第六章 水轮机的导水机构

1、能源动力工程学院能源动力工程学院 何宝海何宝海第六章第六章 水轮机导水机构水轮机导水机构l第一节第一节 导水机构的分类导水机构的分类l第二节第二节 径向式导水机构的几何参数径向式导水机构的几何参数l第三节第三节 导水机构的工作原理导水机构的工作原理l第四节第四节 导叶的类型及选择导叶的类型及选择能源动力工程学院能源动力工程学院 何宝海何宝海第一节第一节 导水机构的分类导水机构的分类导水机构的结构都应满足下列基本要求：导水机构的结构都应满足下列基本要求：1. 1.导水机构过流部件的尺寸应与模型水轮机相应部件的尺寸保持导水机构过流部件的尺寸应与模型水轮机相应部件的尺寸保持几何相似，过流部件的表面应

2、光滑以减少水力损失；几何相似，过流部件的表面应光滑以减少水力损失；2.2.导水机构的最大开度要可靠并应留有一定的裕量，以保证水导水机构的最大开度要可靠并应留有一定的裕量，以保证水轮机有足够的过水能力；轮机有足够的过水能力；3.3.导水机构应有安全保护装置，以防止导叶因硬物卡住而引起导水机构应有安全保护装置，以防止导叶因硬物卡住而引起主要传动零件破坏和尽快断流防止水轮机飞逸；主要传动零件破坏和尽快断流防止水轮机飞逸；4.4.应便于安装和检修，特别是调正导叶端面和立面间隙时操作应便于安装和检修，特别是调正导叶端面和立面间隙时操作要简便；要简便；5.5.在停机时应有良好的封水性能；在停机时应有良好的

3、封水性能；6.6.导叶传动机构应灵活，各个零部件之间的磨擦应有良好的润导叶传动机构应灵活，各个零部件之间的磨擦应有良好的润滑，结构要简单。滑，结构要简单。能源动力工程学院能源动力工程学院 何宝海何宝海第一节第一节 导水机构的分类导水机构的分类调节水轮机的过流能力，可以通过不同的途径实现：调节水轮机的过流能力，可以通过不同的途径实现：1. 1.微小型和较小型的水轮机，可以用一个装在进水管的微小型和较小型的水轮机，可以用一个装在进水管的阀，或转轮前的筒形阀来调节通过水轮机的流量。阀，或转轮前的筒形阀来调节通过水轮机的流量。2.2.在水轮机转轮前布置多个导叶在水轮机转轮前布置多个导叶, ,它们在调节

4、时作同步它们在调节时作同步的绕自身轴线转动，有如百叶窗一样，只改变水流过的绕自身轴线转动，有如百叶窗一样，只改变水流过水断面面积，水流流径该通道，水头损失很小。水断面面积，水流流径该通道，水头损失很小。 理想的调节机构是工况变化时，仅仅只改变理想的调节机构是工况变化时，仅仅只改变流量而水头损失极小。流量而水头损失极小。能源动力工程学院能源动力工程学院 何宝海何宝海第一节第一节 导水机构的分类导水机构的分类圆柱式导水机构圆柱式导水机构圆锥式导水机构圆锥式导水机构圆盘式导水机构圆盘式导水机构径向式导水机构径向式导水机构斜向式导水机构斜向式导水机构轴向式导水机构轴向式导水机构能源动力工程学院能源动力

5、工程学院 何宝海何宝海第二节第二节 径向式导水机构的几何参数径向式导水机构的几何参数 0. 1b导叶高度导叶高度0. 2Z导叶数目导叶数目比速和应用水头的关系，还要考虑强度要求。比速和应用水头的关系，还要考虑强度要求。相对导叶高度相对导叶高度5 . 01 . 00b一般大型水轮机，为了使其有较高的效率，选取较多的导一般大型水轮机，为了使其有较高的效率，选取较多的导叶数，对小型水轮机为简化结构，采用较少的导叶数。叶数，对小型水轮机为简化结构，采用较少的导叶数。 24,25. 201zmD能源动力工程学院能源动力工程学院 何宝海何宝海第二节第二节 径向式导水机构的几何参数径向式导水机构的几何参数

6、。0. 3D导叶分布圆直径导叶分布圆直径导叶分布圆直径是水轮机很导叶分布圆直径是水轮机很重要的结构参数，其值的大重要的结构参数，其值的大小对机组的体积和重量影响小对机组的体积和重量影响很大，所以尺寸要尽可能缩很大，所以尺寸要尽可能缩小。小。13. 130. 110DD能源动力工程学院能源动力工程学院 何宝海何宝海第二节第二节 径向式导水机构的几何参数径向式导水机构的几何参数 。按导水机构能紧密关闭的按导水机构能紧密关闭的原则，确定叶栅密度和翼原则，确定叶栅密度和翼弦长度。弦长度。 翼弦长度是指导叶两端点的直线长度。翼弦长度是指导叶两端点的直线长度。 栅距是指两相邻导叶轴线的距离，可近栅距是指两

