灯泡贯流机组.docx

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灯泡贯流机组

一、灯泡贯流式机组

▪灯泡贯流式机组的发电机安装在密封的、外形酷似白炽灯灯泡的灯泡头内，水轮机装在灯泡的插口后，因此称这种水轮机为灯泡贯流式水轮机。

▪灯泡贯流式水轮发电机组布置形式：

主要有两种方式：

一种是以管形壳为主要支撑的布置方式，一种是以水轮机固定导叶为主要支撑的布置方式

灯泡贯流式机组特点及优缺点

▪1、发电机安装在水轮机上游侧一个灯泡型的金属壳体中，发电机与水轮机共一根主轴，水平连接。

▪2、水流根本上轴向通过流道，轴对称流过转轮叶片，然后流出直锥形尾水管。

▪3、机组的轴系支承构造、导轴承、推力轴承都布置在灯泡体内。

▪4、这种机组所有的电缆、通风冷却管道及油管等都是通过灯泡头竖井和灯泡体支承的空心局部与外界相连。

▪5、由于贯流式机组水流畅直，水力效率比拟高，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，减少了土建工程量。

▪缺点：

但是发电机装在水下密闭的灯泡体内，给电机的通风、密封、轴承的布置和运行检修带来困难，对电机的设计制造提出了特殊要求，增加了造价。

▪优点：

比转速高、过流量大、效率高、厂房尺寸小、投资省。

〔一〕、灯泡贯流式水轮机过流和泄水部件

▪尾水管里衬、管形壳〔内管形壳体、外管形壳体〕、发电机吊装孔、盖板、下导流板，接力器根底以及下部支撑、侧向支承根底板等。

▪1—管形壳根底板；2—径向支承；3—前锥体；4—轴向支承；5—中心定位架；6—内管形壳；7—尾水管里衬；8—导水锥头部；9—外管形壳；10—抗压盖板；11—发电机侧向支承根底板

1、流道和管形壳

▪灯泡贯流式机组的流道是混凝土的。

特点：

大而短。

▪管形壳：

管形壳分为外管形壳体及内管形壳体。

外管形壳体上游面与发电机进人孔的框架、墩子盖板连接。

管形壳的构造应满足受力要求。

2、发电机吊装孔框架、抗压盖板

▪发电机吊装孔是为了安装、检修时吊入和吊出发电机定子、转子，主轴和灯泡头等部件而设计的。

抗压盖板是发电机吊装孔的盖板，并可为发电机灯泡头进人竖井定位。

▪顶导流板为多孔构造，目的是减少机组甩负荷时反向水锤压力对盖板的升压值。

3、下支承、侧向支承

1、下支承：

球面支承安装在灯泡头的下部，在流道无水的时承受灯泡头、定子等部件的重力；在流道充满水后承受灯泡头、定子等部件的重力和其浮力的合力。

2、侧向支承承受灯泡体的在不平衡水流作用下的侧向力和机组在运行时产生的振动力。

3、这两种支承在安装时必须拉伸。

图1—27球面支承构造图〔见图〕

1—双头螺栓；2—上螺母；3—上球形头；4—锁紧螺冒；5—支座板；

6—球头支柱；7—O形密封圈；8—根底板；9—垫板；10—下螺母11—O形密封圈

图1—28球面侧向支承构造〔见图〕

1—锁紧螺母；2—球形头；3—灯泡头壁；4—翼形球面支柱；

5—球形座；6—锲形板；7—根底板；8—定位块；9—翼形导流板

4、下导支墩、围板

▪在发电机下部支墩与定子外壳之间设立下导流板。

下导流板是为水流起导向作用，目的是减少运行中水力损失。

图1—29下导流板和围板

1—下导流板；2—下支墩；3—球面支承的根底板

5、泄水部件

▪灯泡贯流式尾水管是直锥形尾水管。

前面局部带金属里衬，后面局部是钢筋混凝土。

▪作用：

排水并回收水能。

〔二〕、灯泡贯流式水轮机导水部件

2、导水机构又叫导水部件，它位于水轮机转轮和引水部件之间，其主要作用是调节进入水轮机转轮的流量和形成水流推动水轮机转轮旋转所需的环量，实现开停机和调节水轮机的出力。

