式汽轮机指蒸汽主要在喷嘴中进行膨胀，在动叶片中蒸汽不再膨胀或膨胀很少，而主要是改变流动方向。现代冲动式汽轮机各级均具有一定的反动度，即蒸汽在动叶片中也发生很小一部分膨胀，从而使汽流得到一定的加速作用，但仍算作冲动式汽轮机。

5．什么是反动式汽轮机？

反动式汽轮机是指蒸汽在喷嘴和动叶中的膨胀程度基本相同。此时动叶片不仅受到由于汽流冲击而引起的作用力，而且受到因蒸汽在叶片中膨胀加速而引起的反作用力。由于动叶片进出口蒸汽存在较大压差，所以与冲动式汽轮机相比，反动式汽轮机轴向推力较大。因此一般都装平衡盘以平衡轴向推力。

6．什么是凝汽式汽轮机？

凝汽式汽轮机是指进入汽轮机的蒸汽在做功后全部排入凝汽器，凝结成水全部返回锅炉。进入汽轮机的蒸汽，对于一般中压机组来说，每1kg蒸汽含热量约3223kJ，这些热量中只有837 kJ左右是做了功的，凝结水中约有126 kJ热量，约2240 kJ热量是被冷却排汽的冷却水带走了，这是一个很大的损失。对于高压汽轮机，由于进汽含热量大些（约3433 kJ左右），可用的热量相对来说要大些，但损失仍很大。为了减少这些损失，采用带回热设备的凝汽式汽轮机，就是把进入汽轮机做过一部分功的蒸汽抽出来，在回热加热器内加热锅炉的给水，使给水温度提高，节约燃料，提高经济性。

7．什么是调整抽汽式汽轮机？

从汽轮机某一级中经调压器控制抽出大量已经做了部分功的一定压力范围的蒸汽，供给其它工厂及热用户使用，机组仍设有凝汽器，这种型式的机组称为调整抽汽式汽轮机。它一方面能使蒸汽中的含热量得到充分利用，同时因设有凝汽器，当用户用汽量减少时，仍能根据低压缸的容量保证汽轮机带一定电负荷。8．什么是中间再热式汽轮机？

中间再热式汽轮机就是蒸汽在汽轮机内做了一部分功后，从中间引出，通过锅炉的再热器提高温度（一般升高到机组额定温度），然后再回到汽轮机继续做功，最后排入凝汽器的汽轮机。

9．中间再热式汽轮机主要有什么优点？

中间再热式汽轮机优点主要是提高机组的经济性。在同样的初参数下，再热机组比不再热机组的效率提高4%左右。其次是对防止大容量机组低压末级叶片水蚀特别有利，因为末级蒸汽湿度比不再热机组大大降低。

10．大功率机组总体结构方面有哪些特点？

大功率汽轮机由于采用了高参数蒸汽、中间再热以及低压缸分流等措施，汽缸的数目相应增加，这就带来了机组布置、级组分段、定位支持、热膨胀处理等许多新问题。从总体结构上讲，大功率汽轮机有如下特点：⑴为了适应新蒸汽高压高温的特点，蒸汽室与调节汽门从高压汽缸壳上分离出来，构成单独的进汽阀体，从而简化了高压缸的结构，保证了铸件质量，降低了由于运行温度不均而产生的热应力。国产125MW、300MW机组的高、中压调节汽门以及200MW 汽轮机的高压缸调节汽门都采用这种结构形式。⑵高、中压级的布置采用两种方式。一种是高、中压级合并在一个汽缸内（上汽厂125MW机组和东方厂300MW 机组上采用）。另一种是高、中压级分缸的结构（上汽厂300MW机组和国产200MW机组采用这种结构）。⑶大功率汽轮机各转子之间一般用刚性联轴器连接，由此带来机组定位和胀差过大的问题，必须设置合理的滑销系统。⑷大机组都装有胀差保护装置，一旦胀差超过极限时，便发出信号报警或紧急停机。⑸大机组大都不把轴承布置在汽缸上，而采用全部轴承座直接由基础支持的方法。国产125MW、300MW汽轮机采用这种布置。

11．为什么大机组高、中压缸采用双层缸结构？

对大机组的高、中压缸来说，形状应尽量简单，避免特别厚、重的中分面法兰，以减少热应力、热变形以及由此而引起的结合面漏汽。采用双层缸结构后，很高的汽缸内、外蒸汽压差由内、外两层分担承受，汽缸壁和法兰相对讲可以做得比较薄些，也有利于机组起停和工况变化时减小金属温差。所以目前高压汽轮机高、中压汽缸大多采用双层缸结构，国产125MW、200MW、300MW机组都是如此。

