Die Hauptkomponenten der Wasserturbine und das Funktionsprinzip jedes Teils

Eine Wasserturbine ist eine Maschine, die die potentielle Energie des Wassers in mechanische Energie umwandelt. Mit dieser Maschine kann ein Generator angetrieben werden, der die Wasserenergie in

Elektrizität: Dies ist das Hydrogenerator-Set.
Moderne Wasserturbinen können nach dem Prinzip der Wasserströmung und den strukturellen Eigenschaften in zwei Kategorien unterteilt werden.
Ein anderer Turbinentyp, der sowohl die kinetische als auch die potenzielle Energie des Wassers nutzt, wird als Prallturbine bezeichnet.

Gegenangriff
Das aus dem vorgelagerten Reservoir entnommene Wasser fließt zunächst in die Wasserumleitungskammer (Spirale) und gelangt dann durch die Leitschaufel in den gekrümmten Kanal der Laufschaufel.
Der Wasserfluss erzeugt eine Reaktionskraft auf die Schaufeln, die das Laufrad rotieren lässt. Dabei wird die Wasserenergie in mechanische Energie umgewandelt und das aus dem Laufrad fließende Wasser wird durch das Saugrohr abgelassen.

Stromabwärts.
Die Prallturbine umfasst hauptsächlich Francis-Strömung, Schrägströmung und Axialströmung. Der Hauptunterschied besteht in der unterschiedlichen Läuferstruktur.
(1) Ein Francis-Laufrad besteht im Allgemeinen aus 12–20 stromlinienförmigen, gedrehten Schaufelblättern und Hauptkomponenten wie Radkrone und Unterring.
Dieser Turbinentyp verfügt über einen Zufluss und einen axialen Abfluss und ist für einen großen Bereich von Wasserdruckhöhen geeignet. Er hat ein kleines Volumen und ist kostengünstig. Er wird häufig bei hohen Wasserdruckhöhen eingesetzt.
Axialströmungsturbinen werden in Propeller- und Rotationsturbinen unterteilt. Propellerturbinen haben feste Schaufelblätter, Rotationsturbinen rotierende Schaufelblätter. Axialströmungsturbinen bestehen in der Regel aus 3–8 Schaufelblättern, einem Laufradkörper, einem Ablaufkonus und weiteren Hauptkomponenten. Die Wasserdurchflusskapazität dieser Turbinen ist höher als die einer Francis-Turbine. Bei Schaufelradturbinen ist die Schaufelposition lastabhängig veränderlich, was einen hohen Wirkungsgrad bei starken Lastwechseln gewährleistet. Die Kavitationsbeständigkeit und Festigkeit der Turbine sind schlechter als bei Mischströmungsturbinen, und auch die Struktur ist komplexer. Sie eignen sich im Allgemeinen für niedrige und mittlere Wasserdruckbereiche von 10 bis 12 bar.
(2) Die Funktion der Wasserumleitungskammer besteht darin, das Wasser gleichmäßig in den Wasserführungsmechanismus fließen zu lassen, den Energieverlust des Wasserführungsmechanismus zu verringern und das Wasserrad zu verbessern.
Maschineneffizienz. Für große und mittelgroße Turbinen mit einer Wassersäule darüber wird häufig eine Metallspirale mit kreisförmigem Querschnitt verwendet.
(3) Der Wasserführungsmechanismus ist im Allgemeinen gleichmäßig um das Laufrad herum angeordnet und verfügt über eine bestimmte Anzahl stromlinienförmiger Leitschaufeln und deren Drehmechanismen usw.
Die Funktion der Zusammensetzung besteht darin, den Wasserstrom gleichmäßig in den Läufer zu leiten und durch Einstellen der Öffnung der Leitschaufel den Überlauf der Turbine an die
Die Anforderungen der Generatorlastanpassung und -änderung können auch die Rolle des Sperrwassers spielen, wenn alle geschlossen sind.
(4) Saugrohr: Da ein Teil der verbleibenden Energie im Wasserstrom am Austritt des Läufers nicht genutzt wird, besteht die Funktion des Saugrohrs darin, die
Ein Teil der Energie wird genutzt, um das Wasser stromabwärts abzuleiten. Kleine Turbinen verwenden im Allgemeinen gerade Kegel-Zugrohre, die einen hohen Wirkungsgrad haben, aber große und mittelgroße Turbinen sind

