埋入部件

座环，既是承重部件又是过流部件，还是混流式机组的一个重要安装基准件。它承受水轮机的轴向水推力、机组的重量、座环上部混凝土的重量等荷载，并把荷载传递到下部基础上，其强度、刚度必须满足要求，其过流表面应为流线型。

座环位于蜗壳和活动导叶之间，是一个环形结构部件。通常由上环、下环和若干个固定导叶组成。上环、下环的圆周与蜗壳相连接，上环内圈法兰与顶盖连接，下环内圈法兰上安装基础环。

对于混流式水轮机，处于蜗壳尾部的几个固定导叶中设有排水管，以作为顶盖排水的通道之用。此外，在下环上开有多个灌浆孔，以备安装完毕后回填灌浆之用。

座环的结构、工艺方案，主要取决于水轮机的参数、尺寸、制造和运输能力等条件。

埋入部件座环的结构类型

(1)单个支柱型。如图1中左图所示，单个支柱带有上、下法兰，通过法兰和地脚螺栓与混凝土牢固地结合在一起。在特大型低水头轴流式水轮机中，由于制造与运输的问题，常采用该结构座环。

(2)半整体型。如图1中中图所示，支柱下端法兰直接固定在混凝土中，而上端则用螺栓连接或直接焊接在座环上。有的座环上环和顶盖的顶环合二为一。

(3)整体型。如图1中右图所示，座环的支柱、上环、下环为整体结构。这种结构刚性好，在制造厂可进行预装配，是一最佳结构。

对于低水头大型轴流式水轮机，其蜗壳一般为混凝土，其座环既可是分件也可是整体的，一般可采用上述三种结构。而对于混流式水轮机，其座环通常采用整体型结构。

埋入部件座环的结构工艺

如图2所示，按座环的结构工艺，可分为如下几种形式。

(1)铸造结构。座环整铸或分瓣铸造。

(2)铸焊结构。座环的上环、下环和固定导叶分别铸造后再焊成整体。

(3)全焊结构。上环、下环和固定导叶均用钢板压制成形后再焊接成整体。全焊结构的固定导叶数一般和导叶数相同，以减小导叶钢板厚度，使之便于成形(其他结构中为减小水力损失，固定导叶数为导叶数的一半)。这种座环的机械加工量小，耗材少，部件重量轻，施工灵活，易于保证质量和精度，是大型机组中比较适合的结构。

(a)铸造结构；(b)铸焊结构；(c)全焊结构

按座环与金属蜗壳的连接方式，还可分为：

(1)带蝶形边的座环，如图2所示。座环的蝶形边和蜗壳钢板采用对接焊缝焊接。这种座环结构受力不够合理，蜗壳对固定导叶有附加弯矩作用，必须加厚钢板；结构较笨重，径向尺寸较大；当用焊接结构时，其蝶形边需加压成形，工艺复杂，精度也不易保证。

(2)无蝶形边的箱型结构座环，如图3所示。座环径向尺寸有所减小，适合于全焊接。其特点是上、下环为箱型结构，刚度好，与蜗壳的联结点离固定导叶中心近，改善了受力情况；上、下环外圆焊有圆形导流板，改善了座环进口的绕流条件。

总之，大、中型水轮机座环的尺寸均较大，无论铸造、焊接、全焊结构，常因运输问题而采用分瓣组合结构。可分为2、4、6、8瓣等，分瓣面用螺栓把合。座环常用材料为碳钢A3，铸钢ZG30，或低合金钢ZG20MnSi与15MnTi等 。

根据不同类型的机组和工作水头，其尾水管的具体结构有所不同。

对于轴流式和水头小于200m的混流式水轮机，一般采用混凝土尾水管，但在直锥段内衬有钢板卷焊而成的里衬，以防水流冲刷。为增加里衬的刚度，在里衬的外壁需加焊足够的环筋和竖筋。在混凝土中里衬要用拉杆或拉筋固定，以防机组运行时引起尾水管的振动。在里衬上还开有进人孔，以便于安装和检修时进入。

对于高水头混流式机组，尾水管直锥段不用混凝土浇注而由钢板焊接而成，一般不埋入混凝土中，而作成可拆卸式，用螺栓把合在基础环上，以便于检修转轮时能从下面拆装，而不必拆装发电机。对于高水头水轮机，其尾水管内的水流流速较大，在混凝土肘管段内也衬有金属里衬以防冲刷。由于高水头尾水管直锥段没有混凝土固定，因此必须有足够的刚度和强度，结构上可根据机组的尺寸分为几节．每节也可分瓣用螺栓把合。

另外，在尾水管底板的最低点，设有盘形阀、相应的操作机构和排水管，以用于机组检修时排除尾水管内的积水 。

在水头高于40m以上的水电站中，由于强度的需要，一般采用金属蜗壳或金属钢板与混凝土联合作用的蜗壳。金属蜗壳按其制造方法，有焊接、铸造、铸焊三种类型。

埋入部件焊接蜗壳

这种蜗壳，包括座环在内全部用焊接结构，钢板沿着整个圆周焊接到座环的上、下蝶形边上。一般用在尺寸较大的中低水头电站的混流式水轮机中。焊接蜗壳由若干个节组成，每节又由几块钢板拼成，整个蜗壳的装配和焊接在工地安装时进行。工厂只完成钢板下料和卷制成单个环形节。焊接蜗壳的节数不应太少，否则将影响蜗壳的水力性能。钢板的厚度应根据有关强度计算确定，通常蜗壳进口断面厚度较大，越接近鼻端厚度越小。同一断面上钢板厚度也不相同，在接近座环上、下端的钢板较在断面中间的要厚一些。焊接

