轴流式水轮机基本结构

2023-05-21

第一篇：轴流式水轮机基本结构

水泵水轮机结构介绍(精)

广州蓄能水电厂水泵水轮机结构介绍肖苏平一.简介

广州蓄能水电厂分二期建设,

一、二期工程分别安装4×300MW可逆式水泵水轮机,单机容量(发电工况300MW,总装机容量2400 MW。一期(称A厂工程于1994年全部建成。二期(称B厂工程于1999年全部建成。

一、二期工程于2000年3月全部投产。8×300MW 机组投产后,已成为当今世界最大的抽水蓄能电厂。

可逆式水泵水轮机在抽水、发电起动,停机操作灵活方便,在电网峰荷时放水发电,在低谷负荷时利用系统多余的电能抽水,在电网中起到了填谷调峰的积极作用,使系统中的所有各种电站的负荷趋于均匀,提高了整个电力系统的经济运行。

本电站两期工程共装设八台可逆式水泵水轮机。每台机组设备包括:水泵水轮机、调速系统、进水球阀、尾水事故闸门以及相应的操作控制系统,各种连接管路、阀门、管件、表计、自动化元件、控制电缆、备品、专用工具、实验设备等。A厂水泵水轮机由法国Neyrpic 公司承制、供货,B厂由德国Voith承制、供货。

电站工程主要特征数据如下: 上库水位:正常蓄水位 816.8 m 最低蓄水位 797.0 m 下库水位:正常蓄水位 287.4 m 最低蓄水位 275.0 m 电站毛水头:最大水头 541.8 m 额定水头 522.0 m

最小水头 509.6 m 二.水泵水轮机基本参数

水泵水轮机为竖轴单级、可逆、法兰西斯式,具有可调导水机构,与电动发电机轴直接连接。A、B厂水泵水轮机主要参数如下: A厂 B厂

额定转速:水轮机工况 500 r/min 500 r/min 水泵工况 500 r/min 500 r/min 旋转方向(俯视:水轮机工况为顺时针

水泵工况为反时针转轮直径:进口直径 3886mm 3802 mm 出口直径 2312mm 2090 mm 额定出力:水轮机工况 306 MW 308 MW 水泵工况 330 MW 330 MW 水轮机最大出力: 306 MW 352 MW 水轮机额定流量: 62.88m/s 65.95m/s 水轮机最大流量: 68.7m/s 72.92m/s 水泵最大流量: 60.03m/s 57.3m/s 水泵最小流量: 53.73m/s 50.6m/s 水泵水轮机总重: 450 t 转动惯量GD2: 3600t.m2 轴向最大水推力:正常运行时,水轮机工况 1500 kN 水泵工况 1500 kN

过渡工况时,最大向上 3600 kN 最大向下 4800 kN 蜗壳进水方向:与厂房纵向中心线成65º角最大飞逸转速:稳态 700 r/min 690 r/min 瞬态 725 r/min 725 r/min 安装高程: 205m 205 m 最小淹没深度: -70 m -70 m 三.水泵水轮机结构

水泵水轮机为单级、立轴、混流可逆式,电动发电机为悬吊式,主轴有三个径向导轴承荷一个推力轴承。水导轴承布臵在主轴密封德上方,下导轴承布臵在电动发电机下机架上,上导轴承布臵在推力轴承上方,推力轴承布臵在电动发电机上机架上。

水泵水轮机由转轮、主轴、导轴承、主轴密封、座环、蜗壳、顶盖、底环、泄流环(基础环、止漏环(迷宫环、抗磨板、导叶及其操作机构、机坑里衬、机坑内环形吊车、尾水管等组成。

水泵水轮机的拆装采用中拆方式。水泵水轮机所有可拆部件包括转轮、主轴(包括中间轴、水导轴承、轴承支座、顶盖、导叶、导叶接力器、导水机构、主轴密封装臵等。

根据设备的结构特点和习惯,我们将水泵水轮机分成三大部分,即:转动部分,固定部分和埋入部分。下面就机组的各个部件的构成和作用分别作简要介绍。

1.转动部分

转动部分及其相关部件主要包括:转轮、主轴、中间轴、主轴密封、水导轴承等。转动部分是机组的核心组成部分,是水能转换成机械能/电能的关键设备。

1.1.转轮

转轮是实现水能转换的主要部件,它将大部分水能转换成转轮的旋转机械能,并通过水轮机主轴传递给发电机主轴及其转子,所以它是水轮机的主体,水轮机转轮的设计和制造水平,是水轮机质量的主要标志。

