摘（zhāi）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（fèn）析，對水介質（zhì）液力（lì）減速器的腔型充液進行參數化設計和優（yōu）化設計；針對產品關鍵製造（zào）及（jí）工藝控製，揭示其腔型的規律（lǜ）和特（tè）性，將理論計算與（yǔ）試製結構進行對比，從而驗證產品安裝（zhuāng）的正確性，確保水（shuǐ）介質液力減速器（qì）在水輪發電機組得到（dào）推廣應用。

關鍵詞：水介質；液（yè）力減速器；中小水輪發電機組

0 引言（yán）

      隨著科技進步和經濟發展的需（xū）要， 中小水輪發電機組及其機械（xiè）設備（bèi）向著（zhe）高負荷和大功率方向發展，但與之配套的液力減速器（qì）受鑄（zhù）造葉輪材料（liào）的強度要求（qiú）、製造（zào）工藝和產品試驗能力的製（zhì）約， 當到了葉輪線速度的（de）極限時（shí）， 已不能僅靠加大液力減速器葉輪的工作（zuò）腔循環（huán）圓有效直徑的辦法提高傳遞功率。中小水輪發（fā）電機組及其機械（xiè）設備（bèi）轉速容（róng）易（yì）超過（guò）工作（zuò）速度值， 為滿足設備運行要求可配套防飛逸裝置的要求， 基於液（yè）力傳動理論、產品設（shè）計及關鍵技術分析，對配套的水介質液力減速器（qì）的腔型充液（yè）進行參數化設計和優化設（shè）計，開發了水介質液力減速器（qì）， 它比（bǐ）傳遞相同功率（lǜ）的液力減速器，徑向尺寸降低（dī）約13%，葉輪線速度降低約13%，滿（mǎn）足液力減速器葉輪常用鋁合金材料的強度要求，減（jiǎn）除液力（lì）傳動中軸向力的影響。

1 水（shuǐ）介質液力減速器的原理

      水介質液力減速器是一種（zhǒng）以清水為工作介質，具有雙腔結構，過轉速保護作用的液力元件。水介質液力減速器的基本結（jié）構由泵輪、渦輪、連接筒、輸入半聯軸節、輸入軸、固定軸等組成。泵輪和渦輪對（duì）稱布置，泵輪和渦輪內設置一定數量的徑向葉片，組成工作腔。工作中，往工（gōng）作腔充入（rù）工（gōng）作液體時能產生阻力，同時能減除（chú）液力傳動產生的軸向力。

      工作原理：中小（xiǎo）水輪發電機組工作時，水（shuǐ）輪發電機組通過輸入軸帶動液力減速器渦輪旋轉， 液力減速器工作腔內沒有充液（yè），此時，水輪機處於正常工作狀（zhuàng）態。當（dāng）水輪發電機（jī）組超過允許速度值， 即需要實行防飛逸（yì）控製，往（wǎng）液力減速器工作腔內充入清水，此時旋轉的渦輪在固（gù）定泵輪葉片（piàn）和工作液（yè）力間產生雙重（chóng）柔性阻力（lì）作用，渦輪（輸入軸）轉速被迫減緩，使（shǐ）水輪機的轉速降低至允許速度值，同時消除液力（lì）傳動中產生的（de）軸向力，繼續往液力減速器工作腔充入增量的清水， 水輪機減緩速度就增大， 使中小水輪發電機組達到防飛逸（yì）控製和緩降負荷停車。反之（zhī），當中小水輪（lún）發電機組（zǔ）低於（yú）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，渦輪轉速提高（gāo），使中小水輪發電機組升高到工作速度。這樣，隻有當中小水輪（lún）發電機組（zǔ）超過允許速度值時,就往液力（lì）減速（sù）器充入清水，於是中小（xiǎo）水輪發電機組靠清水便柔性地實現防（fáng）飛逸（yì）控製和緩降負荷停車（chē）。水介質液力減速器是同一台（tái）液力減速器采用兩套泵輪和渦輪組成雙工作腔， 使在工作腔循環圓有效直徑相同的情況下，結構緊湊；減除液力傳動中的軸（zhóu）向力（lì），阻礙力矩增大1.75~2 倍，旋轉渦輪與固定泵（bèng）輪獨立支承。

      水介質液力減速器具有優質的防飛逸作用（yòng）和良好的節能效果，與中小（xiǎo）水輪發電機組配套（tào）使用（yòng）時，起柔性製動、防飛逸控製和緩（huǎn）降負荷停車等作（zuò）用，保護中小水（shuǐ）輪發（fā）電機組係統。水介質液力減速器可以實現自動控製，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，使用壽命長。