Da die Wasserleitungen nicht sehr tief gegraben werden können, werden Krümmer-Förderrohre verwendet.
Darüber hinaus gibt es in der Prallturbine Rohrturbinen, Schrägströmungsturbinen, reversible Pumpturbinen usw.

Prallturbine:
Dieser Turbinentyp nutzt die Aufprallkraft einer Hochgeschwindigkeitsströmung zum Drehen der Turbine. Am gebräuchlichsten ist der Schaufelradtyp.
In den oben genannten Hochdruckwasserkraftwerken werden im Allgemeinen Becherwerkturbinen eingesetzt. Zu den Arbeitsteilen gehören hauptsächlich Aquädukte, Düsen und Sprühdüsen.
Nadel, Wasserrad und Spiralgehäuse usw. sind mit vielen massiven, löffelförmigen Wassereimern am äußeren Rand des Wasserrads ausgestattet. Der Wirkungsgrad dieser Turbine variiert mit der Last
Die Änderung ist gering, aber die Wasserdurchflusskapazität wird durch die Düse begrenzt, die viel kleiner ist als der radiale Axialfluss. Um die Wasserdurchflusskapazität zu verbessern, erhöhen Sie die Leistung und
Um die Effizienz zu verbessern, wurde die große Wasserschaufelturbine von einer horizontalen auf eine vertikale Achse umgestellt und von einer Einzeldüse zu einer Mehrfachdüse weiterentwickelt.

3. Einführung in den Aufbau der Reaktionsturbine
Der vergrabene Teil, einschließlich Spirale, Sitzring, Saugrohr usw., ist im Betonfundament vergraben. Er ist Teil der Wasserumleitungs- und Überlaufteile der Einheit.

Spirale
Die Spirale wird in Betonspiralen und Metallspiralen unterteilt. Anlagen mit einer Wassersäule von bis zu 40 Metern verwenden meist Betonspiralen. Für Turbinen mit einer Wassersäule von über 40 Metern werden aufgrund der erforderlichen Festigkeit in der Regel Metallspiralen verwendet. Die Metallspirale bietet die Vorteile hoher Festigkeit, einfacher Verarbeitung, einfacher Konstruktion und problemloser Verbindung mit der Wasserleitung des Kraftwerks.

Es gibt zwei Arten von Metallspiralen: geschweißte und gegossene.
Für große und mittelgroße Prallturbinen mit einer Wassersäule von etwa 40–200 Metern werden meist geschweißte Stahlblechspiralen verwendet. Zur Vereinfachung des Schweißens ist die Spirale oft in mehrere konische Abschnitte unterteilt. Jeder Abschnitt ist kreisförmig, und der hintere Abschnitt der Spirale wird durch Verkleinerung des Abschnitts oval geformt, um mit dem Sitzring verschweißt zu werden. Jedes konische Segment wird von einer Blechwalzmaschine rollgeformt.
Bei kleinen Francis-Turbinen werden häufig Gussspiralen aus Gusseisen verwendet. Bei Turbinen mit hoher Fallhöhe und großer Leistung wird üblicherweise eine Stahlgussspirale verwendet, bei der Spirale und Sitzring in einem Guss gefertigt sind.
Der unterste Teil der Spirale ist mit einem Ablassventil ausgestattet, um das angesammelte Wasser während der Wartung abzulassen.

