摘要：該（gāi）文結合基於液力傳動理論、機械產品設計及關鍵技術分析，對水介質液力減速器的腔型充液進行參數化設計和（hé）優化設計（jì）；針（zhēn）對產（chǎn）品關鍵製造及工藝控製，揭示其腔（qiāng）型的規律和特性，將理（lǐ）論計算與試製（zhì）結構進行對比（bǐ），從而驗證產品安裝的正確性，確保水介質液力減速器在水輪發電機組得到推廣應用。

關鍵詞：水（shuǐ）介質；液力減速器；中小水（shuǐ）輪發電機組

0 引言（yán）

      隨著科技（jì）進步和經濟發展的需要， 中小水輪發電機組及其機械設備向著高負荷和大功率方向發展，但與之配（pèi）套（tào）的液力減（jiǎn）速（sù）器受鑄造葉輪材料的（de）強度要（yào）求、製造工藝和產品試（shì）驗能力的製（zhì）約， 當到了葉輪（lún）線速度的極限（xiàn）時， 已不（bú）能僅靠加大液力減速器葉輪的工作腔循環圓有效直徑的辦法提高傳遞功率。中小水輪發電機組及其機械設備轉速容易（yì）超過工作速度值， 為滿足設備運（yùn）行要求可配套防飛逸裝置的要求， 基於液力傳動理論、產品（pǐn）設計及關鍵技術分析，對配套的水介質液力減速器（qì）的（de）腔型充液進行參數化設計和優化設計，開發了水介質（zhì）液力減速器， 它比傳遞相同功率的液（yè）力減速器，徑向（xiàng）尺寸降低約13%，葉輪線速度降低約13%，滿足液力減速器葉輪常用鋁合金材料的強度要求，減除液力傳動中軸向力的（de）影響。

1 水介（jiè）質液力減速器的原理

      水介質液力減（jiǎn）速器是一種以清水為工作介質，具有雙（shuāng）腔結構，過轉速（sù）保護作用的液力元件（jiàn）。水介質液力減速（sù）器的基（jī）本結構由泵輪（lún）、渦輪（lún）、連接筒、輸入半聯（lián）軸節、輸入軸、固定軸等組（zǔ）成。泵輪和渦輪對稱布（bù）置，泵輪和渦輪內（nèi）設置一定數量的徑向葉片，組成工作腔。工作中，往（wǎng）工作（zuò）腔充入工作液體時能產生阻力，同時能減除液（yè）力傳動產生的軸向力。

      工作原理：中小水輪發電機組工作時，水（shuǐ）輪發電機組（zǔ）通過輸入軸（zhóu）帶動液力減速器渦輪旋轉， 液力減速器工（gōng）作腔內沒有充液，此時（shí），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（jí）需要實行防飛（fēi）逸控製（zhì），往液力減速器工作（zuò）腔內充入清水，此時旋轉的渦輪在固定泵輪葉（yè）片和工作液力（lì）間產生雙（shuāng）重柔性阻力（lì）作用，渦輪（輸入軸）轉速被迫（pò）減緩，使（shǐ）水輪機的轉速降低至允許速度值（zhí），同時消除液力（lì）傳（chuán）動（dòng）中產生的軸向力，繼續往液力減速（sù）器工（gōng）作腔充入增量的清水， 水輪機減緩速度就增（zēng）大（dà）， 使中小水輪發電機組（zǔ）達到防飛逸控製和緩降負荷停（tíng）車。反之（zhī），當中小水輪發電機組低（dī）於工（gōng）作速度值時，減少往液力減速器工作腔充入清水量（liàng），液力減速（sù）器消耗的負（fù）荷減少，渦輪轉速提高，使中小水輪發電機組升高（gāo）到工作速（sù）度。這樣，隻有當中小水輪發電機組超過允許速度（dù）值時,就（jiù）往液力減速器充（chōng）入清水，於是（shì）中小水輪發電機組（zǔ）靠清水（shuǐ）便柔性地實現防飛逸控（kòng）製和緩降負荷停車。水介質液力減（jiǎn）速（sù）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， 使在工作（zuò）腔循環圓有效直徑相同的（de）情況下，結構緊湊；減除液力傳動中的軸向力，阻礙力矩增大1.75~2 倍，旋（xuán）轉渦輪與固（gù）定（dìng）泵輪獨立支承。

