大型的轴流式水轮发电机组(如图 514)，顶盖 5 和支持盖 6 是分开的。支持盖通 过法兰和顶盖连接，并支承在顶盖上。顶盖 为箱形结构固定在座环上。机组的推力轴承 由固定在支持盖上的轴承支持架 9 来支承。 水轮机导轴承 15 支承在支持盖下部的引水锥内。顶盖上装有控制环、导水机构、传动部件 等。

  流式水轮机具有更小的吸出高度 和更深的开挖量。随着应用水头的增加，将会使电站的

  投资大量增加，从而限制了轴流式水轮机的最大应用水头。另一方面是由于轴流式水轮机桨 叶数较少（3~8 片），桨叶呈悬臂形式，所以强度条件较差。当使用水头增高时，为了能够更好的保证 足够的强度，就必须增加桨叶数和桨叶的厚度，为了可以方便地布置下桨叶和转动机构，转

  动力。从改善轴承受力条件出发轴承位置应尽量接近转轮，使转轮对轴承位置的悬臂最短, 这样可使水轮机工作更稳定且轴承本身的工作条件更好。

  （1）轴承结构型式 水轮机轴承的型式很多,较常用的有水润滑的橡胶瓦轴承,透平油润滑的金属瓦轴承两种。 图 5-20 是水润滑橡胶轴承的典型结构,轴承利用清洁水润滑,经过过滤处理后的润滑水经管 子 7 引入轴承上部的水箱内,水箱上部设有密封装置,润滑水经轴瓦上的沟槽流出,当主轴旋 转时将水带到轴承各部分形成一层水膜而起润滑作用，并把摩擦功转变成的热量带走,在轴 承体 1 上镶有 6～12 块橡胶轴瓦,用螺钉固定在轴承座上,轴瓦摩损后允许在背面加垫调整， 也可单独更换,橡胶轴承下部不需布置密封装置,因此轴承可以尽量靠近水轮机转轮,同时也 有一定吸振作用,这样便提高了运行的稳定性。此外,这种轴承的轴瓦能吸收砂粒,当润滑水

  5、泄水锥 泄水锥的外观尺寸一般由模型试验确定。中小型机组的泄水锥大多采用铸造，大型机组 其泄水锥采用钢板焊接。图 5-14 中 22 是泄水锥的基本结构。 6、转轮室

  图 5-25 所示为转轮室结构图，转轮室的 上端与底环相连，下端与尾水管里衬相连。 转轮室的形状要求与转轮叶片的外缘相吻合，以保证在任何叶片角度时叶片和转轮室之间都 有最小的间隙。 在水电站运行中，发现转轮室臂受到强烈的振动，会造成可卸段的破坏，有时整个可 卸段被拉脱。因此加强转轮室的刚度和改善转轮室与混凝土的结合，是应该重视的一个问题。 图 5-26 为转轮室的基本流道尺寸。 在叶片出口处的转轮室内表面上，常出现严重的间隙空蚀和磨损现象，需要采取抗磨、 抗空蚀的措施。

  油轴承的主轴密封装置在轴承下面,区域狭窄,造成检修工作不便,中、小型机组检修时几 乎都需拆卸轴承,大型机组检修时工作条件也很差,所以要求密封结构相对比较简单、维修量小,而端 面密封具有以上优点,因此近几年来得到普遍应用。图 5-24 是水压式端面密封的两种结构 型式。图中(a)的结构适用于水头较低,河流含泥沙较少的机组。密封环 2 安装在支持环 1 上, 靠水压力和环的重量将 2 压紧在衬板 5 上,衬板 5 和主轴一道运动,当需要停机检修轴承时, 可将密封围带 4 充以高压空气使围带变形压紧在主轴法兰侧面以阻止水流流入。图中(b)的 结构来自外界引入压力水使密封端面贴合而起封水作用,这种型式宜用于水中含泥沙较多的 机组及漏水量较大的高水头机组。

  向转动,功率减小。如图 5-15 及图 5-16 所示。桨叶转角一般在-150～200 之间。操纵桨叶

  转动的接力器,安放在轮毂内。转动桨叶的操作机构可分为有操作架和无操作架两种(图 517 和图 5-18)。

  控制转轮接力器活塞作往复运动的压 力油通过操作油管输入，操作油管由不同管 径的无缝钢管组成，并安装在主轴内。如图 5-14 中 25 和 24 所示。操作油管上部与受油 器相连接。从油压装置输送来的压力油和回 油都通过受油器进入和流出操作油管。 2、支持盖和顶盖