转轮由上冠、叶片(9片、下环和泄水锥焊接而成,材料16Cr5Ni不锈钢,重量34 t。转轮与上方的顶盖及下方底环和相邻的导叶形成完整的水流通道,作用是将水能/机械能转换成机械能/水能。

可逆式水泵水轮机的转轮要适应两种工况的要求,其特征形状与离心泵更为相似。

高水头转轮的外形十分扁平,其进口直径与出口直径的比率为2:1或更大,转轮进口宽度(导叶高度在直径的10%以下;叶片数少但叶片薄而长,包角很大,能到180°或更高。很多混流可逆式机组都使用6~7个叶片,近年来为向更高水头发展,使用到8~9片。因为可逆式机组的过流量相对较小,水轮机工况进口处叶片角度只有10°~12°,为改善水轮机和水泵工况的稳定性,叶片出口边经常作成有后倾角,而不是在一个垂直面上。

1.2.主轴/中间轴

主轴是水轮机的重要部件之一。其作用是承受水轮机转动部分的重量及轴向水推力所产生的拉力,同时传递转轮产生的扭矩。可概括的说成,水轮机主轴要同时承受拉、扭及径向力的综合作用。

水轮机主轴主要由上、下法兰及轴身三部分组成,上端与中间轴用螺栓联接,下端与转轮上冠法兰用螺栓和销钉套联接,联接螺栓是从定位销中间穿过,此法比较独特,螺栓数量为18个M90×6,螺栓的拉伸值为0.68mm,拉伸方法采用加热棒加热法。结构为整锻中空。材料:CK35N,主轴直径Ф990mm,长度为2700mm,水导轴承处Ф1280mm,

重量23t。

中间轴为碳钢整锻,下方与水轮机主轴由18个M130×6螺栓联接,上方与发电机下端轴联接。中间轴重量14.5t。中间轴是为实现水泵水轮机组中拆而特别设计的。

1.3.转轮拆卸方式

蓄能机组的转轮在大修时需取出进行修理,立式机组转轮的拆卸要牵涉很多其他重大部件的拆卸,实际上影响整个水泵水轮机以致电动发电机的总体结构设计。现在大型立式机组转轮的拆卸可以有三种方式:或将尾水锥管和底环以及转轮由下方取出;或取出一段中间轴并拆卸顶盖后,将转轮由机坑取出;或用传统方式,吊出电机转子并拆除顶盖后由上方取出转轮,以上三中拆卸方式分别称为下拆、中拆和上拆方式。我厂一期为下拆,二期为中拆。

1.4.主轴密封及检修密封 1.4.1.主轴密封

主轴密封紧靠水轮机主轴下法兰端面,在水导轴承下方由内顶盖支撑,密封形式为弹簧复位式流体静压平衡径向机械密封。其作用是有效地阻挡水流从主轴与顶盖之间的间隙上溢,防止水

淹,维持轴承和机组的安全运行。从其结构简图我们可以说明其工作原理,旋转抗磨环⑸直接把合在主轴⑴下端法兰上端面与静止密封环⑷ 相对,密封环在弹

簧和尾水水压的作用下紧压着抗磨环,使其起到密封的作用,当机组在运行时,密封环内腔给适当压力的过滤后的润滑水(冷却水,在密封环与抗磨环之间建立一层水

膜,其作用相当于流体静压轴承将旋转抗磨环与静止密封环分开,使它们不发生直接摩擦从而

减少磨损量和热量。密封环内腔的冷却水水压应大于尾水压力,并保持在9.5bar,工作

流量应保持在10.5mз/h左右。

主轴密封润滑(冷却水用水,直接取直引水压力钢管经过消能环管减压,减压后经过过滤器和旋流器直接通至密封环内腔。由于在弹簧的作用下密封环压紧抗磨环,所以在机组停机时切断冷却水的情况下,密封环仍然起到密封作用。只有在机组运行时才投入冷却水。

