摘要：該文結合基於液力傳動理論、機械產（chǎn）品設計及關鍵技術分析，對水介質液力減速器的腔（qiāng）型充液進（jìn）行參數化設計和優（yōu）化設（shè）計；針對（duì）產（chǎn）品關鍵製（zhì）造及工藝控製，揭示其腔（qiāng）型的規律和特性（xìng），將理（lǐ）論計算與（yǔ）試製結構進行對比，從而驗證產（chǎn）品安（ān）裝的正確性，確保水介（jiè）質（zhì）液力減速器在水輪發電機組得到推廣應用。

關鍵詞：水介質；液力減（jiǎn）速器；中小水輪發電（diàn）機組

0 引言

      隨著科技進（jìn）步和經（jīng）濟發展的需要， 中（zhōng）小水輪發電機組（zǔ）及（jí）其機械設備向著高（gāo）負荷和大功（gōng）率方向發展，但與之配套的液力減（jiǎn）速器受鑄造葉輪材料的強度要求、製造工藝和產品試（shì）驗能力的製約， 當（dāng）到了葉輪線速度的極限（xiàn）時， 已不能僅（jǐn）靠加大液力減（jiǎn）速器葉輪的工作腔循環圓有效直徑的辦法提高傳遞功率。中小（xiǎo）水輪發電機組及其機械（xiè）設備轉（zhuǎn）速容易（yì）超（chāo）過工作速（sù）度值， 為滿足設備運行要求可配套防飛逸裝置的要求， 基（jī）於液力（lì）傳動理論、產品設計及關鍵技術分析，對配套的水介（jiè）質液力減速器的腔型充液進行參數化設計和優化設（shè）計，開發（fā）了水介（jiè）質液力減速器， 它比傳遞相（xiàng）同功（gōng）率（lǜ）的液力減速器，徑向尺寸降低約13%，葉輪（lún）線速度降低約13%，滿足液力減速器葉（yè）輪（lún）常用鋁合金（jīn）材料的強度要求，減除液力傳動中軸向力（lì）的（de）影響。

1 水（shuǐ）介質（zhì）液力減速器的原（yuán）理

      水（shuǐ）介質液（yè）力（lì）減速器是一種以清水為工（gōng）作介質，具有雙（shuāng）腔（qiāng）結構，過（guò）轉速保護作用的液力元件。水介（jiè）質液力減速器（qì）的基本結構由泵輪、渦輪、連接筒、輸入半聯軸節、輸（shū）入（rù）軸、固定軸等組成。泵輪和（hé）渦輪對稱布（bù）置，泵輪和渦輪內設（shè）置（zhì）一定數量的徑向葉片，組成工作腔。工作中，往工作腔充入（rù）工作液體時能產生阻力，同（tóng）時能減除（chú）液力傳動產生的軸向力。

      工作原理：中小水輪發電機組工作時（shí），水輪發電（diàn）機組通過輸入（rù）軸帶動液力減速器渦輪（lún）旋轉， 液力（lì）減速（sù）器工作腔內沒有（yǒu）充（chōng）液，此時，水輪機處於正常工作狀態。當水輪發電機組超過允許速度值， 即需要實行防飛逸控製，往液力減速器工作腔內充入清水，此時旋轉的渦輪在固定泵輪（lún）葉片和工作（zuò）液力間產生雙重柔性阻力作用，渦輪（輸入軸）轉速被迫減緩，使水輪機的轉速降低至允許速度值（zhí），同時消除液（yè）力傳動中產生的軸向力，繼續往液力減速器工作腔充入增量的清水， 水輪（lún）機減（jiǎn）緩速度就增大， 使中小水輪發電機組達到防飛逸控製和緩降（jiàng）負荷停車。反之，當中小水輪發電機組低於工作速度值時，減少往液力減速器工作腔充入清水量，液力減速器消耗的負荷減少，渦（wō）輪轉速提（tí）高，使中小（xiǎo）水輪發電機組升高到工作速度。這樣，隻有當中小水輪發電機組超過允許速度值時,就往液力減速器充入清水，於是中小水輪發電機組靠清（qīng）水便柔性地（dì）實現防飛逸控製和（hé）緩降負荷停車。水介質液力減速器是同一台液力減速器采用兩套泵輪和渦輪組成雙工作腔（qiāng）， 使在工作腔循環圓（yuán）有效直徑相同的情況下，結構緊湊；減除液力傳動中的軸向（xiàng）力，阻礙力矩增大1.75~2 倍，旋轉渦（wō）輪與固定泵輪獨立支承。

