径向式导水机构的结构与传动系统简析

（一）径向式导水机构的结构

图5-57为典型的径向式导水机构。导叶3的上、中轴颈和下轴颈安放在水轮机顶盖7和导水机构底环2内的轴承中。上、中轴承由尼龙轴瓦4、6与轴套5组成，下轴承的尼龙轴瓦1直接压入底环的孔内。转臂9套在导叶上轴颈上，二者之间用分半键10固定。转臂与连接板8由剪断销11连成一体。连杆12的两端分别与连接板和控制环14铰接。控制环支承在固定于顶盖上的支座15上。接力器通过推拉杆13驱动控制环运动，从而关闭或者开启导水机构。在这种机构中，传动机构在水轮机体外，便于维护和检修，故广泛地使用于大中型水轮机中。

图5-57　径向式导水机构

1、4、6—尼龙轴瓦；2—导水机构底环；3—导叶；5—轴套；7—水轮机顶盖；8—连接板；9—转臂；10—分半键；11—剪断销；12—连杆；13—推拉杆；14—控制环；15—支座；16—补气阀

（二）导水机构的传动系统

1.由接力器到控制环的传动

图5-58是大中型水轮机中用两个接力器来控制的结构图。接力器1固定在浇注于水轮机机坑壁龛里的金属壳体7的法兰上，接力器活塞杆2及推拉杆通过圆柱销4与控制环3连接，而活塞与活塞杆之间也用圆柱销铰接。支承8将控制环支承在顶盖9上。控制环通过连杆5和转臂6与导叶连接。这样装置用的最为广泛，但为了实现这样的传动，要求在混凝土机坑内设有相应的壁龛来安装接力器，这就使得浇注混凝土的过程复杂了，此外，水轮机室内安置着两根长推拉杆，给运行和检修带来不便。因此，近年来对大型水轮机将接力器设在顶盖上。

图5-58　导水机构的传动系统

1—接力器；2—接力器活塞杆；3—控制环；4—圆柱销；5—连杆；6—转臂；7—金属壳体；8—支承；9—顶盖

图5-59为接力器装设在顶盖上的结构简图。图5-59（a）中所示为具有两个缸体1的栓塞式直缸接力器，接力器缸通过支座3固定在水轮机顶盖上，其位置高于控制环2。当油沿着管路4进入缸体时，接力器柱塞6就作直线运动。柱塞中部具有带着圆柱销5的十字头，圆柱销与控制环的大孔耳铰接。于是，当柱塞移动时，圆柱销使控制环作圆弧运动，从而开启或关闭导水机构。在这种结构中，虽然接力器较简单，但比控制环高的接力器在水轮机机坑中占据了较大的空间。因此，在控制环内有足够的地方放置接力器的情况下，可采用此结构。

图5-59（b）所示为柱塞式环形接力器。在这种结构中，由两个环形缸体8和柱塞9组成接力器，直接安放在水轮机顶盖上，并靠近控制环12 的内壁。圆柱销10 与控制环连接，并通过球形铰接11与接力器柱塞联系。由接力器配压阀控制油沿管路7流入接力器缸，即可开启或关闭导水机构。环形接力器的结构比直缸接力器复杂，并且制造也较困难。但它能有效利用控制环内部的每个空间，使水轮机结构紧凑。

图5-59（c）示出每个导叶具有单独接力器的简图。摇摆式接力器14铰接在支承盖13上，接力器柱塞15与转臂16铰接。压力油在调速器配压阀的控制下，沿油管进入接力器时，柱塞即驱动导叶转动，同时接力器缸则必然围绕其与顶盖的铰接点转过一个角度。

图5-59　导水机构接力器布置在顶盖上的结构示意图

（a）栓塞式直缸接力器；（b）柱塞式环形接力器；（c）摇摆式接力器
1—缸体；2—控制环；3—支座；4—油管；5—圆柱销；6—接力器柱塞；7—管路；8—缸体；9—柱塞；10—圆柱销；11—球形铰接；12—控制环；13—支承盖；14—摇摆式接力器；15—接力器柱塞；16—转臂

2.由控制环至导叶的传动及易坏连接件

在由控制环至导叶的连杆传动机构中，在某一构件上应设有易坏连接件，用以保证在关闭导水机构的过程中，当异物如圆木头、杂树等卡在相邻导叶之间时，仅是预定的易坏连接件破坏，而使卡住的导叶保持开启状态，其他导叶可以照常关闭而不损坏传动部件。若没有专门的易坏连接件，则当关闭导水机构时，传给全部导叶的力，将集中在两个被顶住的导叶上，致使其传动构件破坏。

现在广泛采用的是将剪断销作为易坏连接件的传动装置，如图5-60所示。键3将转臂固定在导叶轴颈10上，连接板2套在转臂上，用具有薄弱断面的剪断销4将连接板与转臂连接在一起。连接板通过铰销9与连杆连接。连杆由两个带叉头的螺母5及具有左右螺纹的连接螺栓8组成。旋转连接螺栓即可改变连杆的长度。连接螺栓带有防松。连杆通过铰销7与控制环6相联系。这样，当导叶之间卡入异物以及由接力器传到连杆上的力增加而企图关闭导水机构时，剪断销被剪断，从而达到上述目的。