Sitzring
Der Sitzring ist das Grundelement der Prallturbine. Er trägt nicht nur den Wasserdruck, sondern auch das Gewicht der gesamten Anlage und des Betons des Anlagenteils und muss daher ausreichend stabil und steif sein. Der Grundmechanismus des Sitzrings besteht aus einem oberen und einem unteren Ring sowie einer festen Leitschaufel. Die feste Leitschaufel dient als Stützring, als Strebe zur Übertragung der Axiallast und als Strömungsfläche. Gleichzeitig ist sie ein wichtiges Referenzteil bei der Montage der Hauptkomponenten der Turbine und gehört zu den am frühesten verbauten Teilen. Daher muss sie über ausreichende Festigkeit und Steifigkeit verfügen und gleichzeitig eine gute hydraulische Leistung aufweisen.
Der Sitzring ist sowohl ein tragendes als auch ein durchströmtes Teil, daher hat die durchströmte Oberfläche eine stromlinienförmige Form, um einen minimalen hydraulischen Verlust sicherzustellen.
Der Sitzring hat im Allgemeinen drei Strukturformen: Einzelsäulenform, halbintegrale Form und integrale Form. Für Francis-Turbinen wird üblicherweise ein Sitzring mit integraler Struktur verwendet.

Saugrohr und Fundamentring
Das Saugrohr ist Teil des Strömungskanals der Turbine und kann in zwei Ausführungen – gerade, konisch und gekrümmt – ausgeführt werden. Gekrümmte Saugrohre werden üblicherweise in großen und mittelgroßen Turbinen eingesetzt. Der Fundamentring ist das Grundelement, das den Sitzring der Francis-Turbine mit dem Einlassbereich des Saugrohrs verbindet und im Beton eingebettet ist. Darin rotiert der untere Ring des Laufrads.

Wasserführungsstruktur
Die Funktion des Wasserleitmechanismus einer Wasserturbine besteht darin, das Zirkulationsvolumen des in das Laufrad eintretenden Wasserstroms zu formen und zu verändern. Die leistungsstarke rotierende Mehrfachleitschaufelsteuerung gewährleistet einen gleichmäßigen Wasserstrom entlang des Umfangs und geringen Energieverlusten bei unterschiedlichen Durchflussraten. Stellen Sie sicher, dass die Turbine gute hydraulische Eigenschaften aufweist, passen Sie den Durchfluss an, um die Leistung der Anlage zu ändern, dichten Sie den Wasserstrom ab und stoppen Sie die Rotation der Anlage bei normaler und unfallbedingter Abschaltung. Große und mittelgroße Wasserleitmechanismen lassen sich je nach Achsenposition der Leitschaufeln in zylindrische, konische (Zwiebel- und Schrägströmungsturbinen) und radiale (Volldurchdringungsturbinen) Bauformen unterteilen. Der Wasserleitmechanismus besteht hauptsächlich aus Leitschaufeln, Leitschaufelantrieben, Ringkomponenten, Wellenhülsen, Dichtungen und weiteren Komponenten.

Struktur der Leitschaufelvorrichtung.
Zu den ringförmigen Komponenten des Wasserführungsmechanismus gehören ein Bodenring, eine obere Abdeckung, eine Stützabdeckung, ein Steuerring, eine Lagerhalterung, eine Axiallagerhalterung usw. Sie weisen komplexe Kräfte auf und stellen hohe Anforderungen an die Herstellung.

Unterer Ring
Der Bodenring ist ein flaches, ringförmiges Teil, das am Sitzring befestigt ist. Meist handelt es sich dabei um eine gussgeschweißte Konstruktion. Aufgrund der eingeschränkten Transportbedingungen bei großen Einheiten kann er in zwei Hälften geteilt oder aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden. Bei Kraftwerken mit Sedimentverschleiß werden bestimmte Verschleißschutzmaßnahmen an der Strömungsoberfläche ergriffen. Derzeit werden Verschleißschutzplatten hauptsächlich an den Stirnflächen angebracht und meist aus rostfreiem Stahl 0Cr13Ni5Mn hergestellt. Wenn der Bodenring und die oberen und unteren Stirnflächen der Leitschaufel mit Gummi abgedichtet sind, muss sich am Bodenring eine Endnut oder eine Gummidichtungsnut in Form einer Druckplatte befinden. In unserem Werk werden hauptsächlich Dichtungsplatten aus Messing verwendet. Die Bohrung der Leitschaufelwelle am Bodenring muss konzentrisch zur oberen Abdeckung sein. Die obere Abdeckung und der Bodenring werden bei mittleren und kleinen Einheiten häufig gemeinsam zum Bohren verwendet. Die großen Einheiten werden in unserem Werk mittlerweile direkt mit einer CNC-Bohrmaschine gebohrt.

