水泵水轮机转轮是水轮机的核心部件,其作用是将水流的能量转换成机械能,由上冠、下环、叶片和泄水锥组成。转轮通过上冠与水轮机轴用螺栓连接。在主轴靠近转轮处,装有水轮机导轴承,用以防止主轴的偏摆。为了减小转动部分与固定部分的间隙漏水,在转轮的下环和上冠处,分别设有上转动止漏环和下转动止漏环,在相对应的固定部分上(顶盖、底环或基础环),则分别设有固定止漏环。为减少运行时机组的流量损失,提高效率,转轮上冠和下环设有上、下转动迷宫环(止漏环)。调相时,由于转轮室内充满空气,需另外提供冷却水来冷却转轮上、下迷宫环(止漏环)。
梁武科等对设置减压管的混流式水轮机进行了全流道的三维湍流数值模拟分析,研究了转轮上冠腔体内及上止漏环间隙中的压力分布和脉动的形成原因,说明了减压管布置数量对止漏环泄漏量的影响,并且分析了止漏环间隙泄漏量与转轮上腔压力之间的关系,认为水轮机转轮和顶盖之间的腔体中所产生的压力脉动会导致止漏环间隙流场的扰动,进而对机组运行的稳定性参数产生影响。
转轮上止漏环 | 转轮下止漏环 | |||||
电站 | 制造厂 | 密封结构形式 | 设计单边间隙(mm) | 密封结构形式 | 设计单边间隙(mm) | 单机(MW) |
A
| 法国 ALSTHOM | 3塔水平梳齿式 | 1.5 | 5级梳齿阶梯式 | 1.5 | 300 |
B | 德国 Vioth | 8级阶梯式 | 1.20~1.35 | 8级阶梯式 | 1.40~1.55 | 300 |
C | 法国 ALSTOM | 3塔水平梳齿式 | 1.5 | 5级梳齿阶梯式 | 1.7 | 300 |
D | 杭州 东芝 | 4级梳齿阶梯式 | 1.4 | 6级梳齿阶梯式 | 1.7 | 320 |
E | 天津GE/ ALSTOM | 3塔水平梳齿式 | 1.25→1.5 | 4级阶梯式 | 1.45→1.7 | 200 |
F | 东方电机 | 3塔水平梳齿式 | 1.5 | 5级梳齿阶梯式 | 1.7 | 300 |
G | 哈电 | 3塔水平梳齿式 | 1.4~1.6 | 6级阶梯式 | 1.7~1.9 | 400 |
H | 东方电机 | 3塔水平梳齿式 | 1.5 | 6级梳齿阶梯式 | 1.8 | 300 |
I | Vioth | 8级阶梯式 | 0.67 | 7级阶梯式 | 0.87 | 357 |
J | 上海 Voith | 8级阶梯式 | 0.8(0~+0.2) | 8级阶梯式 | 1 (0~+0.2) | 300 |
K | Voith | 8级阶梯式 | 1.2 | 8级阶梯式 | 1.5 | 250 |
M | 东芝 | 2塔水平梳齿式 | 1.4 | 4级阶梯式 | 1.6 | 300 |
N | 东芝 | 2塔水平梳齿式 | 2(1.6~2.4) | 5级阶梯式 | 2(1.6~2.4) | 400 |
1 上止漏环
结构形式分为塔式水平梳齿式、阶梯式、梳齿阶梯式三种,间隙一般在1.5mm左右。
2 下止漏环
结构形式分为阶梯式、梳齿阶梯式两种,间隙一般在1.7mm左右,大于上止漏环间隙。
3 顶盖均压管
顶盖均压管在水泵水轮机中作用很大,其主要连接在上止漏环的顶盖和转轮之间的空腔到尾水管,与上止漏环的设计相对应。止漏环型式有缝隙式、迷宫式、梳齿式和台阶式,应用较多的是梳齿式和台阶式,其主要选择设计与水头有关,水头越高,止漏环对机组的稳定运行影响更大。当机组出现摆度,转轮外缘圆周方向间隙不同,会导致转轮上冠与顶盖之间的水压波动,影响机组水推力,增大机组负荷,此外转轮安装中止漏环间隙不均匀也会导致机组振动。顶盖均压管对机组水推力有很大影响,均压管可以有效平衡转轮上冠与顶盖空腔与尾水管之间的压力,降低转轮上腔内的水压力,降低水轮发电机组水推力,降低推力轴承负荷,有研究表示转轮与顶盖之间的压力腔与尾水管之间的压力脉动通过均压管的作用会引起相应的自激振动,转轮转动及均压管等综合因素会对转轮上腔中的水流产生压力扰动,伴随压力脉动产生,影响机组安全稳定运行,因此对均压管的安装质量要求相对较高,防止管道漏水。
顶盖均压管还有一个作用与主轴密封有关,主轴密封被密封水其实就是顶盖与转轮上冠之间空腔通过间隙经过检修密封的水流,主轴密封的工作密封就是通过密封环压力腔高于被密封水压力,起到密封尾水的作用,顶盖均压管平衡空腔内的水压力,使得主轴密封密封环压力腔水压高于被密封水压力,一般至少要高出0.05MPa,机组运行中,密封环与抗磨板之间形成一层厚度均匀的水膜,清洁水向两侧泄露。
总之,顶盖腔体压力脉动是个复杂的系统,受上流引水、尾水、上冠尺寸、止漏环尺寸、腔体高度等因素影响。上述因素还可能互相作用,也受转轮旋转影响,里面腔体无比热闹。