  （2）轴承密封装置 水轮机主轴密封因轴承结构不同而有多种型式,如橡胶轴承,则在轴承润滑水箱上部装

  置密封部件,以防止润滑水流失；如透平油润滑的轴承,则在轴承下部主轴上需装置密封部件 以防止水流流入轴承油箱。此外尚有当机组停机或检修轴承时,为防止尾水往机坑内泄漏而 安装的密封装置，称为检修密封。

  轴流定桨式转轮由转轮体和桨叶组成,桨叶刚性地连接在轮毂上不能转动。有的定桨式 转轮采用螺栓与轮毂连接,在停机时,可以人工改变叶片的安放角。定桨式的转轮室和轮毂一 般都做成圆柱形。由于桨叶不能转动,当运行工况离开最优工况后,效率下降很快,能量指标 不高,一般只用于中小型电站。

  轴流转桨式转轮主要由桨叶、轮毂和转轮接力器组成(如图 5-14)。转轮上部通过法兰 盘与主轴刚性连接,下部与泄水锥 22 相连。泄水锥的作用是引导转轮出口的水流顺利地进 入尾水管,避免水流发生撞击和旋涡。转轮周围是转轮室 1,室的内壁锒有钢板里衬,并用拉 筋固定在外围混凝土内。在桨叶轴线以上,转轮室做成圆柱形,便于安装和拆卸。在桨叶轴线 以下,转轮室的内表面往往做成球面,以保证转动时, 在转轮轮缘与转轮室之间保持较小的间隙,一般要求

  目前国内水轮机厂采用较普遍的“ ” 型转轮叶片密封结构。通过试验和运行 表明，它拥有非常良好的密封性能、结构紧 凑、制造和装拆方便。

  近年来有的机组采用 型橡胶环 双向密封，结构相对比较简单，安装便捷，更换 密封不需要拆卸叶片，优点较多。

  4、水轮机导轴承 水轮机导轴承的最大的作用是固定机组的轴线位置,承受由水轮机主轴传来的径向力和振

  间隙 ≤0.001 ,以利减小容积损失。球形部分向 下延伸到大致以桨叶的最大转角时所具有的长度为 限,这样就形成了转轮室中最狭窄的颈部,其直径以

  ； 0 时,桨叶向开启方向转动,功率增大; 0 时,桨叶向关闭方

  密封装置的结构型式很多,图 5-23 是常用的水润滑轴承水箱橡胶平板密封装置结构简 图,这种密封机构避免了主轴的磨损,结构相对比较简单,容易更换,而且具有自动封闭密封面因磨损 而出现的间隙,摩擦系数小,适应较大的压力变化范围等优点,但当机组摆度过大或密封面调 整不良时,漏水量将会增加,这在安装调试时应予以注意.

  的过流能力大。单位流量 和单位转速 都比较大，转轮中水流的相对流速比相同直径

  的混流式转轮中的高，所以它具有较大的空化系数 。在相同水头下，轴流式水轮机由于桨 叶数少，桨叶单位面积上所承受的压差较混流式叶片的大，桨叶正背面的平均压差较混流式 的大，所以它的空化性能较混流式叶片的差。因此，在同样水头条件下，轴流式水轮机比混

  支持盖的下翼板为水轮机过流通道表面的一部分，应做成流线型，该过流表面有承受 转轮前水流压力的作用。当推力轴承安置在支持盖上时，支持盖还承受着作用在转轮上的轴 向水推力和转动部分的重量。

  3、桨叶密封装置 转桨式水轮机在运行中需要随时 转动桨叶以适应不一样的水头和流量，为 了防止水流进入转轮体内部和防止转 轮体内部的油向外渗漏，在桨叶与转轮 体的接触处一定得安装密封装置。从电站 的运行实践看，转桨式水轮机转轮叶片 密封结构性能的好坏对保证机组正常 运行关系很大。 密封的型式很多，如图 5-19 所示是

  位流量 下降。当达到某一水头时，轴流式水轮机的单位流量甚至比混流式水轮机的还要 小。这种情况也限制了轴流式水轮机应用水头的提高。

  但是,随着科学技术的发展,通过改进转轮的设计方法,选择更加合理的流道几何参数和 桨叶的型线,使得桨叶背面的压力分布更加均匀,降低桨叶正面和背面的平均压差,从而达到