      水（shuǐ）介（jiè）質液力減速器主要適用於中（zhōng）小（xiǎo）水輪發電機組和（hé）其他需防飛逸控製（zhì）的設備。

2 結構及（jí）關鍵技（jì）術

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

      2.1 箱體

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

     2.2 旋轉渦輪組件

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

      2.3 固定泵輪組件

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

     2.4 供水係統

      供水係統由進水（shuǐ）口、進水管、排水口組成。水介質液（yè）力減速器的（de）主要結構采用兩套泵輪和（hé）渦輪，組成兩個工作腔，旋轉渦輪組件與中小水輪發電機組（zǔ）連接，充液時渦輪由於高速旋轉使工作液（清水）產生液體能（位能與動能），固定（dìng）泵輪組件對（duì）工作液（yè）產生（shēng）阻礙作用，形成阻力，作用於（yú）渦輪，從而使渦輪產（chǎn）生阻力矩， 阻力矩（jǔ）的大小與工作液的密度、渦輪轉速的平方、工作腔循環圓有效直徑與（yǔ）形狀等有關。水介（jiè）質液力減速采用雙腔結（jié）構減除液力傳動中軸向力的影響（xiǎng），工作腔型根據中小水輪發（fā）電機組的要求進行改進， 具有泵輪力矩係數高，充液（yè）快速（sù）合理等特點。保證水介質液力減速器製動力矩合理，阻力曲線平滑，轉速控製簡便（biàn）等優點。水介質液力（lì）減速器能夠平衡軸向力，簡化產（chǎn）品結構，提高了工作穩定性（xìng），減少振動源，提高中小水輪發電機（jī）組壽命和產品（pǐn）可靠性。

3 產品（pǐn）關鍵製造及工藝控製

     3.1 產品關鍵製（zhì）造要點

      水介（jiè）質液力減（jiǎn）速器的工作腔設計是該產品的（de）重點和難點， 組成工作（zuò）腔的零件泵輪和渦輪是關鍵製造要點。渦輪既要承受本身材料質量以及（jí）工作液（yè）體因高速旋轉產生的離心力， 又要受工作液體（tǐ）溫度迅速升高產生的變形的影響， 對零（líng）件致密性和結構提（tí）出（chū）了很高的要（yào）求。為滿足使（shǐ）用要求，通過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（běn）。渦輪經鑄造成形、熱（rè）處理、機加工後進行探傷（shāng）檢查，噴丸處理和動平衡，保證葉輪工（gōng）作的可靠（kào）性和使用壽命。

       3.2 產品（pǐn）工藝特點

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

      （1）石英砂中不存在泥粉、水分，粒度均勻（yún），透氣性好；

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

      （3）鑄型可噴塗（tú）塗料，提高鑄件光潔度。

      3.3 產品裝配要點

      水介質液（yè）力減速器主要工作部件為旋轉渦輪組（zǔ）件和固定泵輪組件，其安裝要求如下：

      （1）把已連接好的（de）渦輪、輸入軸用螺栓固定；

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

      （3）把泵輪A 與連（lián）接（jiē）筒用螺栓固定；

      （4）把已連接好的泵輪B 輪與（yǔ）固定（dìng）軸用螺（luó）栓固定；

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

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

      連接好固定（dìng）泵輪組件，檢查旋轉渦輪組件，應轉動靈活，連接準確。

      3.4 產（chǎn）品試機（jī）

      （1）檢查各機械、電氣連接是否（fǒu）正確、是否安（ān）全；

      （2）檢查中小水輪發電機組、水介質液（yè）力減速器轉（zhuǎn）向是否相同；

      （3）檢查控製閥的動作靈活性和準確（què）性；

      （4）打開進水閥，進水壓力大於0.20MPa，出水暢順；

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

      （6）加大水輪機進水閥（fá）門（mén）開度，使中小水輪發電機組轉速達到工作轉速。繼（jì）續加大進水閥門開度直至進（jìn）水閥門最大開度（dù）， 同時接通水介質液力減速器的進（jìn）水管，水介質液（yè）力減速器充液並降（jiàng）低中小水輪發電機組（zǔ）轉速，其（qí）最高轉速不超過中小水輪發電機組工作轉速的110%~150%；

      （7）按試運行要求進行轉速穩定性調節；

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

      注意事項：排水口的位置應安（ān）全可靠（kào），並設有警示標識。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（bǎo）持進水閥打開狀（zhuàng）態，供水（shuǐ）壓（yā）力（lì）大於0.2MPa，出水暢順；

      （3）水介（jiè）質液力減（jiǎn）速器輸入轉速（sù）與中（zhōng）小水（shuǐ）輪發電機組轉（zhuǎn）速同（tóng）步（bù）；

      （4）當輸入轉速超過工作轉速時，接通水介質液力減速器的進水閥，調（diào）節進水（shuǐ）量，使中小水輪發電（diàn）機（jī）組轉速降低至工作轉（zhuǎn）速；

      （5）停機時，接（jiē）通進水管，進水閥調至最大；

      （6）關（guān）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（bìng）記（jì）錄水介（jiè）質液力減速器轉速，振動，軸承溫度等參數；

      （8）每隔一（yī）年給軸（zhóu）承加注潤滑脂。

4 結束語

      目前，水介質液力減速器（qì）在中小水輪發電機組的應用（yòng）市場還（hái）在開發中，其（qí）控製（zhì）技術還（hái）需在實（shí）踐過程中完善和（hé）提高。水介質液力減速器在中小水輪機發電機組的應用，可以降低運（yùn）行費用，減少水輪機進水閥門磨損和保護高壓管道，保護中小水輪發電機組。