混流水轮机减压设计方案优化建议

在高水头混流式水轮机中，为了减小作用在上冠外面轴向水推力，降低机组推力轴承的负荷，设减压装置。

水流经过混流式转轮时会产生轴向力。设计水轮机时，除了要知道水轮机转轮和主轴的重量外，还要知道轴向水推力。

根据混流式特点，总的轴向水推力为

式中 F1——转轮流道内水流作用产生的推力；

F2——作用于转轮上冠因水压力产生的水推力；

F3——作用于下环因水压力产生的推力；

F4——浮力。

在实际设计中，往往用经验公式来计算作用于转轮的轴向水推力。对混流式水轮机有

式中系数K 与水轮机型号有关，其值可参考表5-3。

表5-3　水轮机轴向力系数K 与水轮机型号的关系

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混流式水轮机转轮重量可按下式近似计算为

分瓣结构的转轮重量按式（5-3）结果增加10%。

主轴重量WS 的近似计算，高水头混流式水轮机可取WS=WR，中水头混流式水轮机可取WS=（0.4+0.5）WR（较低水头或大机组取小值）；对发电机与水轮机同一轴的机组，混流式可取WS=（0.7+0.8）WR。

水轮机总的轴向推力为

常用的减压装置结构形式有两种，如图5-9所示，其中图5-9（a）为引水板和泄水孔的减压方式；图5-9（b）为顶盖排水管的转轮泄水孔的减压方式。

图5-9（a）所示型式中，上下环形引水板分别装在顶盖下方和上冠的上面，当漏水进入顶盖引水板与上冠引水板之间的间隙C 时，由于转轮旋转受离心力的作用，漏水被逸至顶盖引水板上，经泄水孔排至尾水管。此型式的减压效果与引水板面积、间隙E 和C的大小及泄水孔的直径d 有关。一般认为引水板和泄水孔面积越大，间隙E 和C 越小，减压效果越显著。泄水孔最好开成顺水流方向倾斜β=20°～30°。

在图5-9（b）所示型式中，顶盖和尾水管内有数条排水管相连，使上冠上面的漏水一部分经排水管泄至尾水管，另一部分经转轮上的泄水孔排入尾水管。自转轮泄水孔排入尾水管的漏水有的直接排至尾水管，见图5-9（b）所示；有的经泄水锥内腔排入尾水管，如图5-9（c）所示。经转轮上的泄水孔排入尾水管，使转轮上面的压力降低，从而减轻作用在转轮上的轴向水推力。但图5-9（b）所示的方式可能在泄水锥的过流表面上产生空蚀损坏和磨损；而图5-9（c）所示的方式又有可能影响补气的效果。

图5-9　减压装置

（a）引水板和泄水孔的减压方式；（b）顶盖排水管的转轮泄水孔的减压方式；（c）漏水经泄水锥内室排入尾水管