Regelkreis
Der Steuerring ist ein ringförmiges Teil, das die Kraft des Relais überträgt und die Leitschaufel über den Übertragungsmechanismus dreht.

Leitschaufel
Leitschaufeln haben heute häufig zwei Standardblattformen: symmetrisch und asymmetrisch. Symmetrische Leitschaufeln werden üblicherweise in Axialturbinen mit hoher spezifischer Drehzahl und unvollständigem Spiralumschlingungswinkel eingesetzt; asymmetrische Leitschaufeln werden üblicherweise in Spiralen mit vollem Umschlingungswinkel eingesetzt und arbeiten mit Axialströmungen mit niedriger spezifischer Drehzahl und großer Öffnung. Turbinen sowie Francis-Turbinen mit hoher und mittlerer spezifischer Drehzahl. Die (zylindrischen) Leitschaufeln werden üblicherweise im Ganzen gegossen, und in großen Anlagen kommen auch gussgeschweißte Konstruktionen zum Einsatz.

Die Leitschaufel ist ein wichtiger Bestandteil des Wasserführungsmechanismus und spielt eine Schlüsselrolle bei der Gestaltung und Veränderung des in den Läufer eintretenden Wasserzirkulationsvolumens. Die Leitschaufel besteht aus zwei Teilen: dem Leitschaufelkörper und dem Leitschaufelschaftdurchmesser. In der Regel wird Vollguss verwendet, bei Großanlagen kommt auch Gussschweißen zum Einsatz. Die Werkstoffe sind in der Regel ZG30 und ZG20MnSi. Um die flexible Drehung der Leitschaufel zu gewährleisten, sollten die oberen, mittleren und unteren Wellen der Leitschaufel konzentrisch sein. Der radiale Ausschlag sollte nicht größer als die Hälfte der Durchmessertoleranz der Mittelwelle sein. Der zulässige Fehler der Stirnfläche der Leitschaufel, die nicht senkrecht zur Achse steht, sollte 0,15/1000 nicht überschreiten. Das Profil der Strömungsfläche der Leitschaufel beeinflusst direkt das in den Läufer eintretende Wasserzirkulationsvolumen. Kopf und Ende der Leitschaufel bestehen in der Regel aus Edelstahl, um die Kavitationsbeständigkeit zu verbessern.

Leitschaufelhülse und Leitschaufelschubvorrichtung
Die Leitschaufelhülse ist ein Bauteil, das den Durchmesser der Mittelwelle an der Leitschaufel fixiert. Ihre Struktur hängt vom Material, der Dichtung und der Höhe der oberen Abdeckung ab. Sie hat meist die Form eines integralen Zylinders und ist bei großen Einheiten meist segmentiert, was den Vorteil hat, den Spalt sehr gut einstellen zu können.
Die Leitschaufel-Schubvorrichtung verhindert, dass die Leitschaufel unter Wasserdruck nach oben aufsteigt. Übersteigt die Leitschaufel ihr Eigengewicht, hebt sie sich nach oben, kollidiert mit der oberen Abdeckung und wirkt auf die Pleuelstange. Die Schubplatte besteht in der Regel aus Aluminiumbronze.

