高水头混流式水轮机的结构与运行特点分析

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高水头混流式水轮机的结构与运行特点分析

　前言

所谓高水头混流式水轮机，是指混流式水轮机采用的额定水头在 250m 以上的。与国外相比，

国内高水头混流式水轮机的应用比较晚，再加上受到设计与制造技术的限制，导致其应用受到

一定的影响。不过随着科学技术的发展，此种混流式水轮机的应用逐步加深，现今，国内已经

建成多个，而且已经投入到运行当中。

　 1　高水头混流式水轮机的结构

1.1 转轮带有副叶片

在高水头混流式水轮机中，转轮叶片的长度非常长，进口半径与出口半径之间的差异性比较

大，在进行转轮设计时，如果采用常规的设计方法，那么叶片的进口处半径就会非常大，比出

口半径宽出很多。幅流成分是转轮水轮中比较重要的一个部分，在两个叶片之间，水流受到哥

氏力作用的影响，会呈现出分布不均匀的状态，这样一来，在运行的过程中，就会出现某些部

位零水流流速的问题，这对水轮机运转效率的影响是比较大的，严重时会对机组的正常运行产

生破坏。基于此，为了避免问题的产生，在将进口宽度变小时，出口的宽度要保证不发生变

化，同时，在两个叶片之间还需要增加一个叶片，叶片要与进口的距离比较近，而且长度要短

[1].副叶片的增加有效地提升水力效率，避免了不必要损失的产生，提升了水轮机的运行效

率，保证其稳定运行。

1.2 导叶的偏心结构

高水头混流式水轮机的导叶高度并不高，因此，立面的漏水量是比较少的，不过，其水压要比

普通的混流式水轮机高很多，很容易发生顶盖变形，进而导致导叶端面的间隙不断的加大，产

生比较严重的漏水现象，为了避免这个问题，就需要对导叶的结构进行调整。

现今，水轮机导叶采用的是偏心结构，端面比较大，而且带翼，同时，在导叶的轴颈处，安装

有密封圈，有效的将损坏降低[2].在偏心结构的导叶中，增设了翼板，安装的位置为正压面的

上端及下端，而且轴颈的直径也进行了增加处理，这样一来，有效地避免了过多的漏水，使水

轮机保持在高校的运转中。

1.3 不锈钢层焊接

在导叶中，两个端面之间的间隙是比较小的，比如顶盖和抗磨板，二者在进行连接时，通过螺

钉来实现，在高水头运行的过程中，抗磨板受到其作用的影响，在局部的某个位置上会发生变

形，这样一来，保持端面的小间隙就变得非常困难。为了改善这种状况，保证端面之间的小间

隙，在进行抗磨板与顶盖连接时，改为采用焊接不锈钢层，进而最大限度避免抗磨板变形的产

生。

1.4 主轴密封

根据高水头混流式水轮机检修记录可知，最容易发生问题的部件之一就是主轴。水轮机的主轴

需要进行密封，采用的密封结构为非接触密封，这种密封方法显着的提升了主轴的使用寿命。

在非接触密封结构中，由三部分组成，一是间隙式密封，二是转轮上冠处的泵板，三是顶盖排

水管[3].在机组运行的过程中，泵板转动装置的启动需要由转轮的转动来带动，泵板转动起来

之后，内腔里的水也会随之转动，产生压差之后进入到集水箱中，集水箱中的水主要有两种用

途，一种是用来冷却机组，一种是排向尾水管。在主轴密封区域中，水轮机组要求具备比较高

的速度，而非接触式密封结构能够充分的满足速度要求，同时，运行过程中磨损几乎不存在，

从而有效地减少了主轴的检修次数，延长了主轴的使用寿命。

1.5 顶盖取水

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高水头混流式水轮机的结构与运行特点分析　前言所谓高水头混流式水轮机，是指混流式水轮机采用的额定水头在250m以上的。与国外相比，国内高水头混流式水轮机的应用比较晚，再加上受到设计与制造技术的限制，导致其应用受到一定的影响。不过随着科学技术的发展，此种混流式水轮机的应用逐步加深，现今，国内已经建成多个，而且已经投入到运行当中。　1　高水头混流式水轮机的结构1.1转轮带有副叶片在高水头混流式水轮机中，转轮叶片的长度非常长，进口半径与出口半径之间的差异性比较大，在进行转轮设计时，如果采用常规的设计方法，那么叶片的进口处半径就会非常大，比出口半径宽出很多。幅流成分是转轮水轮中比较重要的一个部分，在两个...

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