调频机组，通过改变流量来调节机组的转速，确保机组的转速稳定在额定转速范围内运行。

2、灯泡贯流式机组的导水机构特点

灯泡贯流式机组的导水机构，水流流进导叶时其方向与导叶轴线倾斜一定角度，导叶全关时象一个圆台，其轴线成一个圆锥，故称斜向式导水机构，又称圆锥式导水机构。

灯泡贯流式机组的导水机构的组成除了有与立式机组一样的导叶、导叶套筒、导叶传动机构〔包括导叶臂、连接板、连杆〕、控制环外，还有与立式机组不同的地方，如内、外配水环等。

导叶接力器在竖直面上平行布置，调速环是竖直布置。

图1—31导水部件

1—外配水环法兰；2—拐臂；3—导叶；

4—内配水环；5—连杆；6—调速环；7—外配水环

3、导叶的分类

▪按导叶翼型的不同，可分为对称型和非对称型两种。

非对称型导叶按其弯曲方向不同又分为正曲率和负曲率两种。

对称型导叶主要用于半蜗壳的轴流式水轮机；正曲率导叶主要用于中低水头的混流式水轮机；负曲率导叶那么用于高水头混流式水轮机。

因为灯泡贯流式水轮机需要导叶有自关性，所以一般采用不对称型负曲率导叶。

▪导叶按其构造的型式分可分为三种：

一种是整体铸造的导叶，为减轻导叶的重量，叶体制成中空式，；第二种是铸焊导叶，导叶体和轴分别铸造后再焊成一体，；第三种是全焊导叶，导叶体用钢板压制成，然后焊接成型再与导叶轴焊成整体，。

3、导叶的密封

▪一是水轮机停机时要求导叶关闭不漏水，如果漏水量大，那么水能损失多；

▪二是对调相运行的立式机组在调相运行时用压缩空气将转轮内的水压到转轮以下，这时假设导叶不密封就要漏气，为减少漏气损失，也需要导叶密封；

▪三是导叶有间隙漏水，容易产生间隙气蚀而损坏导叶，为减少间隙气蚀的破坏需要导叶密封；

▪四是为机组检修前后提供静水下闸和提起检修闸门的条件。

如果导叶漏水量大，检修前，进水口检修闸门在下闸的过程中，闸门前后的压差大，导致检修前闸门放不下；在检修后，流道内的水压不能与压力前池的水压平衡，从而闸门提不起来。