Leitschaufeldichtung
Die Leitschaufel hat drei Dichtungsfunktionen: eine zur Reduzierung des Energieverlusts, eine zur Reduzierung von Luftleckagen während des Phasenmodulationsbetriebs und eine dritte zur Reduzierung von Kavitation. Leitschaufeldichtungen werden in Höhen- und Enddichtungen unterteilt.
In der Mitte und am unteren Ende des Wellendurchmessers der Leitschaufel befinden sich Dichtungen. Bei abgedichtetem Wellendurchmesser wird der Wasserdruck zwischen Dichtring und Wellendurchmesser der Leitschaufel dicht verschlossen. Daher befinden sich in der Hülse Drainagelöcher. Die Abdichtung des unteren Wellendurchmessers dient hauptsächlich dazu, das Eindringen von Sedimenten und den Verschleiß des Wellendurchmessers zu verhindern.
Es gibt viele Arten von Leitschaufelgetriebemechanismen, von denen zwei häufig verwendet werden. Einer davon ist der Gabelkopftyp, der gute Spannungsverhältnisse aufweist und für große und mittelgroße Einheiten geeignet ist. Einer davon ist der Ohrgrifftyp, der sich hauptsächlich durch eine einfache Struktur auszeichnet und eher für kleine und mittelgroße Einheiten geeignet ist.
Der Ohrgriff-Übertragungsmechanismus besteht hauptsächlich aus Leitschaufelarm, Verbindungsplatte, geteilter Halbkeil, Scherstift, Wellenhülse, Endabdeckung, Ohrgriff, Pleuelbolzen der Drehhülse usw. Die Kraft ist nicht gut, aber die Struktur ist einfach, sodass er besser für kleine und mittlere Einheiten geeignet ist.

Gabelantriebsmechanismus
Der Gabelkopfübertragungsmechanismus besteht hauptsächlich aus Leitschaufelarm, Verbindungsplatte, Gabelkopf, Gabelkopfstift, Verbindungsschraube, Mutter, Halbkeil, Scherstift, Wellenhülse, Endabdeckung und Ausgleichsring usw.
Der Leitschaufelarm und die Leitschaufel sind mit einem geteilten Schlüssel verbunden, um das Betriebsdrehmoment direkt zu übertragen. Am Leitschaufelarm ist eine Endabdeckung angebracht, und die Leitschaufel ist mit einer Einstellschraube an der Endabdeckung aufgehängt. Durch die Verwendung eines geteilten Halbschlüssels bewegt sich die Leitschaufel beim Einstellen des Spalts zwischen der oberen und unteren Stirnfläche des Leitschaufelkörpers auf und ab, während die Positionen anderer Getriebeteile nicht beeinflusst werden.
Im Gabelkopfgetriebe sind der Leitschaufelarm und die Verbindungsplatte mit Scherstiften ausgestattet. Wenn die Leitschaufeln durch Fremdkörper blockiert werden, erhöht sich die Betätigungskraft der entsprechenden Getriebeteile stark. Bei einer Erhöhung der Spannung auf das 1,5-fache werden zuerst die Scherstifte durchtrennt. Schützen Sie andere Getriebeteile vor Beschädigungen.
Zusätzlich kann an der Verbindung zwischen der Verbindungsplatte bzw. dem Steuerring und dem Gabelkopf ein Ausgleichsring zur Einstellung angebracht werden, um die Verbindungsschraube horizontal zu halten. Die Gewinde an beiden Enden der Verbindungsschraube sind jeweils links- und rechtsgängig, sodass die Länge der Pleuelstange und die Öffnung der Leitschaufel während der Montage eingestellt werden können.

Rotierendes Teil
Der rotierende Teil besteht im Wesentlichen aus einem Laufrad, einer Hauptwelle, einem Lager und einer Dichtung. Das Laufrad wird durch die obere Krone, den unteren Ring und die Schaufeln zusammengebaut und verschweißt. Die meisten Turbinenhauptwellen sind gegossen. Es gibt verschiedene Arten von Führungslagern. Je nach Betriebsbedingungen des Kraftwerks gibt es verschiedene Lagerarten, z. B. mit Wasserschmierung, Dünnölschmierung und Trockenölschmierung. In Kraftwerken werden meist Dünnölzylinder- oder Blocklager eingesetzt.