为了监视主轴密封在运行过程的情况,设臵二种安全装臵:一种是温度监视,密封环内环端面互成120°角分别装有一个温度传感器,如果密封环与抗磨环之间间隙太小,或水膜受到破坏,则转动过程中必将造成温度升高,当温度过高必然损坏密封环,温度达45°时跳机;另一种是压力传感器,监视密封环冷却水供水压力,正常情况下冷却水供水压力必须高于尾水压力的0.4bar及以上,才能保证主轴密封的正常工作。此外,为了监视密封快的磨损程度,装设有标尺,可供读数,如果经过长时间的运行,密封快被磨损到一定程度时,则应进行更换。

主轴密封对机组过渡过程中没有特别要求,即密封有较强的抗振性。经过主轴密封内环的少量漏水会自流排至集水井。

1.4. 2.检修密封

检修密封位于水轮机轴下法兰轴面,在机组停机检修或主轴密封损坏时,打开检修密封操作三通阀,将压縮空气充入空气围带使其抱紧法兰轴面从而防止水淹水车室。在机组正常运行时或机组尚未完全停止时,不得投入检修密封,所以检修密封的操作设为手动投退。

1.5.水导轴承

水导轴承的作用,一是承受机组在各种工况下运行时通过主轴传过来的径向力,一是维持已调好的轴线位臵。按润滑剂不同,导轴承主要分为水润滑的橡胶瓦导轴承油润滑的乌金瓦导轴承。乌金瓦导轴承又分为稀油自循环分块瓦导轴承和筒式导轴承。

我厂水导轴承为强迫外循环冷却分块式导轴承,位于主轴密封上方。水导轴承由12块轴瓦、支座、静止油箱及强迫外循环冷却系统组成在油箱的盖板上装有空气呼吸器和观察孔,油箱旁装有油位计,整个油箱安装在顶盖上,油箱分成上、下油盆。

有关技术参数为: 轴颈直径:Φ1280mm 线速度: 33.5m/sec 功率损耗: 66kw 水导轴承总间隙: 0.55mm 瓦数量: 12块

轴承润滑的原理如下,在机坑外的油泵将润滑油从下油盆中吸出,经冷却过滤后输送至各轴瓦之间,冷油工作后,从上油盆溢流到下油盆,油泵又将其从下油盆中吸出,如此反复,实现强迫循环。循环管路系统包括油泵、逆止阀、过滤器和冷却器,以及油位、油量、油温和瓦温传感器。

2.固定部分

固定部分的主要部件包括:导水机构、顶盖和底环等。 2.1导水机构

导水机构的作用,是使水流进入转轮之前形成旋转并改变水流的入射角度;当机组出力发生变化时,用来调节流量;正常与事故停机时,用来截断水流。

导水机构由顶盖、底环、导叶、导叶轴套、连杆机构和接力器等组成。 2.2.导叶和连杆机构

导叶安放在转轮与座环之间上下由顶盖和底环上的轴套固定,通过接力器和连杆机构来操纵导叶的开关,并控制流进流出转轮水流的流量。导叶是主要的通流部件之一,其导叶本体为流线型,导叶由上中下三个轴套固定,轴套为青铜自润滑确保轴套转动灵活,导叶与顶盖和底环的端面总间隙为0.40mm,导叶立面间隙原则上为零,各别允许有0.05mm 的间隙,但长度不超过导叶高度的1/3为合格。

导叶由GX5CrNi134不锈钢整体铸成,共有20个,每个导叶单独配臵一个电液转换器、主配压阀和接力器,反馈装臵采用电器反馈。

导叶拐臂把合在导叶顶端并通过销键来传递来自接力器的操作力矩。导叶拐臂下方装有止推环,止推环承受整个导叶的重量,并确保导叶与底环的端面间隙,在底环上的导叶下轴套的底部开孔,将渗漏压力水用埋设管路排至尾水管,消除由于导叶上浮力大于它的自重而产生的向上移动,以防止导叶的上端面与其相对应的顶盖下部发生磨擦和碰撞。

导叶高度: 371.65mm 导叶总高度: 2409mm 导叶分布圆直径: 4500mm 导叶重量: 1.135t 2.3.导叶接力器

广蓄B厂采用单导叶接力器,每个接力器驱动一个导叶,接力器一端与拉锚环(固定环铰链式连接,另一端则与导叶拐臂连接,接力器可以在一定范围内摆动。接力器主要由缸体、活塞、推拉杆和前后端盖等组成,活塞由螺帽把合在推拉杆上,推拉杆与导叶拐臂连接,接力器由调速器液压系统控制。