7、相邻导叶轴线的距离，可近似按弧长计算。似按弧长计算。和叶栅稠密度和叶栅稠密度、栅距、栅距弦长弦长tL. 400zDt翼弦长度与栅距的比值称为叶栅稠密度。翼弦长度与栅距的比值称为叶栅稠密度。一般采用一般采用1 .1tL能源动力工程学院能源动力工程学院 何宝海何宝海第二节第二节 径向式导水机构的几何参数径向式导水机构的几何参数 0. 5导叶出口角导叶出口角导叶出口边处骨线与圆周方向的导叶出口边处骨线与圆周方向的夹角称为导叶出口角。它是决定夹角称为导叶出口角。它是决定水轮机过流量的一个重要参数。水轮机过流量的一个重要参数。 假定出口为法向时，基本方程式假定出口为法向时，基本方程式变为变为 11rvH

8、guh假定转轮进口速度矩等于导叶出假定转轮进口速度矩等于导叶出口速度距，则有口速度距，则有 0011rvrvHguuh000002ctgbQrctgvr能源动力工程学院能源动力工程学院 何宝海何宝海第二节第二节 径向式导水机构的几何参数径向式导水机构的几何参数 002ctgbQHgh602 ngHnQtgbh6000由此看出：在其它条件相同时，由此看出：在其它条件相同时，导叶出口角越大，水轮机过流量导叶出口角越大，水轮机过流量越大。越大。 能源动力工程学院能源动力工程学院 何宝海何宝海第二节第二节 径向式导水机构的几何参数径向式导水机构的几何参数 0. 6a导叶开度导叶开度径向开度、相对开度、

9、最大开度、径向开度、相对开度、最大开度、最大可能开度和最优开度。最大可能开度和最优开度。径向开度径向开度00zDarr反映导叶安放位置的参数，其大反映导叶安放位置的参数，其大小为从一个导叶的出口边到相邻小为从一个导叶的出口边到相邻导叶体的最短距离。导叶体的最短距离。 导叶位于径向位置导叶位于径向位置时尾部圆直径时尾部圆直径能源动力工程学院能源动力工程学院 何宝海何宝海第二节第二节 径向式导水机构的几何参数径向式导水机构的几何参数 相对开度：任一开度与径向开度的比值相对开度：任一开度与径向开度的比值100000Dzaaaar 同型号的水轮机在相似工况下相对开度相等，据此同型号的水轮机在相似工况下

10、相对开度相等，据此可进行换算，即：可进行换算，即：001100zzDDaaMMM最优开度：与最高效率相对应的水轮机开度。最优开度：与最高效率相对应的水轮机开度。最大开度：设计水头下发出额定功率时的水轮机开度。最大开度：设计水头下发出额定功率时的水轮机开度。最大可能开度：实际所能开大的最大开度。最大可能开度：实际所能开大的最大开度。max0max005. 1aa00amax0a能源动力工程学院能源动力工程学院 何宝海何宝海第三节第三节 导水机构的工作原理导水机构的工作原理2211rvrvHguuh导水机构的作用：导水机构的作用：222uuwuv流量调节方程流量调节方程由转轮出口速度三角形，得到由

11、转轮出口速度三角形，得到2u2uw2w2v2uv222mv22222ctgFQctgvwmu其中其中0000000112ctgbQrctgvrvrvruu22ru能源动力工程学院能源动力工程学院 何宝海何宝海第三节第三节 导水机构的工作原理导水机构的工作原理22222002rctgAQrctgbQHgh代入基本方程式，则有代入基本方程式，则有整理上式即得到流量调节方程整理上式即得到流量调节方程22200221ctgArctgbHrQh可见在水轮机转速和水头不变的情况下，流量的调可见在水轮机转速和水头不变的情况下，流量的调节可通过改变三个量来达到：节可通过改变三个量来达到：导叶高度导叶高度，导叶

12、出口导叶出口角角，以及，以及转轮叶片出口角转轮叶片出口角。（调节流量的方法）。（调节流量的方法） 能源动力工程学院能源动力工程学院 何宝海何宝海第四节第四节 导叶的类型及选择导叶的类型及选择0一、导叶翼型的类型一、导叶翼型的类型00对称型对称型负曲率负曲率正曲率正曲率能源动力工程学院能源动力工程学院 何宝海何宝海第四节第四节 导叶的类型及选择导叶的类型及选择rvu2二、不同导叶翼型对环量的影响二、不同导叶翼型对环量的影响环量的计算环量的计算进口环量进口环量出口环量出口环量ctgbQrctgrbQrvaaauaa00222000000000222ctgbQrctgrbQrvu流经导叶后，环量的变

13、化量流经导叶后，环量的变化量)(00ctgctgbQ能源动力工程学院能源动力工程学院 何宝海何宝海第四节第四节 导叶的类型及选择导叶的类型及选择)(00ctgctgbQ000000环量增加环量增加环量减少环量减少环量不变环量不变对称型对称型负曲率负曲率正曲率正曲率能源动力工程学院能源动力工程学院 何宝海何宝海第四节第四节 导叶的类型及选择导叶的类型及选择三、导叶翼型的选择三、导叶翼型的选择 选择导叶时，除了考虑其它要求外，主要应满足选择导叶时，除了考虑其它要求外，主要应满足转轮进口环量要求。转轮进口环量要求。 转轮进口环量大小取决于水头，因此主要根据水转轮进口环量大小取决于水头，因此主要根据水头选择导叶翼型，同时考虑蜗壳的型式。头选择导叶翼型，同时考虑蜗壳的型式。低比速混流式水轮机低比速混流式水轮机(H150m):(H150m):中高比速混流式水轮机中高比速混流式水轮机(H=40150m)(H=40150m)低比速轴流式水轮机低比速轴流式水轮机(