Francis Läufer
Das Francis-Laufrad besteht aus einer oberen Krone, Schaufeln und einem unteren Ring. Die obere Krone ist üblicherweise mit einem Antileckring zur Reduzierung von Wasserverlusten und einer Druckentlastungsvorrichtung zur Reduzierung des axialen Wasserschubs ausgestattet. Auch der untere Ring ist mit einer Antileckagevorrichtung ausgestattet.

Axiallaufschaufeln
Die Schaufel eines Axialläufers (die Hauptkomponente der Energieumwandlung) besteht aus zwei Teilen: dem Körper und dem Drehpunkt. Sie wird separat gegossen und nach der Bearbeitung mit mechanischen Teilen wie Schrauben und Stiften kombiniert. (Der Durchmesser des Läufers beträgt in der Regel mehr als 5 Meter.) Die Produktion erfolgt in der Regel in ZG30 und ZG20MnSi. Die Anzahl der Schaufeln eines Läufers beträgt in der Regel 4, 5, 6 und 8.

Läuferkörper
Der Läuferkörper ist mit allen Schaufeln und dem Antriebsmechanismus ausgestattet. Der obere Teil ist mit der Hauptwelle und der untere Teil mit dem komplex geformten Ablaufkonus verbunden. Üblicherweise besteht der Läuferkörper aus ZG30 und ZG20MnSi. Um Volumenverluste zu reduzieren, ist die Form meist kugelförmig. Der spezifische Aufbau des Läuferkörpers hängt von der Anordnung des Relais und der Form des Antriebsmechanismus ab. In Verbindung mit der Hauptwelle trägt die Kupplungsschraube nur die Axialkraft, während das Drehmoment von den radial entlang der Verbindungsfläche verteilten Zylinderstiften aufgenommen wird.

Betätigungsmechanismus
Geradeausverbindung mit Bedienrahmen:
1. Wenn sich der Klingenwinkel in der mittleren Position befindet, ist der Arm horizontal und die Verbindungsstange vertikal.
2. Der rotierende Arm und die Klinge verwenden zylindrische Stifte, um das Drehmoment zu übertragen, und die radiale Position wird durch den Sprengring positioniert.
3. Die Pleuelstange ist in innere und äußere Pleuelstangen unterteilt und die Kraft wird gleichmäßig verteilt.
4. Am Bedienrahmen befindet sich ein Ohrgriff, der die Einstellung während der Montage erleichtert. Die passende Endfläche des Ohrgriffs und des Bedienrahmens wird durch einen Begrenzungsstift begrenzt, um zu verhindern, dass die Pleuelstange beim Befestigen des Ohrgriffs hängen bleibt.
5. Der Betriebsrahmen hat die Form „I“. Die meisten von ihnen werden in kleinen und mittelgroßen Einheiten mit 4 bis 6 Klingen verwendet.

Geradliniger Verbindungsmechanismus ohne Betätigungsrahmen: 1. Der Betätigungsrahmen wird aufgehoben und die Pleuelstange und der Dreharm werden direkt vom Relaiskolben angetrieben. in großen Einheiten.
Schräggestänge mit Betätigungsrahmen: 1. Wenn sich der Blattdrehwinkel in der Mittelstellung befindet, haben Schwenkarm und Pleuelstange einen großen Neigungswinkel. 2. Der Hub des Relais wird vergrößert und im Läufer mit mehr Blättern.

Läuferzimmer
Die Laufkammer besteht aus einer geschweißten Stahlblechkonstruktion. Die kavitationsgefährdeten Teile in der Mitte sind aus Edelstahl gefertigt, um die Kavitationsbeständigkeit zu verbessern. Die Laufkammer ist ausreichend steif, um den Anforderungen an einen gleichmäßigen Abstand zwischen den Laufschaufeln und der Laufkammer im laufenden Betrieb gerecht zu werden. Unser Werk verfügt über ein umfassendes Fertigungsverfahren: A. CNC-Vertikaldrehbearbeitung. B. Profilbearbeitung. Der gerade Konusabschnitt des Saugrohrs ist mit Stahlplatten ausgekleidet, die im Werk geformt und vor Ort montiert werden.