《水电站2 水轮机概述—水利工程系教学教材用课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水电站2 水轮机概述—水利工程系教学教材用课件（85页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、水 电 站,第一篇 水力机械,水轮机+发电机： 水轮发电机组 功能： 发电 水 泵+电动机： 水泵抽水机组 功能： 输水 水 泵+水轮机： 抽水蓄能机组。 功能： 抽水蓄能,水轮发电机组,水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站动力设备之一。,第一章 水轮机概述,水轮发电机组装置原理图,第一节 水轮机的工作参数,定义：反映水轮机工作状况特性值的一些参数，称水轮机的基本参数。 由水能出力公式: N=9.81QH 可知，基本参数不包括：工作水头H、流量Q、出力N、效率，工作力矩M、机组转速n。,水轮机的工作参数,一、水头(head),1. 毛水头(nominal
2、productive head) HM=EU-ED=ZU-ZD 2. 反击式水轮机的工作水头 毛水头 - 水头损失=净水头 HG=EA- EB=HM - hI-A 3. 冲击式水轮机的水头 HG=ZU- ZZ - hI-A 其中ZU和ZZ分别为上游和水轮机喷嘴处的水头。,4.特征水头(characteristic head) 表示水轮机的运行范围和运行工况。 最大工作水头： Hmax=Z正-Z下min-hI-A 最小工作水头： Hmin=Z死-Z下max-hI-A 设计水头(计算水头) Hr ： 水轮机发额定出力时的最小水头。 平均水头： Hav =Z上av-Z下av,二、流量(m3/s)(f
3、low quantity),单位时间内通过水轮机的水量 Q 。 Q随H、N的变化： H、N一定时， Q也一定； 当H=Hr、N=N额时，Q为最大。 在Hr、nr、Nr 运行时 Qr(设计流量),三、出力与效率(output and efficiency),1. 出力(水轮机的输出功率)N： 指水轮机轴传给发电机轴的功率。 水轮机的输入功率 (水流传给水轮机的能量)为： 水轮机的输出功率： 2. 效率： =N/Nw ， 一般=80%95%,四、工作力矩和转速,水轮机的出力可以用旋转机械运动公式来表达 M主轴力矩; 水轮机旋转角速度， n 转速，n=3000/p p 发电机磁极对 额定转速n：正常
4、情况下机组的转速保持为固定转速，该转速称为额定转速，并与发电机的同步转速相等。,第二节 水轮机的主要类型及其构造,一、主要类型,(一)、反击式水轮机 (reaction water turbine) 定义：利用水流的势能和动能做功的水轮机 特征：转轮的叶片为空 间扭曲面，流过转轮的 水流是连续的，而且在 同一时间内，所有转轮 叶片之间的流道都有水 流通过，水流充满转轮 室。,反击式水轮机原理,水流通过转轮叶片时，水流流速的大小、方向均发生变化，因此动量也发生了改变，水流产生反作用力，作用与 每个转轮叶片，使转 轮产生旋转力矩，从 而做功。,1. 混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。 适用范围：
5、H=30-450 m , 最高水头已接近700米，单机容量：几万kW-几十万kW 特点：适用范围广，结构简单，运行稳定，效率高，适用高水头小流量电站。 三峡水电站即采用了这种水轮机，单机容量70万kW。是世界上单机容量最大的机组。,混流式水轮机,2. 轴流式： 特点：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。 适用于大流量、低水头。一般水头在50m以下。 轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。高效率区较小，适用于水头变化不大的小型电站。 轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度)。适用于大型水电站。,轴流式水轮机,轴流转浆式水轮机转轮,3. 斜流式：