      水介質液力減速器具有優質的防飛逸作用和良好的節能效果，與中小水輪發電（diàn）機組（zǔ）配套使用時，起柔（róu）性製動、防飛逸控製和緩降負荷（hé）停車等作用，保護中小水輪發（fā）電機組（zǔ）係統。水介質液力減速器可以實現自動（dòng）控製，操作簡便，改善了勞動環境，並具有顯著的節能效果，無需特殊維護，使用壽命（mìng）長。

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

2 結構及關鍵技術

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

      2.1 箱體

      箱體采用水平剖分為箱蓋、箱（xiāng）座兩部分。箱蓋和箱座采用焊（hàn）接結構件，承載能力好。

     2.2 旋轉渦輪組件

      旋（xuán）轉渦輪組件（jiàn）由輸入（rù）軸和渦輪組成，主要包括：輸入（rù）軸、渦輪A、渦輪B、輸（shū）入半聯軸節等；渦輪從工（gōng）作腔的清水中獲得阻（zǔ）力，形成（chéng）阻力矩，阻力（lì）矩與轉速的平方成正（zhèng）比。

      2.3 固定泵輪組件（jiàn）

       固（gù）定泵（bèng）輪組（zǔ）件由固定軸和（hé）泵輪組成，主要包括：固（gù）定軸、泵（bèng）輪A、泵輪B、連（lián）接筒等；泵（bèng）輪對工作腔（qiāng）的清水中產生阻（zǔ）力，使渦輪（lún）產生阻力矩，阻力與渦輪轉速的平方成正比。

     2.4 供水係統

      供水係統（tǒng）由（yóu）進水口、進水管（guǎn）、排水口組成。水介（jiè）質液（yè）力減速器（qì）的主要結構采用（yòng）兩套泵輪和渦輪，組成（chéng）兩個工作腔，旋轉渦輪組件與中小水輪發電機組連（lián）接，充液時渦輪由於高速旋轉使（shǐ）工作液（清水）產生液體能（位能與動能），固定泵輪組件對工（gōng）作液產生阻礙作用，形成阻力，作用（yòng）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（mì）度、渦輪轉速的（de）平方、工作腔循環圓有效直（zhí）徑與形狀等有關。水介質（zhì）液力減速采用雙腔結（jié）構減除（chú）液（yè）力傳動中軸向力的影響（xiǎng），工作腔型根據中小水（shuǐ）輪（lún）發電機組的（de）要求進（jìn）行改進， 具有泵輪力矩係數高，充液快速（sù）合理等特點。保證水介質液力減（jiǎn）速器製動力矩（jǔ）合理，阻力曲線平滑（huá），轉速控製簡便等優點。水介質（zhì）液力減速器能夠平衡軸向力，簡化產品結構，提高了工作穩定性，減（jiǎn）少振（zhèn）動源（yuán），提高中小水輪發電機組壽命和產品可靠性。

3 產品關鍵製造及工藝控（kòng）製

     3.1 產品關鍵製造要點

      水介質液力減速器的工作腔設計（jì）是該產品的重點和難點， 組成工作腔的零件泵（bèng）輪和渦輪是關鍵製造要點。渦輪（lún）既要承受本身材料質量（liàng）以及工作液體因高速旋轉產生的（de）離心力， 又要受工作液體溫（wēn）度迅速升（shēng）高產生的變形的（de）影響， 對零件致密性和結（jié）構提出了很高的要求（qiú）。為滿足使（shǐ）用要求，通（tōng）過（guò）選取不同的腔型與結（jié）構進行有限元計算分析，取得合理的腔型和結構，既保證產品的泵輪力矩係數，又保證強度和剛度，節省成本。渦輪經鑄造成形、熱處理、機加工後進行探傷檢查，噴丸處理和動平衡，保證葉輪（lún）工作的可靠性和使用壽命。