单导叶接力器比传统双接力器具有很多优点: 多数水泵水轮机采用和常规水轮机一样的导水机构,用一对直线接力器通过控制环来操作导叶。由于水泵水轮机在运行中增减负荷很急速,水力振动大,泵工况时水流对导叶的冲击也很大,故导叶和调节机构的结构都需要比常规水轮机更坚固些。采用单元式接力器,其优点是:①每个导叶的操作机构减到最小尺寸,动作灵活;②每个接力器只控制一个导叶,导叶可以设计成有自关闭趋势;③导叶和接力器始终相连接,由于接力器的缓冲作用导叶不会晃动或失控,不需设臵剪断或拉断装臵;④顶盖上部空间增大,便于维护修理。

接力器主要技术参数: 活塞直径: 200mm 推拉杆直径: 90mm 接力器最大行程: 280mm 操作油压:64bar 2.4.顶盖/内顶盖

顶盖由76个的螺栓把合在座环上方,框架式焊接结构,覆盖导叶和转轮的上方。其主要作用有: ①形成流道并承受相应的流体压力; ②固定和支撑活动导叶及其连杆机构;

③支撑水导轴承; ④支撑并组成机组的密封,包括主轴密封、检修密封、上迷宫环等。

顶盖分成内外顶盖两部分,分别用StE355钢板焊接整体制造。外顶盖最大直径5470mm,最小内径为2400mm,高度1407mm。内顶盖外径为2480mm,最小内径为1666mm,高度为420mm,内顶盖用螺栓固定在外顶盖上,内顶盖上设有3个Φ82.5mm的转轮排气

管孔和3个Φ159.3mm的泄压孔,内顶盖主要是支撑主轴密封。顶盖总重量71.5t。

顶盖中布臵有供水、排水、水导供油、排油、释放管等管路: ①水导轴承供油、排油管路各一根DN80 ②上迷宫环冷却水管两根DN50 ③主轴密封冷却供水管一根DN50 ④主轴密封漏水排水管一根DN100 ⑤检修密封供气管一根DN10 ⑥顶盖排水管一根DN50 ⑦转轮排气管三根DN150 ⑧顶盖压力释放管四根DN150 2.5.底环

底环的作用是,与顶盖一起形成过流通道;安装导叶下轴承,将其用螺栓把合在座环的下环上。对底环的重点要求是,导叶的下轴承孔与顶盖导叶套筒同心,刚度应力求合格。

底环由StE355钢板焊接成整体,通过螺栓固定在座环和基础环之间。最大外径为5470mm,最小内径为2154.5mm,高度为1533mm,重量53t。顶盖及底环的过流表面都装有抗磨板,抗磨板采用X10CuNi13V不锈钢材料制造,并分别固定在顶盖和底环上,其位臵与导叶活动范围相对应。

2.6.止漏环(迷宫环

止漏环(固定迷宫环分上、下止漏环,采用GCuAI10Fe铜铝合金制造。分别用螺钉固定在顶盖和底环上,其位臵与转轮上、下止漏环相对应。上止漏环为梳齿式,下止漏环均由7级阶梯梳齿式组成。上止漏环单边间隙为1.20~1.35mm,轴向间隙为10mm,直径Φ2136mm,下止漏环单边间隙为1.4~1.55mm,直径Φ2220mm。

3.埋设部件

埋设部件主要由蜗壳、座环、基础环和尾水管组成,并都是机组的通流部件,通流部件的结构型式以及几何尺寸都经过模型试验决定,其性能的好坏直接影响机组的水力效率、气蚀特性和稳定运行。

3.1.蜗壳

蜗壳在座环与球阀之间,在机组作水轮机运行时,蜗壳在座环圆周方向提供均匀的

流速不变的压力水流进入转轮。在机组作为水泵抽水时,蜗壳收集转轮所泵出的水流并将水流的动能转换成压能输入引水钢管。两种工况下蜗壳的特性存在着一些相互矛盾的因素,要让同一蜗壳实现两种工况的最优化,设计时必须兼顾两方面的技术要求。从结构尺寸看,水泵水机的蜗壳接近常规水泵的蜗壳,但水泵水轮机有活动导叶可以调节水流而保持高效运行,这一点普通水泵是无法做到的。

蜗壳由StE690V钢材卷制,分接与座环在工厂焊成两块,在现场焊成整体,侧面方向设有Φ600mm的人孔门,进口直径为2100mm,进口与末端的厚度分别为44mm和25mm。