12．汽轮机本体主要由哪几个部分组成？

汽轮机本体主要由以下几个部分组成：⑴转动部分：由主轴、叶轮、轴封和安装在叶轮上的动叶片及联轴器等组成。⑵固定部分：由喷嘴室汽缸、隔板、静叶片、汽封等组成。⑶控制部分：由调节系统、保护装置和油系统等组成。13．汽缸的作用是什么？

汽缸是汽轮机的外壳。汽缸的作用主要是将汽轮机的通流部分（喷嘴、隔板、转子等）与大气隔开，保证蒸汽在汽轮机内完成做功过程。此外，它还支承汽轮机的某些静止部件（隔板、喷嘴室、汽封套等），承受它们的重量，还要承受由于沿汽缸轴向、径向温度分布不均而产生的热应力。

14．汽轮机的汽缸可分为哪些种类？

汽轮机的汽缸一般制成水平对分式，即分上汽缸和下汽缸。为合理利用钢材，中小型汽轮机汽缸常以一个或两个垂直结合面分为高压段、中压段和低压段。大功率的汽轮机根据工作特点分别设置高压缸、中压缸和低压缸。高压高温采用双层汽缸结构后，汽缸分内缸和外缸。汽轮机末级叶片以后将蒸汽排入凝汽器，这部分汽缸称排汽缸。

15．为什么汽缸通常制成上下缸的形式？

汽缸通常制成具有水平结合面的水平对分形式。上、下汽缸之间用法兰螺栓联在一起，法兰结合面要求平整，光洁度高，以保证上、下汽缸结合面严密不漏汽。汽缸分成上、下缸，主要是便于加工制造与安装、检修。

16．汽缸个数通常与汽轮机功率有什么关系？

根据机组的功率不同，汽轮机汽缸有单缸和多缸之分。通常功率在100MW 以下的机组采用单缸，300MW以下采用2～4个汽缸，600MW以下采用4～6

个汽缸。如国产100MW机组为单缸，125MW机组为双缸，200MW机组为三缸，300MW机组为三缸或四缸，总的趋势是机组功率愈大，汽缸个数愈多。17．按制造工艺分类，汽轮机汽缸有哪些不同型式？

主要分铸造与焊接两种。汽缸的高、中压段一般采用合金钢或碳钢铸造结构；低压段根据容量和结构要求采用铸造或简单铸件、型钢及钢板的焊接结构。18．汽轮机的汽缸是如何支承的？汽缸的支承要求平稳并保证汽缸能自由膨胀而不改变它的中心位置。汽缸都是支承在基础台板（也叫座架、机座）上；基础台板又用地脚螺钉固定在汽轮机基础上。小型汽轮机用整块铸件做基础台板，功率汽轮机的汽缸则支承在若干块基础台板上。汽轮机的高压缸通过水平法兰所伸出的猫爪（亦称搭爪）支承在前轴承座上。它又分为上缸猫爪支承和下缸猫爪支承两种方式。

19．下缸猫爪支承方式有什么优缺点？

中、低参数汽轮机的高压缸通常是利用下汽缸前端伸出的猫爪作为承力面，支承在前轴承座上。这种支承方式较简单，安装检修也较方便，但是由于承力面低于汽缸中心线（相差下缸猫爪的高度数值），当汽缸受热后，猫爪温度升高，汽缸中心线向上抬起，而此时支持在轴承上的转子中心线未变，结果将使转子与下汽缸的径向间隙减小，与上汽缸径向间隙增大。对高参数、大功率汽轮机来说，由于法兰很厚，温度很高，猫爪膨胀的影响是不能忽视的。

20．上缸猫爪支承法的主要优点是什么？

上缸猫爪支承方式亦称中分面（指汽缸中分面）支承方式。主要的优点是由于以上缸猫爪为承力面，其承力面与汽缸中分面在同一水平面上，受热膨胀后，汽缸中心仍与转子中心保持一致。当采用上缸猫爪支承方式时，上缸猫爪也叫工作猫爪。下缸猫爪叫安装猫爪，只在安装时起支持作用，下面的安装垫铁在检修和安装时起作用，当安装完毕，安装猫爪不再承力。这时上缸猫爪支承在工作垫铁上，承担汽缸重量。

