全贯流式水轮机基本结构

贯流式水轮机基本结构贯流式水轮机基本结构 一、贯流式水轮机的特点一、贯流式水轮机的特点 贯流式水轮机是开发低水头水力资源的一种新型机组，适用于25m 以下的水头。这种 机型流道呈直线状，是一种卧轴水轮机，转轮形状与轴流式相似，也有定桨和转桨之分，由 于水流在流道内基本上沿轴向运动不拐弯，因此较大的提高了机组的过水能力和水力效率。 此外，与其它机型相比，它还有其它一些显著特点： （1）从进水到出水方向轴向贯通形状简单，过流通道的水力损失减小，施工方便，另 外它效率较高，其尾水管恢复功能可占总水头的40%以上。 （2）贯流式机组有较高的过滤能力和比转速，所以在水头与功率相同的条件下，贯流 式的要比转桨式的直径小10%左右。 （3）贯流式水轮机适合作了逆式水泵水轮机运行，由于进出水流道没有急转弯，使水 泵工况和水轮机工况均能获得较好的水力性能。 如应用于潮汐电站上可具有双向发电， 双向 抽水和双向泄水等六种功能， 很适合综合开发利用低水头水力资源， 另外在一般平原地区的 排灌站上可作为可逆式水泵水轮机运行，应用范围比较广泛。 （4）贯流式水电站一般比立轴的轴流式水电站建设周期短、投资小、收效快、淹没移 民少，电站靠近城镇，有利于发挥地区兴建电站的积极性。 二、贯流式水轮机的分类二、贯流式水轮机的分类 根据贯流式水轮机机组布置形式的不同可将其划分为以下几种形式： 1．轴伸贯流式 这种贯流式水轮发电机组基本上采用卧式布置，水流基本上沿轴向流经叶片的进出口， 出叶片后，经弯形（或称S形）尾水管流出，水轮机卧式轴穿出尾水管与发电机大轴连接， 发电机水平布置在厂房内。 轴伸贯流式机组按主轴布置方式可分成前轴伸、 后轴伸和斜轴伸等几种， 如图 7-1 所示。 这种贯流式机组与轴流式相比没有蜗壳、肘形尾水管，土建工程量小，发电机敞开布置，易 于检修、运行和维护。但这种机组由于采用直弯尾水管，尾水能量回收效率较低，机组容量 大时不仅效率差，而且轴线较长，轴封困难，厂房噪音大都将给运行检修带来不方便。所以 一般只用于小型机组。 2．竖井贯流式 这种机组主要特点是将发电机布置在水轮机上游侧的一个混凝土竖井中， 发电机与水轮 机的连接通过齿轮或皮带等增速装置连在一起如图7-2 所示。 图 7-1 轴伸贯流式水轮机组剖面图 (a) 、前伸轴；(b)、后伸轴；(c)、斜伸轴 该机组除具有一般贯流式水轮机的优点外，因发电机和增速装置布置在开敞的竖井内， 通风、防潮条件良好，运行和维护方便，机组结构简单，造价低廉。例如福建省幸福洋潮汐 电站建于 80 年代末，采用竖井式机组，单位千瓦投 资为 2107 元。如果采用灯泡式机组， 单位千瓦投资将达到 4760 元，是竖井式的 2. 26 倍。由于竖井式具有以上优点，所以广泛应 用于小型电站机组上。 这种机组的缺点为因竖井的存在把进水流道分成两侧进水， 增加了引 水流道的水力损失，一般竖井式机组的水力效率比灯泡式的要降低3%左右，如果要作为反 向发电，其效率下降更多。单机容量较大时,一般不采用此种机组，以采用灯泡贯流式机组 为宜。 图 7-2 竖井贯流式机组剖面图 3．灯泡贯流式 这种机组的发电机密封安装在水轮机上游侧一个灯泡型的金属壳体中， 发电机主轴与水 轮机转轮水平连接。水流基本上轴向通过流道， 轴对称流过转轮叶片，然后流出直锥形尾水 管，参见图 1-11 所示。机组的轴系支承结构、导轴承、推力轴承都布置在灯泡体内。由于 贯流式机组水流畅直， 水力效率比较高， 有较大的单位流量和较高的单位转速， 在同一水头， 同一出力下，发电机与水轮机尺寸都较小，从而缩小了厂房尺寸，减少土建工程量。