浇注混凝土时蜗壳充水压力为4.5Mpa。 3.2.座环

座环的作用,是承受整个机组及其上部混凝土的重量以及水泵水轮机的轴向水推力,以最小的水力损失将水流引入导水机构。机组安装时以它为基准,所以,座环既是承重件,又是过流件,又是基准件。因此,在设计和制造时,必须保证它具有足够的强度、刚度和良好的水力性能。

座环通常由上环、下环和支柱(既固定导叶三大部分组成。

座环为平行边型结构,共有20片固定导叶,采用20MnMoNi55钢材分半铸成,外、内直径分别为6170mm、5025mm,高度为388mm,重量为50t。

3.3.基础环

基础环的作用是,在机组安装时放座环,成为座环的基础;在水泵水轮机安装及检修时,用来放臵转轮。基础环有铸造和钢板焊两种结构。上法兰与座环的下环相连,下法兰与尾水管的锥管里衬上口相连。

3.4.尾水管

尾水管位于转轮的下方是主要的通流部件,作用是引导进出转轮的水流。尾水管由锥管段、肘管段和扩散段组成,用Rst37-2钢板焊成,并设有600×900mm的人孔门,尾水管完全埋入混凝土中。

尾水管有如下管路出入:尾水管排水管,蜗壳增压管,顶盖压力释放管,压水进气管,转轮回水排气管,压水水位指示管,机组技术供水泵取水管等。

4.埋设管路

抽水蓄能机组运行工况复杂且各种工况转换频繁,为使机组能安全可靠运行,机组配有较常规机组要多的多管路系统。主要包括:机组排水管路,机组测压管路,压水系

统管路,排气管路,机组冷却润滑系统管路,顶盖蜗壳平压管路。这里不再作详细介绍。

四.水泵水轮机辅助设备

蓄能水电厂的动力设备分为主机和辅助设备两大部分。两者的工作是相辅相成的,辅助设备运行的好坏,直接影响着主机的安全运行。水泵水轮机的辅助设备主要包括:进口球阀、尾水闸门、油系统、压缩空气系统、技术供水系统和排水系统等。

由于球阀、尾水闸门、压缩空气系统、技术供水系统和排水系统有专题授课,在这里就不再重复。下面主要简单介绍电厂用油的分类和作用: 1.用油种类

电厂的机电设备在运行中,由于设备的特性、要求和工作条件不同,需要使用各种性能的油品,大致有润滑油和绝缘油两大类,绝缘油不作介绍。

1.1.润滑油的分类

润滑油分为:透平油、机械油、压缩机油和润滑脂。

①透平油:一般有HU-

22、HU-30、HU-46和HU-57四种,符号后的数值表示油在

50℃时的运动粘度(mm2/s,供机组轴承润滑及液压操作用(包括调速器系统、球阀系统、尾闸系统、液压操作阀等;

②机械油:一般有HJ-

10、HJ-20、HJ-30等三种,供机床、水泵轴承和起重机等润

滑用; ③压缩机油:有HS-13和HS-19等两种,供空气压缩机润滑用; ④润滑脂(黄油:供滚动轴承润滑用。 1.2.润滑油的作用

润滑油的种类很多,这里主要介绍透平油,其主要作用是润滑、散热以及对设备进行操作控制以传递能量。

①润滑

机组在运行中,轴领与轴瓦或推力瓦与镜板接触的两个金属表面间,因摩擦会使轴承发热损坏,甚至不能运行。为了减少因这种固体摩擦所造成的不良情况,在轴与轴瓦间加了一层油膜。因油有相当大的附着力,能够附在固体表面上,使其由固体的摩擦转变为液体的摩擦,从而提高了设备运行的可靠性,延长了使用寿命,保证了机组的安全运行。

②散热

水泵水轮机结构第 11 页共 14 页油在轴承中，不仅减少了金属间的摩擦，而且还减少了由于摩擦产生的热量。在机组的轴承油槽中设有油的循环系统，通过油的循环把摩擦产生的热量传给冷却器，再由冷却器中的水把热量带走，使轴瓦能经常地保持在允许的温度下运行。 ③ 传递能量由于油的压缩性极小，操作稳定、可靠，在传递能量过程中压力损失小，所以水电厂常用它来作为传力的介质。把油加压以后，用来开闭球阀和进行机组的开、停机操作等。在调速器系统中，油用来控制配压阀、导水机构接力器活塞的位置。另外油还可以用来操作其它一些辅助设备。 1.3.机组润滑油系统 1.3.机组润滑油系统润滑我厂的机组的用油主要有：机组导轴承润滑采用 Ɛ SSO32 透平油，液压传动用油采用 Ɛ SSO68

