第八章水轮机自动调节.

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1、第八章 反击式水轮机导水机构第一节 导水机构工作原理第二节 径向式导水机构的结构与传动系统第三节 导叶装配第四节 径向式导水机构几何参数第五节 导水机构中水力损失第六节 导水机构受力分析及传动计算第八章 反击式水轮机导水机构第一节 导水机构的工作原理 水轮机是动力原动机，运行中其工况会经水轮机是动力原动机，运行中其工况会经常发生改变。例如负荷（出力）变化时，必常发生改变。例如负荷（出力）变化时，必须改变通过水轮机的流量，以使水轮机的功须改变通过水轮机的流量，以使水轮机的功率与负荷平衡。理想的调节机构是在工况变率与负荷平衡。理想的调节机构是在工况变化时，仅仅只改变流量并且水头损失极小。化时，仅仅

2、只改变流量并且水头损失极小。在水轮机转轮前布置多个导水叶片的导水机在水轮机转轮前布置多个导水叶片的导水机构就能满足这种要求。构就能满足这种要求。00000cotrvrvmu0000cot2rbrQ00cot2bQ图图8-1 8-1 导叶出口及转轮出导叶出口及转轮出口的水流速度三角形口的水流速度三角形 忽略摩擦损失，在导叶进口到转轮进口之间，圆周方向速度变化遵守动量守恒定律。则有： 转轮在水流非法向出口时，由转轮出口速度三角形写出转轮出口速度矩： 22 22 222 222 22umQV rU rVctgrrctgrA由水轮机基本方程21 12 2022 2022huuHgQQV rV rctg

3、rctgrbA式中： 水轮机转轮出口过流面积； 转轮出口半径。 2A2r第一节 导水机构的工作原理整理得：22020212hgHrQrctgctgbA此即水轮机流量调节方程；第一节 导水机构的工作原理 由方程可知，在水轮机转速与水头不变时，流量调节可通过改变三个参数实现： 改变导叶高度 ，实际工程中可用一个筒形阀完成。但这是一种节流调节方式，会造成较大的水头损失，因此只用在小型水轮机中； 改变导叶液流出口角 ，为最普遍的调节方式； 改变 角，此方法只适用于轴流转桨式水轮机。实际上，轴流转桨式水轮机是通过同时转动导叶及转轮叶片的角度来调节流量的；第一节 导水机构的工作原理200b按水流流经导水机

4、构特点，导水机构分为：l 径向式导水机构：水流流经导水机构的轴面流线是径向的。其结构简单，应用最广泛；l 轴向式导水机构：轴面流线与水轮机轴平行。其广泛应用于贯流式水轮机；l 斜向式导水机构：水流沿着与转轮轴同心的圆锥面流过导水机构。其结构比较复杂，一般应用在灯泡贯流式和斜流式水轮机中；第一节 导水机构的工作原理第二节 径向式导水机构的结构 典型的径向式导水机构，见图8-2。导叶3的上、中轴颈和下轴颈安放在水轮机顶盖7和导水机构底环2内的轴承中。上、中轴承由尼龙轴瓦4、6与轴套5组成，下轴承的尼龙轴瓦1直接压入底环的孔内。转臂9套在导叶上轴颈上、二者之间用分半键10固定。转臂与连接板8由剪断销

5、11连成一体。连杆12的两端分别与连接板和控制环14铰接。控制环支承在固定于顶盖上的支座15上。接力器通过推拉杆13推动控制环转动（见图8-3），从而关闭或开启导水机构。在这种机构中，传动机构与水流隔开，便于维护和检修。一、径向式导水机构的结构1、4、6尼龙轴瓦；2导水机构底环；3导叶；5轴套；7水轮机顶盖；8连接板；9转臂；10分半键；11剪断销；12连杆；13推拉杆；控制环支座补气阀图8-2 径向式导水机构二、径向式导水机构的传动系统1.由接力器到控制环的传动 中大型水轮机中用两个接力器来操作控制的结构，见图8-3。接力器1固定在水轮机机坑的金属壳体7上，接力器活塞杆2及推拉杆通过圆柱销4

6、与控制环3连接，而活塞与活塞杆之间也用圆柱销铰接。支承8将控制环支承在顶盖9上。控制环通过连杆5和转臂6与导叶联系。这样装置用得最为广泛。近年来也有大型水轮机将接力器装设在顶盖上（图8-4）。第二节 径向式导水机构的结构第二节 径向式导水机构的结构 图8-4（a）为具有两个缸体1的栓塞式直缸接力器，接力器通过支座3固定在水轮机顶盖上，其位置高于控制环2。当压力油沿着管路4进入缸体时，接力器柱塞6就作直线运动。柱塞中部有带圆柱销5的十字头，圆柱销与控制环的大孔耳铰接。当柱塞移动时，圆柱销使控制环作圆弧运动，从而开启或关闭导水机构。在这种结构中，接力器比较简单，但位置高于控制环的接力器在水轮机坑中