蜗壳的焊缝应尽量减少，遇到十字交错焊缝时必须错开300mm以上。

焊接蜗壳平面尺寸较大，需全部埋入混凝土中。由于蜗壳壁薄、刚性差，不能承受外部荷载，所以在蜗壳上部与混凝土之间。一般要铺设由沥青、石棉、毛毡等材料组成的弹性垫层，以避免水压直接传递到混凝土上和上部基础传来的外荷载直接作用在蜗壳上。目前，对于大型机组埋设蜗壳，多采用充水保压新技术，取消了弹性垫层，增强了蜗壳的刚度，如三峡机组蜗壳即采用了这一新技术。

埋入部件铸造蜗壳

这种蜗壳的刚度较大，能承受一定的外压，常作为水轮机的支承点并在它上面直接布，置导水机构及其传动装置。铸造蜗壳一般不全部埋入混凝土。根据应用水头不同，铸造蜗壳可采用不同的材料，水头小于120m的小型机组一般用铸铁件，水头大于120m时则多用铸钢制作。

埋入部件铸焊蜗壳

这种蜗壳与铸造蜗壳一样，适用于尺寸不大的高水头混流式水轮机。铸焊蜗壳的外壳用钢板压制而成，固定导叶的支柱和座环一般是铸造，然后用焊接方法把它们联成整体。焊接后需进行必要的热处理以消除焊接应力。

大中型机组的蜗壳上设有进入孔和排水孔。一般进入孔直径为650mm，位置设在蜗壳的底部，并与蜗壳圆形断面中垂线成15°，这样是为了打开进入门时不会有积水漏出。

另外，在蜗壳内部最低处，均设有排水阀，以便检修时排出积水。在厂房的基础上，设有若干个均布的支墩，用于安放蜗壳，并用千斤顶和拉杆拉紧，把金属蜗壳牢固地固定在基础上，以免浇注混凝土时蜗壳位置变动 。

埋入部件基础环

基础环是混流式水轮机的埋设部件，预埋在混凝土中。其作用如下：

(1)基础环是连接座环和尾水管进口直锥段的基础部件。

(2)形成了混流式水轮机的转轮室，转轮的下环在其内转动，可能承受转轮室传来的水力振动，因而要求与混凝土结合牢固。

(3)基础环是底环安装的基础部件，底环通过螺栓与基础环把合。

(4)基础环是布置混流式转轮下静止漏环的基础。

(5)基础环下法兰面也是安装和拆卸水轮机时落放转轮的基础，它与转轮下环底面之间有一定的间隙，作为安装时放置斜楔、调整转轮水平之用。

基础环通常与座环直接连接，或者与座环作成一个整体。大中型机组的基础环一般采用钢板焊接而成，其上部法兰面与座环下环用螺栓把紧，其下法兰直接与尾水管进口锥管里衬焊接；对于中小型水轮机，若运输允许，可将基础环和座环作成一整体。

埋入部件转轮室

水轮机转轮室，主要是指转轮在其内转动的圆周空间。轴流式水轮机转轮室是水轮机过流通道的一部分，其上部与底环连接(起部分支承作用)，其下部与尾水管的锥管段连接。其作用相当于上述混流式基础环作用的“(2)”、“(3)”，但不与座环连接，对座环无支承作用。

转轮室的外形和选用的转轮型号有关。一般在叶片水平中心线以上为圆柱形，在中心线以下为球形，其形状和叶片外缘相吻合，以保证叶片转动时转轮仍具有最小的间隙。但也有采用全球形转轮室的，如三门峡水电站1号机改造后即是如此，叶片在各工况下均有最小的间隙，进一步减小了水流漏损，但不足的是在检修时需拆卸上半部转轮室。

转轮室的结构和转轮的大小、工作水头有关。小型机组一般采用碳素钢铸造结构，大中型机组一般采用焊接结构。由于大型机组的转轮室尺寸较大，多采用钢板卷焊而成，一般可分为上、下环二部分(或上、中、下环三部分)，每一环分几瓣，用法兰及螺栓把合。转轮室的内壁在叶片出口处常产生严重的磨蚀，通常采取的抗磨蚀措施是在转轮室内壁铺焊不锈钢板或堆焊不锈钢保护层。

运行时由于水流的压力脉动，在转轮室上作用有很大的周期性荷载，为加强转轮室的刚度和改善它与混凝土的结合，在其四周布有环向和竖向的加强筋，并用千斤顶和拉杆把转轮室牢固地固定在二期混凝土中。千斤顶在安装转轮室时还起调整中心的作用。

另外，转轮室一般设有进入孔，以便于进入转轮室检查叶片和修复叶片外缘。