21．大功率汽轮机的高、中压缸采用双层缸结构有什么优点？

大功率汽轮机的高、中压缸采用双层缸结构有如下优点：⑴整个蒸汽压差由外缸和内缸分担，从而可减薄内、外缸缸壁及法兰的厚度。⑵外层汽缸不致与高温蒸汽相接触，因而外缸可以采用较低级的钢材，节省优质钢材。⑶双层缸结构的汽轮机在起动、停机时，汽缸的加热和冷却过程都可加快，因而缩短了起动和停机的时间。22．高、中压汽缸采用双层缸结构后应注意什么问题？高压、中压汽缸采用双层结构有很大的优点，但也需注意一个问题。国产200MW、300MW机组，在高压内、外缸之间由于隔热罩的不完善以及抽汽口布置不当，会造成外缸内壁温度升高到超过设计允许值，并且使内缸的外壁温度高到不允许的数值，这种情况应设法予以改善，否则有可能造成汽缸产生裂纹。125MW机组取消正常运行中夹层冷却蒸汽后，由于某些原因，也出现外缸内壁温度过高的现象。

23．大机组的低压缸有哪些特点？

大机组的低压缸有如下特点：⑴低压缸的排汽容积流量较大，要求排汽缸尺寸庞大，故一般采用钢板焊接结构代替铸造结构。⑵再热机组的低压缸进汽温度一般都超过230℃，与排汽温度差达200℃，因此也采用双层结构。通流部分在内缸中承受温度变化，低压内缸用高强度铸铁铸造，而兼作排汽缸的整个低压外缸仍为焊接结构。庞大的排汽缸只承受排汽温度，温差变化小。⑶为防止长时间空负荷运行，排汽温度过高而引起的排汽缸变形，在排汽缸内还装有喷水

降温装置。⑷为减少排汽损失，排汽缸设计成径向扩压结构。24．什么叫排汽缸径向扩压结构？所谓径向扩压结构，实质上是指整个低压外缸（汽轮机的排汽部分）两侧排汽部分用钢板连通。离开汽轮机的末级排汽由导流板引导径向、轴向扩压，以充分利用排汽余速。然后排入凝汽器。采用径向扩压主要是充分利用排汽余速，降低排汽阻力。提高机组效率。

燃气轮机设备结构与工作原理

燃气轮机的工作过程是压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气涡轮中膨胀作功，推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃气涡轮在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。

燃气轮机装置是一种比较新型的动力装置。最简单的燃气轮机装置包括三个主要部件：压气机、燃气轮机和燃烧室，下图是其流程示意图。空气和燃料分别经压气机与泵增压后送入燃烧室，在其中燃料与空气混合并燃烧，释放出热能。燃烧所产生的燃气吸热后温度升高，然后流入燃气轮机边膨胀边作功，作功后的气体排向大气并向大气放热。重复上述升压、吸热、膨胀与放热过程，连续不断地将燃料的化学能转换成热能，进而转换成机械能。

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。

反击式

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10-80米的低、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50米以上的，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300米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。

三、反动式水轮机结构简介

埋入部分

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。

导水机构结构

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

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。

工作机构

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。

四、辅助设备

水轮机进水阀

水轮机进水阀是为了保护机组的安全、减轻导叶间隙磨蚀破坏、缩短引水钢管的充水时间而设置。

蝶阀：用于水头在200m以下的水电站。

球阀：用于水头在200m以上的水电站

闸阀：用于小管径(D<1m)、高水头的水电站。

筒形阀：装在固定导叶与活动导叶之间。

油系统

1．透平油与绝缘油的功用及其用户

透平油：供给机组轴承的润滑油和操作用的压力油，称为透平油。其作用是润滑、散热及传递能量。

绝缘油：供给变压器、油开关等电气设备的绝缘油，其作用是绝缘、散热及灭弧。两种油的性质不同，应有两套独立的油系统。

2．油系统的作用

接收新油、储备净油、给设备充油、向运行设备添加油、从设备中排出污油、油的监督、维护和取样化验、油的净化处理、废油的收集及处理。

3．油系统的组成

油系统由：油罐、油处理设备、油化验设备、油吸附设备、管网、测量及控制元件。

气系统

1．压气系统的用途

压缩空气分为低压压缩空气和高压压缩空气。

(1) 低压压缩空气系统。机组制动；调相运行压水；蝶阀关闭时，将压缩空气通入阀上的空气围带，使其膨胀而减少漏水；检修时清扫设备，供风动工具使用；通向拦污栅，防冻清污。额定气压为0.5~0.8MPa。

