摘要：該文結合（hé）基於液力傳動（dòng）理（lǐ）論、機（jī）械產品設計及關鍵技術分析（xī），對水介質液力減速器的腔型（xíng）充液進行參數化設計和優（yōu）化設計；針對產品關鍵製造及（jí）工藝控製，揭示其腔型的規（guī）律和特性，將理論計算與試製結構進行對比，從而驗證產品安裝的正確性，確保水介質液力（lì）減速器在水輪發電機組得（dé）到推廣（guǎng）應用。

關鍵詞（cí）：水介質；液力減速（sù）器；中小水輪發電機組

0 引（yǐn）言

      隨著科技進步和經濟發展的需要， 中小水輪發電機組（zǔ）及其機械設備向著高負（fù）荷和大功率方向（xiàng）發展，但與之（zhī）配套的液力減速器受鑄（zhù）造葉輪材料的強度要求、製造工藝和產品試驗能力的（de）製約， 當到了（le）葉輪線速度的極限時， 已不能僅靠加大液力（lì）減速器葉輪的工作腔循環圓有效直徑的辦（bàn）法提高傳遞功率。中（zhōng）小水（shuǐ）輪發電機組及其機（jī）械設備轉速容（róng）易超（chāo）過工作速度值， 為滿足設備運行要求可配套（tào）防飛逸裝置的要（yào）求， 基於液力傳動理論、產品設計及（jí）關鍵技術分析，對配套的水介質液力減速器的腔型充液進行參數（shù）化設計和優（yōu）化設計，開發了水介質液力（lì）減速器， 它（tā）比傳（chuán）遞相同功率的液力減速器，徑向尺寸降低約13%，葉輪線速度降低（dī）約13%，滿足液力減（jiǎn）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影（yǐng）響。

1 水（shuǐ）介質液力減速器的原理（lǐ）

      水介質液力（lì）減速器是一種以清水為工作介質，具有雙腔結構，過轉速保（bǎo）護作用（yòng）的液力（lì）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（zǔ）成。泵輪和渦輪對稱布置，泵輪和渦輪（lún）內設置一（yī）定數量的徑向葉（yè）片，組成工（gōng）作（zuò）腔。工作中，往（wǎng）工作腔充（chōng）入工作液體時能產生阻力（lì），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，此時，水輪機處（chù）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（lì）減速器工作腔內充入清水，此時旋（xuán）轉（zhuǎn）的渦輪在（zài）固定泵（bèng）輪（lún）葉片和工作液力間產生雙重柔性（xìng）阻力作（zuò）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，同時消除液力傳動中產生的軸向（xiàng）力，繼續往液力減速器工（gōng）作腔充入增（zēng）量的清水， 水輪機減緩速度就增大， 使中小（xiǎo）水（shuǐ）輪發電機組達到防飛逸控製和（hé）緩降（jiàng）負荷停車。反之，當中小水輪（lún）發（fā）電機組（zǔ）低於（yú）工作速度值時，減少往液力減速器（qì）工作腔充（chōng）入清水量，液力減速器消耗的負荷減少，渦輪（lún）轉（zhuǎn）速提高，使中小（xiǎo）水輪發電機（jī）組升高到（dào）工作速度。這（zhè）樣，隻有當中（zhōng）小水輪發電機組超過允許速度值時（shí）,就往液力減速器充入清水，於是中小水輪發電機組靠清水便柔性地實現防飛逸控製和緩降負荷（hé）停車。水介質液（yè）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（zuò）腔， 使在工作腔循環圓有效直徑（jìng）相同的情況下，結構（gòu）緊湊；減除液（yè）力傳（chuán）動（dòng）中的軸向（xiàng）力，阻礙力矩增（zēng）大1.75~2 倍，旋轉渦輪與固定泵輪獨立支承。

      水（shuǐ）介質液（yè）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（shuǐ）輪發電機組配套使（shǐ）用時，起柔性製動、防飛逸控製和緩降負荷停車等作用，保（bǎo）護中小水輪發（fā）電機組係統。水介質液力減（jiǎn）速（sù）器（qì）可（kě）以實現自動控製，操作簡便，改（gǎi）善（shàn）了勞動環（huán）境，並具有顯著的節能效（xiào）果，無（wú）需特殊（shū）維護，使用壽命長。

      水介（jiè）質液（yè）力減速器主要適用於中小水輪發電機組（zǔ）和其（qí）他需防飛逸控製的設備。

2 結構及關鍵（jiàn）技術

      水介質液力減速器（qì）其（qí）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（yòng）水平剖分為箱蓋（gài）、箱座兩部分。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成，主要包括：輸入軸、渦輪A、渦輪B、輸（shū）入半聯軸節等；渦輪從工作（zuò）腔的清水中獲得阻力，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（gù）定泵輪組件由固定軸（zhóu）和泵輪組成，主要包括：固（gù）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，阻力與渦輪轉速的平（píng）方成正（zhèng）比。