▪导叶密封分为端面密封和立面密封

图1—35导叶

1—上轴；2—导叶体；3—翼型横切面；4—下轴孔

4、导叶上、下轴颈的密封

▪灯泡贯流式水轮机导叶上、下轴颈的密封是为防止水从导叶轴颈分别漏至水轮机检修廊道和灯泡体内。

▪国内90年代初期投产的灯泡贯流式机组导叶上、下轴颈密封不是很好，漏水严重。

随着我国灯泡贯流式水轮机的开展，新材料和新工艺的应用，导叶的上、下轴颈漏水的问题得到了圆满解决。

现介绍一组设计比拟合理的导叶上、下轴颈密封导叶上轴颈及其密封装置，它由压环、导叶轴承补套、球面轴承、O型密封圈、导叶轴颈内/外保护套等组成。

内、外保护套和O型密封圈主要起保护轴颈和密封作用。

球面轴承使导叶运转灵活。

图1—36导叶上轴颈

1、导叶端盖；2、拐臂；3、端面间隙调整螺栓；4、定位螺栓；5、压环；

6、导叶轴承补套；7、球面轴承；8、O型密封圈；

9、导叶轴颈外保护套；10、导叶轴颈内保护套；11、排水孔；12、外配水环

导叶下轴颈

▪下导轴颈及其密封装置，导叶内侧为一短轴，青铜瓦为轴承，这种构造便于安装。

当外配水环与导叶一起吊入后，利用内侧短轴可以很容易地从内配水环插入导叶下轴孔。

导叶下轴颈用O型密封圈密封。

图1—38导叶下轴颈

1、下轴颈；2、轴承；3、聚脂纤维涂料；4—O型密封圈；5—内配水环

5、灯泡贯流式水轮机的导叶传动机构

▪叶传动机构的作用是把由接力器传来的开/关导叶的操作力矩传递到导叶，到达开/关导叶和调节流量的目的。

▪它由调速环、连杆、拐臂等组成。

灯泡贯流式机组的导叶传动机构也采用了立式机组传统的叉头式连接的传动机构或耳柄式连接的传动机构

1〕刚性连杆剪断销式的导叶传动机构

存在的问题：

经常要更换剪断销。

2〕挠曲连杆和液压连杆相间布置的导叶传动机构

▪在马迹塘电厂用，在两个60bar氮气瓶。

图1—42液压连杆和挠曲连杆

1—拐臂；2—导叶；3—挠曲连杆；4—液压连杆；5—调速环

图1—45卡有导物的液压连杆和挠曲连杆

1—拐臂；2—导叶；3—液压连杆；4—挠曲连杆；

5—相邻连杆产生的立面间隙；6—异物；7—变形的液压连杆；8—调速环

3〕弹簧式平安连杆的导叶传动机构

▪南电使用，有两个偏心柱。

图1—46平安连杆构造

1—球面轴承；2—弹簧；3—连接销；4—连板；5—拐臂；6—调速环；7—行程开关

卡有导物的平安连杆

1—拐臂；2—导叶；3—异物；4—平安连杆；5—变形的平安连杆

4〕磨擦环式导叶传动机构

图1—48　导叶控制摩擦机构

①-拐臂座　②-摩擦环　③-拐臂　④-顶座　⑤-传感器

5〕控制环

▪控制环：

又称调速环，它的作用是将接力器的作用力传递给导叶的传动机构。

▪分类；按照控制环耳环的多少和布置方式的不同来分类，可分为单耳环式、双耳环穿插式、双耳平行式和无耳式。

▪灯泡贯流式水轮机的控制环不像立式机组的控制环那样水平放置，支承在顶盖或支持盖上的支持环内，而是竖直放置，支承在外配水环上，依靠钢球或滑块滑动，在接力器的操作下绕水轮机中心线旋转，带动导叶的传动机构运动。

图1—49调速环示意图

（a）双平行接力器推动的调速环；（b）单接力器推动的调速环

1—调速环；2—轴承压板；3—重锤吊耳；

4—接力连接环；5—重锤和接力器共用环

▪控制环采用用滑块Ф40～60mm的钢珠作为滚动轴承来减少磨擦，要求控制环滚动面作硬化处理，这样控制环运动时才灵活自如。

钢球用黄油润滑。

为防污物和冷凝水进入滚动面，两侧各装有一根O形密封圈。

▪1—连杆；2—调速环；3—轴承压板；4—轴承；5—注油孔；6—转轮室法兰；7—密封圈；8—外配水环法兰；9—外配水环

6〕接力器

▪接力器很简单，就是一个活塞和活塞缸组成。

▪按布置形式的不同，可分为垂直式和倾斜式；接力器按个数分，可分为单接力器和双接力器，

▪常见的故障：

渗油，振动，活塞缸内外表拉伤。

6〕重锤

▪为防止机组飞逸，灯泡贯流式机组在控制环的右侧〔面向下游〕设有关闭重锤。

▪当调速器液压系统失去油压时，可依靠重锤的重力所形成的关闭力矩和导叶在水力矩的作用下形成的自关趋势，能可靠地关闭导叶，迫使机组停机，防止事故的扩大。

关闭重锤的作用相当于立式机组蜗壳前的快速关闭蝶阀或进水口事故闸门。

▪在液压系统有油压而调速器的主配压阀卡死时，难以实现快速关闭。

因此，在许多电站的液压系统保护油路中设有快关一、快关二、飞摆中继阀、最小压力阀和手动三通阀等，通过各种途径作用于主配压阀的快关接力器，强迫主配压阀活塞下降停机，防止机组飞逸事故的发生。