       3.2 產品工藝特點

      水介質液（yè）力減（jiǎn）速器采用先進的樹（shù）脂砂鑄造成形工（gōng）藝，提高產品的性能和（hé）外觀質量。樹脂砂造型工藝的主要特點：

      （1）石英砂中不存在泥粉、水分，粒度均勻，透（tòu）氣性好；

      （2）鑄型強度高（gāo），保證腔（qiāng）型的形狀及尺（chǐ）寸的精確度和（hé）完（wán）整性；

      （3）鑄型可噴塗塗料，提高鑄件光（guāng）潔度。

      3.3 產品裝配要點（diǎn）

      水介質液力減速器主要工作部件為（wéi）旋轉渦（wō）輪組件和固定泵（bèng）輪組件，其安裝要求如下（xià）：

      （1）把已連接好的渦輪、輸（shū）入（rù）軸用螺栓固定；

      （2）將a 組吊反轉，裝入輸入軸承座、輸入軸承等，用螺栓固定；

      （3）把泵輪A 與連接筒（tǒng）用螺栓固定；

      （4）把已連接好的泵輪B 輪與固定軸用（yòng）螺栓（shuān）固定（dìng）；

      （5）將d 吊裝入輸出軸承座和軸（zhóu）承中，用螺栓固（gù）定，安裝在箱座中，並固定；

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

      連接好固定泵輪組件，檢查旋轉渦（wō）輪組件，應轉（zhuǎn）動靈活，連接準確。

      3.4 產品（pǐn）試機

      （1）檢查各機械、電氣連接是否正確（què）、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（shì）否相同（tóng）；

      （3）檢查（chá）控製閥（fá）的動（dòng）作靈活性和準確性；

      （4）打開進水閥，進水壓力大於0.20MPa，出水暢順；

      （5）起動中小水輪（lún）發電機組，觀察水介質液（yè）力減速器轉動應無異常；

      （6）加（jiā）大水輪機進水閥門（mén）開度，使中小水輪發電機組轉速（sù）達到工（gōng）作轉速。繼續（xù）加大進（jìn）水（shuǐ）閥門開度直至進（jìn）水閥門最大開度， 同時接通（tōng）水介質液力減（jiǎn）速器（qì）的進水管，水介質液力減（jiǎn）速器充液並降低中小水輪發電機組轉速，其最高轉（zhuǎn）速不超過（guò）中（zhōng）小水（shuǐ）輪發電機組（zǔ）工作轉速的110%~150%；

      （7）按試運行要求進行轉速穩定性調節（jiē）；

      （8）試車過（guò）程中各項（xiàng）參數應符合要求，水介質液力減速器及管路不得泄漏、滲漏現象。

      注（zhù）意（yì）事項：排水口的位置（zhì）應安全可靠，並設有（yǒu）警示標識。產品保護裝置處設警示標識。

      3.5 產品工業運行

      （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；

      （3）水介質液力減（jiǎn）速（sù）器輸（shū）入轉速與中小水輪發電機組轉速同步；

      （4）當輸入（rù）轉（zhuǎn）速超過工（gōng）作轉速時，接通（tōng）水介質液力減速器的進水閥，調節進水（shuǐ）量，使中小水輪發電機（jī）組轉速降低（dī）至工作轉速（sù）；

      （5）停機時，接通進水管，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（qī）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）每隔一年給軸承加注潤滑脂。

4 結束語

      目前，水介質液力減（jiǎn）速器在（zài）中小水輪（lún）發電機組的（de）應用市場還在開發中，其控製技術還需在（zài）實踐過程中完（wán）善和（hé）提高。水介質液（yè）力減速器（qì）在中（zhōng）小水輪機發電機組的應用，可以（yǐ）降低運行費用，減少水輪機進水閥門（mén）磨損和保護高壓管道，保護中小水輪發電機組。