透平油。水泵水轮机的水导轴承是用透平油来润滑和散热的，由于我厂机组的生产厂家的不同，水导轴承的结构也有所不同。A 厂的水导轴承采用筒式瓦结构，B 厂的水导轴承采用分块瓦式结构。以下简单介绍两种轴承的油循环方式： ① A 厂筒式水导轴承筒式瓦的油循环方式是采用自循环，润滑油的自循环工作原理：当机组运行时，安装在大轴上的水导轴承旋转油盆与大轴一起旋转，旋转时油盆中油也跟着旋转，由于离心力的作用，油盆中的油位形成边缘高，中心低的状态，即形成一个抛物面。在压差的作用下，油经固定不动的轴承体圆周外部的进油孔进入瓦面的下环形油槽，由于大轴的转动使油沿轴瓦面上的斜向油沟上移，并流经整个瓦面，使大轴与轴瓦之间的润滑良好，同时带走热量，热油流到上环形油槽经排油管流至冷却器，热油经冷却后通过进油管进入油盆，以上润滑油的路径为一次工作过程。机组运行时润滑油如此往复进行不停的循环，来满足轴承的运行需要。 ② B 厂分块瓦水导轴承分块瓦式的油循环方式是采用强迫循环，强迫循环主要是用油泵来实现。在机组运行时，通过油泵把轴承油槽内的热油抽出，热油经过冷却器冷却后，再送回油槽，润滑油不停的循环来满足轴承的运行需要。 1.4.润滑油系统的运行及维护 1.4. ① 油位 11 水泵水轮机结构第 12 页共 14 页在轴承油槽上部装有油位标尺 (油位计) 用来观察和记录油位。，油位计的零位线 (正常油位)就是导轴承轴瓦抗重螺丝的水平中心线。当机组运行时，在大轴旋转的离心力和油的热膨胀等作用使油位有所升高，属正常现象。一般导轴承的油位变动范围在±10mm。 ② 油温油是把轴承摩擦面生产的热量传递给冷却水的媒介质。在冷却条件不变，运行稳定的情况下，轴承温度应保持稳定。一般要求在 35℃～45℃之间为宜。油温过高，油本身的氧化作用要加快，易于劣化;油温过低，油的粘度大，润滑和散热作用变差，也不利于运行。 ③ 油质油质的合格与否，应通过化验来决定。但在运行中，也可根据油的颜色进行初步的分析和判别。如滤网经常出现有堵塞现象时，说明油中的杂质过多;油槽下部放出的油进行燃烧，如有“啪啪”声，说明油中有水分;如果油呈乳白色或轴承有生锈现象，也说明油中有水分。合格的透平油呈橙黄色，如发现油色变黑，说明油温过高，有大量碳化物存在。 1.5. 1.5.油劣化的原因及预防措施油在运输、使用和保管过程中，因种种原因，发生了物理、化