8〕配水环

▪配水环，顾名思义，起水流分配作用，使水流分配均匀进入转轮室。

▪配水环分内配水环和外配水环。

▪内、外配水环之间安装导叶，并对导叶起支承固定作用。

图1—53配水环

1—连接外管形壳的法兰面；2—导叶拐臂；3—导叶；4—内配水环；5—连杆；6—调速环；7—外配水环

六、灯泡贯流式工作部件

▪1、灯泡贯流式工作部件—水轮机转轮

▪水轮机转轮是将水能转变成机械能的部件，是工作部件。

▪按叶片的数量分，灯泡贯流式水轮机可分为三叶片水轮机、四叶片水轮机和五叶片水轮机。

▪按桨叶是否可操作分，可分为转定桨式和转桨式两种。

按桨的操作方式分，转桨式水轮机可分为活塞套筒式、操作架式和缸动式等构造。

▪下面主要介绍缸动式和活塞套筒式水轮机的构造。

图1—54活塞缸动式水轮机

1—水封；2—叶片；3—连杆；4—转轮体；5—操作油管；6—泄水锥；7—泄水锥头；8—活塞缸；9—活塞；10—旋转臂

活塞套筒式，也就是活塞缸不动，活塞在操作油压力的作用下运动时带动连杆、拐臂运动，操作叶片旋转，如图1—55所示。

图1—55活塞套筒式水轮机

1—轴套；2—轮叶；3—导向键；4—连杆；5—耳柄；6—转轮体；7—转轮体盖；8—盖板；9—泄水锥

▪为防止叶片与转轮室之间产生间隙气蚀，在轮叶边缘设有抗气蚀裙边。

▪为防止水进入轮毂空腔内，灯泡贯流式水轮机一般设有高位轮毂油箱，依靠轮毂油的重力产生油压，使轮毂腔内的油压略高于外部水压力，阻止外界的水进入轮毂空腔内。

▪转动的叶片与转轮体间设有密封。

常用的有λ形、X形、V形和VX组合形密封。

▪常见故障：

漏油、拉缸。

图1—57V形密封构造图

1—轮毂；2—轮叶根部密封压盖；3—V形密封圈；4—顶紧环；5—轮叶转轴；6—弹簧

图1—58V、X组合形密封图

1.轮毂；2—密封压环；3—V、X组合密封；4—顶紧环；5—定位销

图1—59λ形密封

1—密封压环；2—λ密封；3—弹簧；4—轮毂

2、转轮室

▪转轮室是水轮机的工作室，分上下两瓣，构造简单。

▪转轮室的上游侧与外管形壳相连，下游侧与尾水管相连。

七、灯泡贯流式水轮机主轴密封

▪为防止流道中的水通过静止与转动局部结合面的间隙大量流入管型壳，在转轮与内管型壳之间均需设置密封装置，通常称为主轴密封。

▪主轴密封一般分工作密封与检修密封。

▪工作密封是在机组正常运行时使用。

▪检修密封在设备检修特别是需维修工作密封时才投入使用。

▪机组主轴密封由梳齿密封、检修密封和单层橡胶平板密封三局部组成，梳齿密封在减少漏水量上起着主要作用，同时也可减轻泥沙及污物对密封面的破坏。

1、梳齿密封在减少漏水量上起着主要作用，同时也可减轻泥沙及污物对密封面的破坏。

2、在梳子密封后装有检修密封，它是一种丁晴橡胶制成的空气围带。

当单层橡胶平板密封需要检修时，可通过一个转换三通阀接通0.2Mpa的压缩空气气源投入该密封。

3、单层橡胶平板密封由橡胶平板、橡胶平板压环、抗磨环等组成。

4、橡胶平板与密封环的磨擦面由渗漏水冷却和润滑。

5、有时候检修后漏水量较大，单层平板橡胶损坏。

八、水轮机水导轴承

▪水轮机导轴承简称为水导轴承，它的型式很多，按轴瓦的材料可分为橡胶轴承和金属轴承；按润滑方式可分为水润滑和油润滑轴承，油润滑又分干油和稀油两类，稀油润滑又有很多形式；按轴承形状来分，有筒式和分块瓦式。

灯泡贯流式水导轴承常采用稀油润滑筒式导轴承。

图1—61筒式水轮机导轴承组装图

1—水轮机导轴承体；2—水轮机导轴承瓦及瓦座；3—轴；4—高压顶轴油管；5—排油管；6—内管形壳；

7—端盖；8—挡油环；9—扇形支承板；20—内配水环

水导轴承的构造

▪筒式水导轴承分上、下两瓣，一般由轴承体、轴瓦及瓦座、绝缘层、扇形支承板和端盖等组成。

▪轴瓦浇铸在瓦座内侧，上半部轴瓦受力小，只有上、下游侧两端有两条轴瓦。

下半部轴瓦与瓦座同宽，最下部的中间有一个压力油室，其作用是扩大大轴受压力的面积，使大轴容易被高压油顶起。

▪扇形支承板是水导轴承和内管形壳连接件，将水导轴承所承受的水轮机的重量和径向力传递至内管形壳，

▪常见故障：

烧瓦。