水轮机的引水室
Diversion System of Hydroturbine

本节介绍水轮机的引水室,它是水流进入水轮机的第一个部件,冲击式水轮机较简单,用水管引水,通过喷嘴调节水流大小与方向,而反击式水轮机是从水轮机外围径向进水,从水轮机下面轴向出水(除贯流式水轮机),就复杂多了,本节介绍主要的引水室形式。

开敞式引水室

最简单的是开敞式引水室,在水轮机四周筑一个水槽,上游水进入水槽,从水轮机四周进入转轮,水通过转轮做功后从尾水管排出。开敞式引水室结构简单,适用于低水头小型水轮机。

开敞式引水室

图1--开敞式引水室

贯流式引水室

贯流式水轮机的水流是沿轴向直进直出,其引水室结构也很简单,如图2所示,水流从水轮机前方进入从后方排出。

贯流式引水室

图2--贯流式引水室

蜗壳式引水室

蜗壳是反击式水轮机引水室的主要形式,通过蜗壳的水流能够均匀分布到转轮周围,轴对称地进入水轮机。图3是一个金属蜗壳结构图,金属蜗壳一般用弯好的钢板焊接而成,或用铸钢件焊接而成,蜗壳内截面为圆形,既可节省钢材,由能承受较大水压。

蜗壳结构图

图3--蜗壳结构图
下面再通过蜗壳的水流向图(图4)来看水通过蜗壳的流向,这是一个水平的平面图,内有轴流水轮机的转轮,图中蓝色箭头线是水流的走向,水流形成一定的环量(与径向有一定的角度)流向中部,再转向下方推动转轮

蜗壳的水流向平面图

图4--蜗壳的水流向平面图
图5是蜗壳的立体图,也表示了水的流向

蜗壳的水流向立体图

图5--蜗壳的水流向立体图
图6是这个蜗壳与轴流转轮的立体图,较直观的表示了水的流向,为看清内部结构对蜗壳与相关部件做了剖面。

轴流水轮机蜗壳水流走向

图6--轴流水轮机蜗壳水流走向
小型水电站的蜗壳可以直接铸造再经机械加工制造,稍大些的采用弯好的钢板焊接而成,图7是一个小型卧轴布置的水轮机蜗壳(图片来自网络),数千千瓦以下的水轮发电机组多采用卧轴布置(蜗壳垂直地面安装)。

卧轴布置的水轮机蜗壳

图7--卧轴布置的水轮机蜗壳
稍大些的水电站的水轮发电机组是采用立轴布置(蜗壳水平安装),蜗壳被填埋在混凝土中,蜗壳要承受水的巨大压力与混凝土的压力。在蜗壳中部要安装水轮机,上方要安装水轮发电机,小机组数百吨,大机组数千吨,在蜗壳内沿安装座环,通过座环承受这些重量。座环在蜗壳中部,座环由上环、下环、多个支柱组成,图8是座环结构示意图,图中上环与下环剖开一部分以显示环的截面,上环与下环之间有多个支柱支撑,水流从支柱间流过,为减小水阻力,支柱做成流线型叶片状,叶片状支柱沿水流向有个斜角,对水流有导向作用,故也称支柱为固定导叶,见图8。

座环结构 

图8--座环结构 
上环与下环沿环有碟型边,用来与蜗壳内边焊接,分段弯好的蜗壳钢板可以此为基准进行组装焊接,见图9。

座环

图9--座环
图10是蜗壳与座环相对位置示意图,通过焊接成为一个整体,该图中蜗壳剖开一部分。

蜗壳与座环

图10--蜗壳与座环
从蜗壳流出的水流通过固定导叶有更好的流向,见图11、图12。

蜗壳与座环水流向平面图

图11--蜗壳与座环水流向平面图

蜗壳与座环水流向立体图

图12--蜗壳与座环水流向立体图
图13是分段蜗壳钢板组装的图片(图片来自网络)

蜗壳组装

图13--蜗壳组装
蜗壳结构(含座环)水力损失小,结构紧凑,承重能力强,可减少厂房尺寸和土建投资,图14是葛洲坝水轮机的蜗壳照片(照片来自网络)。

葛洲坝水轮机的蜗壳

图14--葛洲坝水轮机的蜗壳
小型水电站蜗壳可在场地焊好后再进行整体吊装,图15是厂房吊车正在整体吊装小型水电站蜗壳(照片来自网络)。

小型水电站蜗壳

图15--小型水电站蜗壳

混凝土蜗壳引水室

对于使用在水头小,水压低场合的水轮机可直接用混凝土筑成蜗壳,图16是一个混凝土蜗壳的垂直剖面图,在水电站建设时搭好蜗壳内模,扎好钢筋,用钢筋混凝土直接筑成蜗壳,为了方便搭建蜗壳内模,节省建筑空间,混凝土蜗壳的内截面一般为方形。

混凝土蜗壳垂直剖面图

图16--混凝土蜗壳垂直剖面图
图17上图是方形蜗壳内模的外观示意图,筑好的混凝土蜗壳内腔就是这样的。为看清楚蜗壳的截面,在图17下图用半透明显示蜗壳内腔,用紫红色线框来表示该处内腔的截面。

混凝土蜗壳内腔形状图

图17--混凝土蜗壳内腔形状图
图18是混凝土蜗壳水平方向剖面图,同样用紫红色线框来表示该处内腔的截面。
混凝土蜗壳水平方向剖面图 图18--混凝土蜗壳水平方向剖面图
 
 
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