      水介質液力減速器具有（yǒu）優（yōu）質的防飛逸作（zuò）用和良（liáng）好的節能效果，與中小水輪（lún）發電機組配套使用時，起柔性製動、防飛逸控製和緩降負荷停車等作用，保護中小水輪發電機組係統。水介質液力減速器可以（yǐ）實現自動控製（zhì），操作簡（jiǎn）便，改善了勞動環境，並具有（yǒu）顯著的節能（néng）效果，無需特殊（shū）維護，使用壽命長。

      水介質液力減速器主要適用於中小水輪（lún）發電機組和其他需防飛逸控製的設備（bèi）。

2 結構及關（guān）鍵技術

      水（shuǐ）介質液力減速器其結構（見圖1）主要由（yóu）箱體（tǐ）、旋轉（zhuǎn）渦輪組件、固定泵輪組件、供水係統等部件組成。

      2.1 箱體

      箱體（tǐ）采用水平剖分為箱蓋、箱座兩部分。箱蓋和箱座采用焊接（jiē）結構件，承載能力好（hǎo）。

     2.2 旋轉渦輪組件

      旋轉（zhuǎn）渦輪組件由輸入軸和渦輪組（zǔ）成，主要包括：輸入軸、渦輪A、渦（wō）輪B、輸入半聯軸節等；渦輪（lún）從工作腔的清（qīng）水中獲得阻力，形成阻力矩，阻力矩與轉速的平方成正比。

      2.3 固定泵輪組件

       固定（dìng）泵輪組件由固定軸和泵輪組成，主（zhǔ）要包括：固定（dìng）軸、泵輪A、泵輪B、連接筒等；泵輪對工作腔的清水中產生阻力（lì），使渦輪產生阻力矩，阻力與（yǔ）渦輪轉速的平方成正比。

     2.4 供水（shuǐ）係統

      供水係統由進（jìn）水口（kǒu）、進水管、排水（shuǐ）口組成。水（shuǐ）介質液力減速器的主要結構采用兩套泵輪和渦輪，組成兩（liǎng）個工作腔，旋轉渦輪組件與中小水輪發電機組連接，充液時渦輪由於高速旋轉使工作液（清水（shuǐ））產生液體能（位能（néng）與動能），固定泵輪組件對（duì）工作液產生阻礙作用，形成（chéng）阻（zǔ）力（lì），作用於渦輪，從而使渦輪產生阻力矩， 阻力矩的大小與工作液的密度（dù）、渦（wō）輪轉速的平方、工作腔循環圓（yuán）有效直徑與形（xíng）狀等有關。水介（jiè）質液（yè）力減速采用雙腔結構減除（chú）液力傳動中軸向力的影響，工作腔型根（gēn）據中小水輪發電機組的要求進行改進， 具有泵輪力矩係數高，充液快速合理等特點。保證（zhèng）水介質液力（lì）減速器製動力矩合理，阻（zǔ）力曲線平滑（huá），轉速控製簡便等優點。水（shuǐ）介質液力減速器能夠平（píng）衡軸向力，簡化產品結構，提高了工作穩（wěn）定性（xìng），減少振動源，提高中小水輪發電機組（zǔ）壽命和產品可靠性。

3 產品關鍵製（zhì）造及工（gōng）藝（yì）控製

     3.1 產（chǎn）品（pǐn）關鍵製造要點（diǎn）

      水（shuǐ）介質液力減速器的工作腔設計是該產品的重點和難點， 組（zǔ）成工作腔的零件泵輪和渦輪是（shì）關鍵製造要點。渦輪既要承受本身材料質量以及工作（zuò）液體因（yīn）高速旋轉產生的離心力， 又要受工（gōng）作液體溫度迅速升高（gāo）產生的變形的影響， 對零件致密性和結構提出了很高的要求。為滿足使用要求，通過選取不同的腔型與結構進行有限元計算分析（xī），取得合理（lǐ）的腔型和結構，既保證產（chǎn）品的泵輪力矩係數，又保證強度（dù）和剛度，節省成本。渦輪經鑄造成形、熱（rè）處理、機加工後進行探傷檢查，噴丸處理和動平衡，保證葉（yè）輪工作的可靠（kào）性和使用壽命。