学变化，使之不能保证设备的安全经济运行，这种变化称为油的劣化。油劣化的原因很多，主要有以下几点： ① 水分的影响水分混入透平油后，造成油乳化促使油的氧化速度加快，同时也增加了油的酸价和腐蚀性。油中水分的来源;干燥的油可吸取空气中的水分，当空气在油的表面冷却时，空气中的水分可大量进入油内;冷却器的水管破裂，使水进入油中;被劣化的油有时还会分解出水分等。为了避免和预防油中混入水分，除了在机组运行中要尽可能使润滑油与空气隔绝外，运行人员还应该注意监视各导轴承的冷却器水压，并注意油位和油色的变化。 ② 温度的影响当油的温度很高时，会造成油的蒸发、分解、碳化，并使闪光点降低，同时使油氧化加快。一般油温在 30℃时不氧化，油温在 50℃～60℃时氧化较快，油温在 60℃以上时每增加 10℃氧化速度就增加一倍，所以透平油油温一般不得超过 45℃。油温升高的原因主要是设备运行不正常所造成的。如机组过负荷，冷却水中断，设备中的油膜被破坏，均能造成全部油或局部油的温度升高。因此在运行中应注意监视， 12 水泵水轮机结构第 13 页共 14 页防止由于不良现象造成的油温升高。 ③ 空气的影响空气能使油引起氧化，增加水分和灰质等。当空气增加时，油的氧化速度加快，油和空气直接接触或空气以气泡的形式和油接触，会造成不同的接触面，接触面愈大则油和速度愈快。油中产生气泡的原因：运行人员充油速度快，因油的冲击而产生泡沫;油泵工作时吸油的速度太快，冲击产生泡沫;空气和油在轴承。齿轮中搅动可能引起泡沫等。油系统中有泡沫。使油和空气中的氧接触面积增大，加快了油的氧化并促使油的劣化，这不仅影响油的润滑作用，而且也使油的体积增加并从油箱中溢出来，所以在运行中要设法防止泡沫的发生。 ④ 混油影响任意将油混合使用，会使油质较快的劣化。因此必须严格防止不同牌号的油任意混合，需要混合使用时应进行化验后无影响时再混合。 ⑤ 天然光线的影响含有紫外线的光线对油的氧化起媒介作用。新油经日光照射会更加混浊，所以要防止日光对油的长时间照射。 ⑥ 轴电流的影响当轴承绝缘损坏时，轴电流通过油膜能很快地使油颜色变深甚至发黑，并产生油泥沉淀物，如发生此种现象应及时设法消除。五.水泵水轮机保护装置水泵水轮机保护装置是当机组在启停和运行过程中发生危及设备和人身安全的故障时，自动采取保护或联锁措施，防止事故产

生和避免事故扩大，从而保证人和设备的安全不受损害或将损害降到最低限度。保护装置主要包括：振动保护装置、压力保护装置、温度保护装置和导轴承油位保护装置等。六.其它 1. 水环水环是抽水蓄能机组中所特有的现象，在水泵启动和调相时，为了减少有功功率的损耗，转轮要在脱水状态转动，因转轮在空气中转动所消耗的功率约为在水中的十分之一。在转轮室内的水被高压气体压至转轮以下，形成流道中的局部充气空间，使转轮处于空气中，机组在水泵启动和调相运行时，来自上下迷宫环的冷却水和蜗壳内的水经导 13 水泵水轮机结构第 14 页共 14 页叶端面间隙漏至转轮室，由于转轮旋转离心力的作用，这些水就会堆积在转轮与活动导叶之间并形成水环，但是水环会越集越多，厚度会越来越厚，达到一定的厚度时就会与转轮叶片碰撞，并增加了调相或水泵启动时的有功功率，这就达不到转轮在空气中旋转的作用。因此，保持转轮室内空气压力与其周围水压的相对平衡是利用水环作用的关键。所以，水环不能没有，但又不能太多，为了消除过多的水环厚度，在顶盖上装有四根压力释放管并排至尾水。水环的形成有两个作用：一是冷却转轮;二是密封压缩空气。 2. 水泵工况启动和调相运行水泵水轮机作水泵工况启动和调相运行，所设置的装置由压水装置、限制水环装置和转轮注水排气装置组成，系由 VOITH 配置。 2.1.压水装置水泵水轮机作水泵工况启动和调相运行时，用压缩空气将转轮室内的水压至离转轮底部约 1.25m，使转轮在空气中旋转以减小机组的启动力矩和功率损耗。每台机组设置有两个 4m3 储气罐，其气压为 7.4Mpa，作为压水的气源。转轮脱水在空气中旋转的水位控制元件为电导式信号器。维持转轮脱水水位补气由 MFL01AA112 的旁通阀 MFL01AA114 来控制。 2.2.限制水环装置水泵水轮机作水泵工况启动或调相运行时，需要向转轮迷宫环提供冷却水。这冷却水在转轮旋转的离心力作用下，在导水叶内侧将形成水环，水环过厚将增加水泵水轮机轴功率。为此，必须把形成水环的水排掉，其办法是在蜗壳设置压力释放管，利用水环与蜗壳间的压力差，把水环通过导水叶端部的间隙排至蜗壳，再由蜗壳压力释放管排至尾水管。 2.3.转轮注水排气装置机组作水泵启动完成或调相工况转换时，需要排走转轮室内的压缩空气进行注水。为此装置了自动排气系统，