(2) 高压压缩空气系统。厂房中所有调速器油压装置的压力油箱充气，调速器压力油箱中约有2/3的体积为压缩空气，以保证调速器用油时无过大的压力波

动，额定气压为2.5MPa及4MPa。配电装置如空气断路器的灭弧和操作的用气，以及开关和少油断路器的操作用气，额定气压为2~5MPa。

2．压缩空气系统主要设备有：空压机、过滤器、储气罐、油水分离器、冷却器

水系统

1．供水系统

水电站厂房内的供水系统包括技术供水、生活供水、消防供水。

技术供水包括冷却及润滑用水，如发电机的空气冷却器、机组导轴承和推力轴承的油冷却器、水润滑导轴承、空气压缩机气缸冷却器、变压器的冷却设备等。

注意不同用户对水压、水温、水质的要求。特别是水冷变压器对水压的要求，空气冷却器对水温的要求，水润滑轴承对水质的要求。

2．水电厂的供水系统由水源、供水设备、水处理设备、管网和测量控制元件组成。

3种供水水源：上游水库、下游尾水与地下水。

5种供水方式：自流供水、水泵供水、混和供水、射流泵供水和循环供水。

3种供水设备配置方式：集中供水、单元供水与分组供水。（注意不要把供水方式与供水设备配置方式混淆。）

3．水电厂排水的内容：生产用水的排水、机组和厂房水下部分的检修排水及渗漏排水。

4．检修排水的两种方式：直接排水和廊道排水。

5．排水系统的主要设备：排水阀和排水泵。

6．水力参数测量的目的是为了保证水电站的安全运行和实现经济运行；考查已投入运行机组的实际性能，为科研、设计提供和积累资料。

水力监测的内容：拦污栅前后的压力差，电站上下游水位，水轮机装置水头，工作水头，引用流量，水轮机引，排水系统的监测、辅助设备系统的监测等。

五、选型设计

1．水轮机选型设计一般有三种基本方法

(1) 水轮机系列型谱方法: 中小型水电站水轮机选多此种方法或套用法。

(2) 套用方法：用于小型水电站设计。

(3) 统计分析的方法：大型水电站设计，应用较广泛。

2．装机特征设计包括：机组台数、单机容量、水轮机型式与装置方式。

(1) 掌握机组台数选择的原则及机组台数对水电厂运行的影响。

(2) 水轮机型式的选择

依据单机容量和水电站的特征水头(H

max 、H

min

、H

a

、H

r

)进行选择。

型号的选择主要取决于水头。各种水轮机都有一定的使用范围，根据电站运行水头的范围，直接查系列型谱，确定水轮机的型号。如果两种型号均可采用时，可通过水轮机比转速水平分析和水轮机性能与应用特点比较确定水轮机的型式，保证水轮机较高的动能经济指标和可靠的安全性能。

根据目前国内设计、施工和运行的电站资料，在特征水头相近、单机容量适当，经济技术指标相近时，有限套用已经生产国的机组，这样可以节省设计时间、尽早供货、提前发电。

六、水轮发电机

（1）水轮发电机与汽轮发电机相比，其特点有

转速底：由于水头所限，一般均在750转/分以下，有的每分钟只有几十转/分。

极数多：因为转速底，为了达到50HZ/s的电能要求，就需要增加磁极对数，以使定子线圈的

磁场每分钟仍能变化50次。

结构尺寸和重量都较大：一方面由于转速较底，另一方面当机组发生甩负荷时，为了避免产

生强大的水锤而造成钢管破裂，要求导叶紧急关闭时间较长，但这又会引起转速上升过高，因此

要求转子要具有较大的重量。

水轮发电机一般采用竖轴。为了减少占地，来降低厂房的造价。所以在大中型水轮发电机组中，一般都采用竖轴。

（2）水轮发电机的主要组成部件

水轮发电机主要有定子、转子、推力轴承、上下部导轴承、上部下部机架、通风冷却装置、

制动装置、及励磁装置等组成。

定子：是产生电能的主要部件，它是由线圈、铁芯和本体等组成。由于大中型水轮发电机的

定子直径很大，为了便于运输，一般是分解运输的。

转子：是产生磁场的旋转部件，由支架、轮环、磁极和励磁线圈等组成。

推力轴承：它是承受机组转动部分总重和水轮机轴向水力推力的部件。

冷却系统：

在大中型水轮发电机组中，一般均采用空气冷却，发电机内部的热风通过均布于定子机壳外的空气冷却器冷却后，再重新送入发电机。但近年来随着机组容量不断的扩大，现在已有定子水内冷的机组在投入使用。

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