6、水流经过转轮时是斜向的。转轮叶片随工况变化而转动，高效率区广。,4. 贯流式：水轮机的主轴装置成水平或倾斜。不设蜗壳，水流直贯转轮。水流由管道进口到尾水管出口都是轴向的。H0，叶片开始启动，+20 轮毂：外部连接叶片，内部安装转动机构。 转动机构：安装在轮毂内，由调速器控制，调整导叶角度。,2. 转轮构造,叶片转动操作机构,(三)、斜流式水轮机构造,斜流式水轮机构造,主要部件：座环、转轮及其叶片、导水机构、尾水管、主轴、导轴承等。 与轴流转浆式水轮机不同之处：叶片转动轴线与主轴成4560的夹角。 毛家村电站的运行证明，斜流式水轮机可以在比较宽阔的负荷范围内保持较高的平均效率，但其缺点也很突出，
7、如结构复杂，可靠性较低，容易漏油，造成污染，在吸出高度Hs=-8m条件下运行，其空蚀现象仍比较严重。 由于斜流水轮机无显著特点，在设计中很少采用。,(四)、灯泡贯流式水轮机,实际上是卧轴安装的轴流式水轮机，发电机安装在灯泡体内。,灯泡贯流式水轮机,我国开发采用灯泡贯流式水轮机的时间相对较晚，近年来灯泡贯流式水轮机的导叶都采用了重锤式关闭机构来防飞逸，从而可节约引水系统的快速闸门。 目前采用的灯泡贯流式水轮机使用水头高达27.3m，转轮直径7.5m，单机容量达48MW。 广东飞来峡(435MW)、宁夏沙坡头(430MW)、甘肃炳灵(548MW)等电站，均为灯泡贯流机组。,当水头较低而机组容量又较
8、大时，若水轮机与发电机的主轴直接联接，则发电机将因转速较低而直径较大，这会导致灯泡体尺寸过大而使流道水力损失增加。为此常在水轮机与发电机之间设置齿轮增速传动机构，使发电机转速比水轮机转速大3-10倍，从而缩小发电机尺寸，减小灯泡体尺寸，改善流道的过流条件。但这种增速机构结构复杂，加工工艺要求较高，传动效率一般较低，因此目前仅应用于小型贯流式机组。,(五)、水斗式水轮机构造,水斗式水轮机的组成：喷管、折流板、转轮、机壳、尾水槽,(1). 转轮,组成：轮盘、斗叶（沿轮盘均匀分布）。 连接方式：螺拴、整体铸造、焊接。,水斗的形状,(2). 喷管,组成：喷嘴、喷管体、针阀、喷杆、操作机构 针阀：控制水
9、轮机的过水流量，以行程表示。,广泛应用的喷嘴,(3). 折流板 使针阀缓慢关闭，降低水锤压力，使水流偏离水斗，避免机组转速升高。 (4). 机壳 把水斗中排出的水引导入尾水槽内。一般为铸钢件。 (5). 引水板 防止水流随转轮飞溅到上方，造成附加损失,水斗水轮机的装置方式,为了提高机组转速及过流量，常在一个转轮上装设两个或更多个喷嘴。有时又在一根轴上装设两个(或多个)转轮，以提高机组的单机出力。 大中型水斗式水轮机多采用立式布置，这样不仅可使厂房面积缩小，也便于装设多喷嘴。 中小型水斗式水轮机通常采用卧式布置，这样可简化结构、降低造价，并便于安装和维护。,多喷嘴安装,第三节 水轮机的型号及标称
10、直径,型号第三部分的说明,第三部分为数字： 对反击式水轮机：表示转轮的标称直径 水斗式或斜击式水轮机，其表示方法为： 转轮标称直径D1 作用在每个转轮上的喷嘴数设计射流直径d0 对双击式水轮机，其表示方法为： 转轮标称直径D1 转轮轴向长度L,水轮机的型号举例,反击式水轮机的型号 （由三部分组成） HL240 LJ 410 混流式水轮机，型号240（比转速)，立轴，金属蜗壳，转轮直径为410cm。 ZZ440 LH 430 轴流转浆式水轮机，型号440，立轴，混凝土蜗壳，转轮直径430cm。,冲击式水轮机的型号 2CJ30 W 120/210 转轮型号为30，水斗式水轮机，卧轴，一根轴上装设两
11、个转轮，转轮直径为120cm，每个转轮两个喷嘴，设计射流直径为10cm。,GZ440WP750：表示贯流转浆式水轮机，转轮型号440，卧轴，灯泡式机组，转轮标称直径750cm。 SJ40W50/40：表示双击式水轮机，转轮型号40，卧轴布置，转轮标称直径50cm，转轮轴向长度40cm。 XLNLJ300：表示斜流可逆式水泵水轮机，转轮型号200，立轴布置，金属蜗壳，转轮标称直径300cm。,各种水轮机转轮标称直径D1,HL：转轮叶片进口边上最大直径； ZL、XL：转轮叶 片轴心线相交处 的转轮室直径； CJ：转轮与射流 中心线相切处节 圆直径；,反击式水轮机转轮标称直径系列(cm),说明：括号内的数字表示仅适用于轴流式水轮机。,讨论题,安装冲击式水轮机的水电站的水头如何计算？为什么？ 安装冲击式水轮机的水电站为何不适于调峰？,谢谢!,