其排气管从内顶盖排气管接出，通过液压控制阀 MFW01AA042 排至集水廊道，为了便于液压控制阀的检修，在内顶盖排气管出口装有 3 个 DN80 的手动阀门。 14

第二篇：6轴流式流体机械的叶轮理论

对于轴流式流体机械，同样可采用欧拉方程来分析，但由于轴流式流体机械的叶轮数较少，叶片间的流道较宽，分析其实际能头时，要做很多修正。因而，其叶轮理论一般是用机翼理论来分析

§6-1基本名词术语 1.叶轮轮毂半径rh 2.叶片外缘半径rt

3.基元(基元级)叶片：在叶片的任意半径r及r+dr处将两个同心圆柱面切开，则这两个面之间的部分称为基元叶片。

4.翼型：设dr很小，基元叶片展开成平面，其中一个叶片的翼型断面 5.工作面：翼型凹面——正压力面 6.背面：翼型凸面——负压力面

7.翼型中线(骨架线骨线)：翼型两面间内切圆圆心的连线 8.翼弦和弦长：中线端点的连线，长度L称为弦长

9.前缘点和后缘点：中线有两个端点，迎着来流方向的端点另一端点称为后缘点，翼型前缘是圆滑的，后缘是尖锐的

10.前驻点和后驻点：来流接触翼型后开始分离的点称为前驻点，绕流翼型后在后端会合的点称为后驻点

11.翼型厚度：与骨线垂直的翼形两面间的距离，max—最大厚度

maxl

fmaxl12.挠度：翼型中线与翼弦的距离f，f

bl13.翼展：垂直于纸面的翼型长度称为翼长或翼展b，相对翼展

14.前缘方向角：翼型前缘点处中线的切线与翼弦所形成的夹角x1 15.后缘方向角：翼型后缘点处中线的切线与翼弦所形成的夹角x2 16.翼形弯曲角：x1x2y2y1

17.叶栅：相同翼型等距排列的翼型系列 18.叶栅列线：叶栅中各翼型的相对应点的连线 19.平面直列叶栅：叶栅列线为直线

20.栅距：两相邻翼型在叶栅列线方向上的距离t，t2r/z r—为圆柱切面的半径 z—为叶片数

21.叶栅稠密度：弦长l与栅距t之比

tl22.冲角：来流w与弦的夹角称为冲角 23.正冲角：冲角在翼弦以下(工作面迎着来流) §6-2机翼和叶栅的升力理论

一、弧立翼型的升力理论 ①升力Fy:垂直于w ②阻力Fx:平行于w

FyCw2y2blFw2

xCx2bl③Cy—升力系数与断面形状，冲角，表面粗④Cx—阻力系数

糙度雷诺数

—滑翔角

⑤升阻比tgFx1FyCyFytgFxC

切线与纵坐标的夹角为min，tgmin取最小值时，升阻比最大

二、叶栅

1.速度

已知：Q,A,,D,n 对于等半径的叶栅：圆周速度u1u2u 相对速度的轴向分速

w1mw2mwmcmQA

wmwuwu2wtgww2u1u22wmw1uw2u2cmcm2ccu2uu122

ucu1cu22wuw1uw2u2w1ww2cmc1c212w1uw2uu

2.动力学基本方程式——叶栅

①作用在基元上的力有升力dFy，和阻力dFx其合力为dF ②dF与圆周方向一夹角为90()

③dF的圆周分量为dFudFcos90dFsin() ④使翼型dr转动的推动功率

dPudFsin()

⑤叶片数为Z，则所需总功率

ZdPzudFsin()

⑥流经dr段的流量为dQT，则功率为

dQTHTzudFsin()dFdFycosCy,dFyCyw22bdrdQTZtdrcmHTHTsin()lu2w2gtcmcos22Cy1ucmsin2gtcmsin()cosg,cmw/sin

HTCyltu(cu2cu1)g2cuwwucusincossincoscossin12cu1tg/tg当叶轮以角速度ω转动时，由于叶轮内外半径的不同引起内外断面处圆周速度的不同，而希望内外断面所产生的能头相同，否则形成二次回流，由欧拉方程知

u2外cu2外gu2内cu2内gu2外u2内cu2外cu2内由于c2m内c2m外QA

2外2内扭曲叶片cm2c2外cm2外c2内cm2内w2内y2内cu2内cu2外

y2外u2内u2外+2-2oo0o