但是发 对电机的设计制造提出了特殊要求， 增加了造价。 即使如此它与立式轴流式机组相比仍具有 明显的优点。灯泡式机组虽然是一种新型机组，但近20 年来也积累了许多成功的经验，并 逐渐向较高水头和较大容量发展，在国内外得到了广泛应用。 4．全贯流式 这种机组采用卧式布置， 发电机的转子磁极与水轮机的转轮叶片合为一体， 发电机磁极 直接安装在水轮机叶片的边缘上，密封隔离磁极与流道内的水流，防止渗漏，参见图1-8。 该机型主要特点为：取消了水轮机与发电机的传动轴，缩短了轴线尺寸，结构紧凑，厂 房尺寸减小，使整个工程造价降低，而且增大了机组的转动惯量，有利于机组的稳定运行。 但叶片与发电机转子连接结构比较特殊，制造工艺要求很高，转子轮缘密封复杂且不可靠。 虽然在上世纪五十年代就出现了这样的机组， 但至今未得推广。当前某些外国公司，在密封 结构型式和材料等方面的研制工作已取得进展， 并已将这种机型应用在某些大型潮汐水电站 上。目前，我国对全贯流式水轮机尚处于试验研究阶段。 5．其它形式 贯流式水轮机除了以上几种型式外， 还有明槽式和虹吸式等。 其特点类似于轴伸式水轮 机：容量不大，应用水头较低，机组结构简单，发电机布置在水面以上，运行、安装、检修 较为方便。同轴伸贯流式机组一样，通常只用于小型水电站上。 我国对贯流式水轮机的研究起步较晚， 且进展缓慢。 除灯泡贯流式机组已有大型机组外， 其他各类贯流式机组的单机规模基本上还限于小型，同时各类贯流式水轮机的转轮品种很 少。 因此贯流式水轮机的型谱尚未正式编制出来。 现参考国外有关资料列出各类贯流式水轮 机的适用范围于表 7-1，供使用中参考。表 7-1 仅是根据一般情况分类，实际应用时各类水 轮机根据不同的叶片数尚可具体划分水头应用范围。 国内一般认为灯泡贯流机组的应用尚受 电机装在水下密闭的灯泡体内， 给电机的通风冷却、 密封、 轴承的布置和运行检修带来困难， 到灯泡直径的限制，即认为当水轮机转轮直径D≤2.5m 时灯泡空间进人比较困难，应考虑 选用其他形式的贯流式机组或改用整装灯泡贯流式机组。 表 7-1贯流式水轮机适用范围 水轮机形式 全贯流式 灯泡贯流式 轴伸贯流式 整装齿轮传动灯泡式 整装皮带传动全贯流式 竖井贯流式 适用水头 （m） 流量 （m3/s） 容量 （MW） 小于 40 小于 25 小于 25 小于 8 小于 12 小于 9 8~900 4~900 4~90 3~21 7~100 4~500 1.5~90 2.5~90 0.25~30 0.1~1 0.4~6 0.1~30 备注 新型结构、轮缘式发电机 三、灯泡贯流式水轮机的基本结构三、灯泡贯流式水轮机的基本结构 灯泡贯流式水轮机适用水头范围广， 效率高，较其它类型贯流式机组有突出的优点， 因 而在国内外得到广泛应用，当前国内已有大型机组出现。 灯泡贯流式机组的结构比较复杂， 其总体布置大致有两种布置方式： 一是以管形壳为主 要支撑的布置方式；二是以水轮机固定导叶（座环）为主要支撑的布置方式。两种方式各有 特点，现分别予以叙述。 1 1、以管形壳为主要支撑的布置方式、以管形壳为主要支撑的布置方式 如图 7-3 所示，以管形壳为主要支撑方式的布置， 整台机组的受力主要通过管形壳传递 至厂房基础。 发电机灯泡头下的球面支承主要是用来平衡灯泡头定子部分所引起的浮力。 发 电机定子两侧的支座是为了防止机组在运行中引起振动。 整台机组以两支点为主要方式， 即 水轮机端通过水导轴承， 发电机端通过