  改善水轮机空化性能的目的。还能够最终靠采用新型的高强度的材料,改进结构使桨叶受力情 况得到一定的改善。相信通过以上措施会使轴流式水轮机的应用水头进一步提高。

  图 5-14 是一台轴流转桨式水轮机,下面将以它为例介绍轴流式水轮机的结构。 1.转轮

  应发生变化。为了适应水轮机过流量的增大，同时既要保证水轮机拥有非常良好的能量转换能力 和空化性能，又要保持桨叶表面的平滑不产生扭曲，轴流式转轮取消了混流式转轮的上冠和 下环，桨叶数目相应减少，一般为 3~8 片，桨叶轴线位置变为水平，使得转轮流道的过流断 面面积增大，提高了轴流式水轮机的单位流量和单位转速。轴流式转轮的形状如图 5-14 中 18、19 等所示。

  轴流式水轮机与混流式水轮一 样属于反击式水轮机，二者结构上 最明显的差别是转轮，其次是导叶 高度。根据转轮叶片在运行中能否 调节，轴流式水轮机又分为轴流定 桨式和轴流转桨式两种型式。轴流 式水轮机用于开发较低水头 （3m~55m），较大流量的水能资源。 它的比转速大于混流式水轮机，属 于高比转速水轮机。在低水头条件 下，轴流式水轮机与混流式水轮机 相比较具有较明显的优点，当它们 使用水头和出力相同时，轴流式水 轮机由于过流能力大（图 5-13）， 能够使用较小的转轮直径和较高的 转速，从而缩小了机组尺寸，降低了 投资。当两者具有相同的直径并使 用在同一水头时，轴流式水轮机能发出更多的功率。但在相对高水头条件下，轴流式水轮机 除了空化系数较大，厂房要有较大开挖量外，飞逸转速和轴向水推力较混流式水轮机高。 轴流转桨式水轮机，由于桨叶和导叶随着工况的变化形成最优的协联关系，提高了水轮 机的平均效率，扩大了运行范围，获得了稳定的运行特性，是一种值得普遍的使用的优良机型。 限制轴流式水轮机最大应用水头的原因是空化和强度两方面的条件。由于轴流式水轮机

  图 5-20 水润滑橡胶轴承 1- 轴承钵；2-润滑水箱；3-橡胶瓦；4-排水管；5-压力表；6-轴承密封；7-进水管；8-调整螺栓

  上部油盆,在上油盆 2 内布置了冷却器 3,润 滑油经过冷却后再由 轴承上的回油管流向 下油盆从而使润滑油 得到循环,这种轴承结 构简单,平面布置紧凑, 运行可靠,刚性好,但 轴承位置距转轮较远, 下部密封机构检修时 不如橡胶轴承方便。

  图 5-14 ZZ560-LH-1130 水轮机 1—转轮室；2—底环；3—固定导叶；4—活动导叶；5—顶盖；6—支持盖；7—连杆；8—控制环；9—轴 承支架；10—接力器；11—安全销；12—线— 冷却器；17—轴承密封；18—转轮体；19—桨叶；20—桨叶连杆；21—接力器活塞；22—泄水锥；23—主

  图 5-22 为透平油 润滑分块瓦轴承结构 简图。轴承下部浸入油 内,主轴轴领旋转后, 油在离心力作用下经 轴领下部径向孔升入 轴瓦间隙,经上部油箱 返回连续循环,轴承由 8～12 块巴氏合金轴 瓦组成,用支顶螺丝支 承在轴承体上,在运行时轴承受力均匀,通过支顶螺丝的球面顶头使轴瓦具有自调能力,轴瓦 安装、维修和刮研都较圆筒式轴承方便,但刚性略次于筒式轴承,这种结构的平面布置尺寸较 大,在主轴上需锻(或焊)轴领增加了制造的复杂性,此外密封装置在轴承体下部,使轴承距转 轮较远检修安装也不方便,这种轴承结构用在主轴直径超过 1m 的机组上。

  中含有少量砂粒时砂粒可陷入橡胶并被覆盖,保护轴承不受损伤。橡胶轴承的结构相对比较简单,检 修、安装也较方便。但润滑水的水质要求比较高，并且要有独立、可靠的备用设备，耗水量也 较大。

  透平油润滑轴承常用的有两种结构型式。图 5-21 是筒式轴承的结构简图,轴承采用透 平油润滑，利用油盆旋转产生油压,润滑油经轴承下部油盆的径向孔和轴瓦上的斜油槽流到