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图5-60　易坏连接件为剪断销的结构图

1—转臂；2—连接板；3—键；4—剪断销；5—螺母；6—控制环；7、9—铰销；8—连接螺栓；10—导叶轴颈

3.导水机构的止漏装置和导叶的间隙调整

导水机构的止漏装置，包括导叶轴承的止漏和导叶在全关闭时为防止蜗壳中的压力水流入下游而装置的导叶与导叶之间和导叶与上、下环之间的止漏设备。

导叶轴承如采用黄油润滑，则需要防止水流进入轴承引起轴颈锈蚀和破坏油膜，导叶轴颈的密封多数装在导叶套筒下端，以往都采用牛皮制作的U 形密封环圈，封水性能良好但结构比较复杂，目前已采用较少。图5-61（a）是这种密封装置的典型结构。U 形密封圈1 套装在轴承下部，用金属环2 套在导叶轴颈上，导叶安装就位后用压紧螺钉3 压紧在轴承下端，在水压力作用下U 形密封圈的两边紧贴在导叶轴颈和套筒内壁上以阻止水流进入轴承。图5-61（b）所示的L形密封圈是目前我国水轮机生产中广泛应用的一种结构型式。实践证明，这种结构封水性良好，结构简单。L形密封圈9用导叶上轴套8 紧压在顶盖10 上，L形密封圈与导叶轴颈之间靠水压紧贴封水。设计时套筒与顶盖端面配合尺寸应保证橡胶有一定的压缩量，密封圈可采用中硬度橡胶模压成型。导叶下轴颈在采用工业塑料的润滑轴承时，为了防止泥沙进入轴承发生轴承磨损，一般需采用O 形橡皮密封圈进行密封。密封结构示于图5-61（c）。为了导叶在调整下部端面间隙后仍保持密封圈有一定压缩量，设计时对放置O 形圈槽的尺寸应该按规定选定。

图5-61　导叶上下轴颈密封装置

（a）U 形密封圈；（b）L形密封圈；（c）导叶下轴颈密封
1—U 形密封圈；2—金属环；3—压紧螺钉；4—压环；5—抗磨板；6、7—密封橡皮条；8—导叶上轴套；9—L形密封圈；10—顶盖；11—导叶；12—O 形密封圈；13—导叶下轴承

机组停机时导水机构必须封水严密，否则不但会增加漏水量而且会加剧间隙空蚀破坏，导叶关闭后如漏水严重时有可能造成机组无法停机。对于高水头电站并在电网中担任尖峰负荷的机组来说，减少停机时的漏水量损失尤为重要，因为这些机组有相当多的时间处于停机状态。

为了减少漏水必须提高导叶的加工精度，使导叶上、下端和顶盖、底环之间，导叶与导叶之间的间隙尽可能小。但即使工艺达到了规定的要求，而机组安装投产后由于温度变化和厂房变形等因素也可能造成导叶装配间隙增大或者导叶卡住的现象。实用上中型水轮机的总端面间隙不小于0.5～0.6mm，而大型水轮机则不大于1～1.5mm。

对于中、低水头的大、中型水轮机，一般采用橡皮条止水装置。图5-62（a）是这种装置的结构简图。当导叶处于全关位置时，导叶尾部靠接力器的作用力压紧在相邻导叶头部的橡皮条上，但这种结构在运行时会发生橡皮条脱落的现象，图5-62（a）中右边的另一种立面密封装置是把橡皮条用压条2和螺钉3固定在导叶1上，这种结构在使用中不容易脱落且止水效果好，广泛地应用于中水头水轮机中。高水头电站导叶立面密封靠研磨接触面来达到。

为了使导叶上、下端面和顶盖、底环之间的间隙均匀，在结构上必须考虑有调整间隙的措施。如图5-63所示，端盖2用吊起螺栓3固定在导叶上部转轴上。此时导叶通过螺钉、端盖的作用悬挂在拐臂4上，拐臂将导叶的重量传到导叶上部轴承的端面上，旋转螺栓3即可使导叶上下移动，从而达到调整端面间隙的目的。导叶在全关位置时，靠上下端面和装置在顶盖、底环的沟槽内的橡皮条来止漏，见图5-62（b）。应在导水机构运动图上，正确的确定橡皮条所在圆周的直径Dm，以使橡皮条位于导叶相接触的圆周上。

图5-62　导叶立面及端面密封

（a）立面密封；（b）端面密封
1—导叶；2—压条；3—螺钉

在高水头电站中，导叶下轴颈的端面受到高压水的顶托，有可能使导叶上浮。为此，将漏入下端面的水从下轴颈的底环上的排水孔（图5-63中的5）排走。

图5-63　导叶装置

1—导叶体；2—端盖；3—吊起螺栓；4—拐臂；5—排水孔

导叶的立面间隙会因安装不准确而使个别导叶的间隙大于技术规定要求，在国内常用的结构中可以用具有左右旋螺纹的连接螺栓（图5-60中的8）调整间隙。

导叶的止漏装置和间隙调整不仅在导叶结构设计时应给予考虑，同时应保证在运行、检修中进行调整时操作简单易行。