     2.4 供水（shuǐ）係統

      供水係統由（yóu）進水口、進水（shuǐ）管、排水口組成。水（shuǐ）介質液力減速器的主要結構采用兩套泵（bèng）輪和渦輪（lún），組成兩個工作腔，旋轉渦輪組件（jiàn）與中小水輪發電機組連接，充液時渦輪由於高速（sù）旋（xuán）轉使工作液（yè）（清水）產（chǎn）生液體（tǐ）能（位能與動能），固定（dìng）泵輪組件對工作液產生阻礙作用，形成阻力（lì），作用於渦輪，從而使渦輪產生阻（zǔ）力矩， 阻（zǔ）力（lì）矩（jǔ）的大小與工作液的密度、渦輪轉速（sù）的平方（fāng）、工作腔循環圓有效直徑與形狀等（děng）有關。水（shuǐ）介質液力（lì）減速采用雙腔結（jié）構減除液力傳動（dòng）中軸向（xiàng）力的影響（xiǎng），工作腔型（xíng）根據（jù）中小水輪發電機組的要求進行改進， 具有泵輪力（lì）矩係數高，充液快速合理等特點。保證水介質液力減速器製動力矩合理（lǐ），阻力曲線平滑，轉速（sù）控製簡便等優點（diǎn）。水介質液力減速器能夠平（píng）衡軸向力，簡化產品結（jié）構（gòu），提高了（le）工作（zuò）穩定（dìng）性，減少振動源，提高中小水輪發電機組壽命和產品可靠性。

3 產品（pǐn）關鍵製造（zào）及工藝控製

     3.1 產品關鍵製造要點

      水介質液力減速器的工作（zuò）腔設計是該產品的重點和難（nán）點， 組成工作腔的零件泵輪和渦輪是關（guān）鍵製造要點。渦輪既（jì）要承受本身材料質（zhì）量以及工作液體因高速旋轉產生的離心力， 又要受工作液體溫度迅速升高（gāo）產生的變形的影響， 對零件（jiàn）致密（mì）性和結構提出了很高的（de）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（fèn）析，取得合（hé）理的腔型和（hé）結構，既保證產品（pǐn）的泵輪力矩係數，又保證（zhèng）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（héng），保證葉（yè）輪工作的可靠性和使用（yòng）壽命。

       3.2 產品工藝（yì）特點

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

      （1）石英砂中不存（cún）在泥粉、水分，粒度（dù）均勻，透氣性（xìng）好；

      （2）鑄（zhù）型強度高（gāo），保證腔型的形狀及尺（chǐ）寸的精確（què）度（dù）和完整（zhěng）性；

      （3）鑄型可噴塗（tú）塗料，提高鑄（zhù）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（bù）件為旋轉渦輪組件和固定泵輪組件，其安裝要（yào）求如下：

      （1）把已連接好的渦輪（lún）、輸入軸（zhóu）用螺栓固定；

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

      （3）把泵輪（lún）A 與連接筒用螺栓固定；

      （4）把已連（lián）接好的泵輪B 輪與固定（dìng）軸用螺栓固定（dìng）；

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

      （6）將b、c 吊裝在箱座上（shàng），調整泵輪（lún）與渦（wō）輪的端麵間（jiān）隙（xì）符合設計要求（qiú）；

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

      3.4 產品試機

      （1）檢查各機械、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）檢查控製閥的動（dòng）作（zuò）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）加大水輪機進水閥門開度，使中小水輪發（fā）電機組轉速達到工（gōng）作轉速。繼續加大（dà）進水（shuǐ）閥（fá）門開度直至進水（shuǐ）閥門最大開度（dù）， 同時接通水介質液力減速器的進水管，水介質液（yè）力減速器充液並降低中小水輪發電機組（zǔ）轉速，其最高轉速（sù）不超過中小水輪發電機組工作轉速（sù）的110%~150%；

      （7）按試運（yùn）行要（yào）求進行轉速穩（wěn）定性調節；

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

      注意事（shì）項：排水口的位置應（yīng）安全可靠（kào），並設有警（jǐng）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（zhuàng）態，供（gòng）水壓力（lì）大（dà）於0.2MPa，出水暢順；

      （3）水介質液力減速器輸入轉速與中小水輪發電機組轉速同步；

      （4）當輸入轉速超過工作轉速時，接通水介質液力減速器的（de）進水閥，調節進水（shuǐ）量，使中小水輪發（fā）電機組轉速降低至（zhì）工作轉速；

      （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（fá）門；

      （7）運行過程中每隔一個周（zhōu）期應測量並記錄水介質液力（lì）減速器轉速，振動，軸（zhóu）承溫（wēn）度等參數（shù）；

      （8）每隔一年給軸承加注潤滑脂。

4 結束語

      目前，水介質液力減速器在中小（xiǎo）水（shuǐ）輪（lún）發電機組的應用市場還（hái）在開發（fā）中，其控製技術還需在實踐過程中完善和提高。水介質（zhì）液力減（jiǎn）速器在（zài）中小水輪機發電機組的應用，可以降低運行費用，減少水輪機進水閥門（mén）磨損和保（bǎo）護高壓管道，保護（hù）中小水輪發電機組。