7、占据了较大的空间。 图8-4（b）为栓塞式环形接力器。由两个环形缸体8和柱塞9组成接力器，直接安放在水轮机顶盖上，并靠近控制环内壁。圆柱销10与控制环连第二节 径向式导水机构的结构 接，并通过球形铰接11与接力器柱塞联系。由接力器配压阀控制压力油沿管路7进入接力器缸，即可以实现开启或关闭导水机构。在这种结构中，环形接力器的结构比直缸接力器复杂，制造也比较困难。但它能有效利用控制环内部的空间，使水轮机结构紧凑。 图8-4（c）为每个导叶具有单独接力器的简图。摇摆式接力器14铰接在支承盖13上，接力器柱塞15与转臂16铰接。压力油在调速器配压阀的控制下，沿油管进入接力器时，柱塞即驱动导叶转动，同时

8、接力器缸则必然围绕其与顶盖的铰接点转过一个角度。1 1接力器；接力器；2 2接力器活塞杆；接力器活塞杆；3 3控制环；控制环；4 4圆柱销；圆柱销；5 5连杆；连杆；6 6转臂；转臂；7 7金属壳体；金属壳体；8 8支承；支承；9 9顶盖顶盖 图图8-3 8-3 具有两个接力器的具有两个接力器的导水机构传动系统导水机构传动系统图图8-4 8-4 导水机构接力器装设在顶盖上的结构示意图导水机构接力器装设在顶盖上的结构示意图栓塞式直缸接力器栓塞式直缸接力器柱塞式环形接力器柱塞式环形接力器摇摆式接力器摇摆式接力器2.由控制环至导叶的传动 在由控制环至导叶的连杆传动机构中，在某一构件上应设有易损连接件

9、，用以保证在关闭导水机构的过程中，当异物（如圆木，树根等）卡在相邻导叶之间时，仅是预定的易损连接件破坏，使被卡住的导叶保持在开启位置，而其他导叶可以照常关闭而不至于损坏传动部件。现在广泛采用的是将剪断销作为易损连接的传动装置。第二节 径向式导水机构的结构第二节 径向式导水机构的结构 如图8-5所示 ，键3将转臂1固定在导叶轴颈10上，连接板2套在转臂上，用具有薄弱断面的剪断销4将连接板与转臂连接在一起。连接板通过铰销9与连杆连接。连杆由两个带叉头的螺母5及具有左右螺纹的连接螺栓8组成。旋转连接螺栓即可改变连杆的长度。连接螺栓带有防松螺母。连杆通过铰销7与控制环6相联系。这样，当两导叶之间卡住异

10、物并且接力器试图关闭导叶时，剪断销将被剪断，从而达到上述保护导水机构的目的。图图8-5 8-5 剪断销作为易损连接件图剪断销作为易损连接件图1 1转臂；转臂；2 2连接板；连接板；3 3键；键；4 4剪断销；剪断销；5 5螺母；螺母；6 6控制环；控制环；7 7、9 9铰销；铰销；8 8连接螺栓；连接螺栓；l0l0导叶轴颈导叶轴颈第二节 径向式导水机构的结构 传动机构在执行活动导叶开启和关闭动作的时候，水压力脉动、水流冲击、水流杂物等因素对各部件影响很大，一旦导叶开度失调或导叶连续失控，就会造成运行中的机组事故停机，严重时水轮机将失去控制。为此需要保护装置对传动机构进行保护和报警，从而避免事故

11、的发生和扩大，因此可靠的传动机构保护装置对整个水轮发电机组的稳定运行至关重要。新型的导叶传动机构保护装置有导叶摩擦装置和弹簧联杆（图8-6 ）等。图图8-6 8-6 弹簧联杆保护装置弹簧联杆保护装置第二节 径向式导水机构的结构 导叶摩擦装置的工作原理是：活动导叶为二支点结构布置，置于二个具有自润滑性能的轴套中，导叶摩擦装置是种安装在导叶轴颈上的夹紧式装置。当来自接力器的操作力，通过推拉杆一控制环一连杆一连板一导叶臂一导叶摩擦装置（导叶销）使活动导叶转动，从而控制活动导叶的开度增大或减小。当活动导叶中间卡有异物或关闭时与顶盖或底环接触阻力大时，导叶摩擦装置的摩擦片在连板、压板和导叶臂之间打滑，连