水轮机类型与发电机组安装要点

【水利知识分享】水轮机类型与发电机组安装要点

一.水轮机的类型

水轮机是将水能转换为旋转机械能的水力原动机，与发电机合称为水轮发电机组。根据转轮区水流特征，水轮机分为反击式和冲击式两大类。

1.1 反击式水轮机

同时利用水流位能、压能和动能做功，水流连续充满整个转轮。按水流运动方向分为四种：

• 混流式水轮机：水流径向进入、轴向流出，应用水头20～700m，结构简单、运行稳定、效率高，应用最广泛
• 轴流式水轮机：水流在转轮区保持轴向流动，应用水头3～80m，适用于中低水头、大流量水电站
• 斜流式水轮机：水流沿与主轴成一定角度方向流动，应用水头40～200m，高效率区宽，但结构复杂、造价高，较少使用
• 贯流式水轮机：流道呈直筒状，水流沿轴向运动，应用水头1～25m，低水头大流量专用机型，土建工程量少

轴流式、斜流式和贯流式按叶片能否转动，又分为定桨式和转桨式。

1.2 冲击式水轮机

将水流位能和压能通过喷嘴转换为射流动能，仅利用水流动能做功，转轮始终处于大气中。按射流冲击方式分为三种：

• 水斗式（切击式）：射流沿转轮切线方向垂直冲击轮叶，大型适用水头300～1700m，高水头小流量
• 斜击式：射流与转轮旋转平面成一定角度冲击轮叶，过流量较大但效率较低，适用水头20～300m，多用于中小型水电站
• 双击式：射流先后两次冲击轮叶，结构简单但效率低，适用水头5～100m，仅用于单机出力不超过1000kW的小型电站

1.3 水泵水轮机

抽水蓄能电站的核心设备，具有抽水和发电双重功能。按组成方式分为：

• 四机式机组：水轮机与发电机、水泵与电动机完全分开，效率最高但设备多、占地大、投资高
• 三机式机组：一台水泵和一台水轮机共用同一台电机，效率高于二机可逆式，但投资较高
• 二机可逆式机组：转轮正转为水轮机、反转为水泵，结构简单紧凑、投资低，应用最多；可逆式水泵水轮机多采用混流式（工作水头30～800m）

1.4 水轮机基本构造

水轮机由四大部件组成：进水部件（蜗壳）、导水部件（导水机构）、工作部件（转轮）和泄水部件（尾水管）。

• 转轮：将水能转换为旋转机械能的核心部件
• 导水机构：调节进入转轮的流量，改变水轮机功率
• 蜗壳：使水流形态适应导叶，40m以下多用混凝土蜗壳（内壁加钢板衬砌），以上用金属蜗壳
• 尾水管：回收附加动能，利用静态真空向下游排水

1.5 水轮机型号

水轮机型号由三部分组成，用短横线隔开：

• 第一部分：汉语拼音字母（水轮机形式）+ 阿拉伯数字（转轮型号）
• 第二部分：主轴布置形式 + 引水室特征
• 第三部分：转轮标称直径（cm）

示例：HL220-LJ-500 表示转轮型号220的混流式水轮机，立轴、金属蜗壳，转轮直径500cm。

二.水轮发电机组的安装

2.1 安装主要内容

水轮发电机组安装包括六大系统：

• 水轮机安装：立式混流/轴流式（埋入部件→转轮装配→导水机构→转动部件→导叶及接力器→轴承及主轴密封）；卧式混流式（埋入部件→蜗壳及导水机构→轴承座→主轴→转轮）；水斗式（基础埋件→配水环管→主轴→喷嘴→转轮）
• 调速系统安装调试：油压装置、调速器、管路安装及充油现场试验
• 主阀及附件安装：蝴蝶阀/球阀、伸缩节、旁通阀、主阀操作机构及现场试验
• 发电机安装：立式（定子→转子→机架→轴瓦研刮→总体安装）；卧式（基础埋件→轴承座→定子→转子→总装）
• 励磁系统及SFC安装调试：设备安装及调试试验
• 辅助设备安装调试：管件制作焊接、油/水/气系统安装调试

2.2 安装技术要求

• 温度环境：安装环境温度不低于5℃，相对湿度不高于85%
• 混凝土强度：设备安装前基础混凝土强度达到设计值70%以上；座环现场机加工前达到100%
• 基础埋件精度：高程允许偏差-5～0mm，中心和分布位置偏差小于5mm，水平度偏差小于0.5mm/m
• 地脚螺栓：双面焊接长度大于5倍螺栓直径，单面焊接大于10倍；混凝土达设计强度75%以上时紧固
• 楔子板：成对使用，搭接长度2/3以上，偏斜角小于3°
• 耐压试验：承压设备强度试验压力1.5倍额定工作压力（不低于0.4MPa），保持15min

2.3 试运行与验收

安装完成后进行启动试运行：机组充水试验→空载试验→并网及负载试验。试运行合格后进行机组启动阶段验收和移交。

总结

水轮机按能量转换方式分为反击式（混流式、轴流式、斜流式、贯流式）和冲击式（水斗式、斜击式、双击式）两大类，各有适用水头范围和工况特点。水轮发电机组安装涵盖水轮机、调速系统、主阀、发电机、励磁系统及辅助设备六大系统，安装过程需严格控制环境条件、混凝土强度、基础埋件精度和设备耐压试验等关键技术指标，安装完成后须通过启动试运行方可验收交付。