       3.2 產品工藝特點

      水介質液力減速（sù）器采用先進的樹脂砂鑄造成形工藝（yì），提高產品的性能和外觀質量。樹脂砂造型工藝的主要特點：

      （1）石英（yīng）砂中不存在泥粉（fěn）、水分，粒度均勻，透氣性好（hǎo）；

      （2）鑄（zhù）型強度高，保證腔型的形（xíng）狀及尺寸的精確度（dù）和完整性；

      （3）鑄型可噴塗塗料，提高鑄件光潔度。

      3.3 產品（pǐn）裝配要點

      水介（jiè）質液力減速器主要工作（zuò）部件（jiàn）為旋轉渦輪組件和固定泵輪組件（jiàn），其安裝要求如下（xià）：

      （1）把已連接好的渦輪、輸入軸用螺栓固定；

      （2）將a 組吊反（fǎn）轉，裝入輸入軸承座、輸入軸承等，用螺栓固定；

      （3）把泵輪（lún）A 與（yǔ）連接筒（tǒng）用螺栓（shuān）固（gù）定；

      （4）把已連（lián）接好（hǎo）的泵輪B 輪與固（gù）定軸用螺栓固定；

      （5）將（jiāng）d 吊（diào）裝入輸出軸承（chéng）座和軸承中，用（yòng）螺栓（shuān）固（gù）定，安裝在（zài）箱座中，並固定；

      （6）將b、c 吊裝在箱座（zuò）上，調整泵輪與渦輪的端麵間隙符合設計要求；

      連接好固（gù）定泵輪組件，檢查旋轉渦輪組件，應轉動靈活，連（lián）接準確。

      3.4 產品（pǐn）試（shì）機

      （1）檢查各機械（xiè）、電氣連接是否正確、是否安全；

      （2）檢查中小水輪發電機組、水介質液力減速器轉向是否相同；

      （3）檢查控製（zhì）閥的動作（zuò）靈活性和準確性；

      （4）打開進（jìn）水（shuǐ）閥，進水壓力大於（yú）0.20MPa，出水暢順；

      （5）起動中小水輪發電機組，觀察水（shuǐ）介質液力減速器轉（zhuǎn）動應無異常；

      （6）加（jiā）大水輪機進水閥門開度，使中小水（shuǐ）輪發（fā）電機組轉速達到工作轉速。繼（jì）續加大進水閥門（mén）開度（dù）直至進水閥門最大開度， 同時接通水介質液力減（jiǎn）速器的（de）進水管（guǎn），水介質液力減速器充液並降低中小水輪發（fā）電（diàn）機組轉（zhuǎn）速，其最高轉速不超過中小水輪發電機組工作（zuò）轉速的110%~150%；

      （7）按試運行要求進行轉速穩定性調節；

      （8）試車（chē）過程中（zhōng）各項參數應符合要（yào）求，水介質液力減速器及管（guǎn）路不得泄漏、滲漏現象。

      注意事項：排水口的位置應安全（quán）可靠，並設有警示（shì）標識。產品保護裝置處設警示標（biāo）識。

      3.5 產品（pǐn）工業運行

      （1）檢查；

      （2）保持進水閥打開狀態，供水壓力大於0.2MPa，出水暢順（shùn）；

      （3）水介質液力減速器輸入（rù）轉速與中小水輪發電（diàn）機組（zǔ）轉速同步；

      （4）當（dāng）輸入轉（zhuǎn）速超過工作轉速時，接（jiē）通水介質液力減速器的進水閥，調節進水量，使中（zhōng）小水輪（lún）發電機組轉速降低至工（gōng）作轉速；

      （5）停機時（shí），接通進水管（guǎn），進水閥調至最大；

      （6）關閉水輪機進水閥門；

      （7）運行過程中每隔一個周期應測量並記錄水介質液力減速器轉速，振動，軸承溫度等參數；

      （8）每隔一年給（gěi）軸承加（jiā）注潤滑脂。

4 結束語

      目前，水介質液力減速器在中小水輪發電機組的應用市場還在開發中，其控製技術還需在實踐過程中完善和提高。水介質液（yè）力減速器在中（zhōng）小水輪機發電機組的應用，可以（yǐ）降低運行（háng）費用，減少水（shuǐ）輪（lún）機進水閥（fá）門磨損和保護高壓管道（dào），保護中小水輪發電機組。