水泵水轮机ppt课件

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1、水泵水轮机,组合类型,1、四机式 由水轮机、发电机、水泵和电动机组成； 水轮机和发电机为一套，供发电用；水泵和电动机为一套，供抽水用。,2、三机式 由水轮机、水泵和电动-发电机组成； 抽水时，电动-发电机带动水泵抽水；发电时，水轮机带动电动-发电机以发电方式运行。,3、可逆式 由可逆水泵水轮机和电动-发电机组成； 可逆水泵水轮机为特殊设计两用转轮，正向运行时为水轮机，反向运行时为水泵。,可逆式机组类型,混流式：结构简单，适用水头范围宽，适用于水头变化不大的电站； 斜流式：结构复杂，适用于水头不高，变幅较大的电站； 轴流式：适用于低水头电站。,水泵工况要求安装高程较低，因此装有可逆式机组的电站厂

2、房要求挖深较多，有很多电站采用地下厂房。,将单级混流式水泵水轮机应用于500m/600m水头时，水力效率偏低，转轮叶片压力偏高，同时叶片流道的宽度将变得很小，不利于加工。 从20世纪80年代起出现了使用两级转轮的水泵水轮机，每级转轮承担水头的一半。,高水头可逆式水泵水轮机,低水头可逆式水泵水轮机,斜流式可逆式 轴面流道变化平缓，水流流速分布都较均匀，水力效率较高； 转轮叶片可调，随工况变动适应不同水流角度，扩大高效率范围； 斜流可逆式机组的水泵工况进口能形成均匀水流，改进水泵工况空化性能。,贯流式可逆式 潮汐电站使用的特殊机种，在海潮涨落时在两个方向都能发电，必要时还可以向两个方向抽水。,贯流

3、式机组的灯泡体应放在水泵水轮机的高压侧，即水轮机工况的上游侧或水泵工况的下游侧。,同向旋流式,水泵水轮机的发展趋势 高水头化向更高水头发展：由于上下水库水位波动而形成机组水头的变化幅度相对值将减小，使水泵水轮机可以经常在较优的效率区工作。 大容量化增大单机容量：使用数目较少的机组可以简化电站的控制系统，降低电站的造价和运行费用。 高速化采用更高的比转速：转轮直径应保持在一定限度内而尽量提高机组的转速。,水力机械的可逆性,转轮直径 进出口水流均为法向、中低比转速范围内： 水泵转轮直径/水轮机转轮直径=1.44 在同样水头和转速下，可逆式水泵水轮机转轮直径需为常规水轮机转轮直径的1.倍。,转速特性

4、 进出口水流均为法向、中低比转速范围内： 水泵转速/水轮机转速=1.18 在同样水头下，水泵工况下转速应比水轮机高18%。 有些水泵水轮机不能用同一转速满足两种工况的性能要求，只好使用两种转速，水泵工况用高转速，水轮机工况用低转速。,水头特性 同一转速下： 水泵有效扬程/水轮机有效水头=0.722 水泵工况最优点的扬程只有水轮机水头的72%，即水泵扬程和水轮机石头相差约28%。 水泵工况下转速必须更高一些才能达到和水轮机工况同样。,流量和功率特点 在扬程和水头相等时： 水泵工况流量/水轮机工况流量=0.85 在充分发挥电机作用时，水泵流量约比水轮机流量低15%左右。,单位转速和单位流量 单位转

5、速： 转速*转轮名义直径/工作水头0.5 单位流量： 流量/(工作水头0.5转轮名义直径2) 假定转轮低压边进出水流都是法向的情况下： 水泵工况下单位转速/水轮机工况下单位转速=1.121.16 水泵工况下单位流量/水轮机工况下单位流量=0.950.98 因为水力机械的转速特性和工作水头直接有关，故单位转速比值与实际相符较好。,比转速 代表了水力机组的组合特性： 转速*功率0.5/水头1.25 水泵和水轮机两种工况在各自最高效率点的比转速比值： 水泵工况下比转速/水轮机工况下比转速=1.35 两种工况的最高效率点并不发生在同一转速下。所以在机组选型或机械设计中如决定使用单一转速的电机，则不可能

6、选到能同时满足两种工况的转速。 如果使用单一转速所带来的水轮机工况效率损失太大，则必须考虑使用双转速电机，即水泵工况时使用高档转速，水轮机工况时使用低档转速。,水轮机工况特性曲线（可逆式水泵水轮机）,单位流量,单位转速,水泵工况特性曲线（可逆式水泵水轮机）,单位流量,导叶开度,空化特性 在水轮机工况水流撞击发生在进口边上，叶片低压区发生在出口附近，因之动压降比较缓和，空化性能就好些。 在水泵上，因为进口撞击和低压区都发生在叶片进口处，所以动压降比较大，空化性能差。,压力脉动 水泵工况出口水流与导叶、固定叶的撞击是产生压力脉动的主因。这种撞击可以直接引起机械部件的振动，或引起上游管道的共振。 水

7、泵工况总的压力脉动振幅分布大致如下：吸水管内(1-3点)的振幅较小；涡壳内(6-8点)大一些；固定导叶内更大些，而导叶与转轮之间(4点)最大。,模型水泵水轮机压力脉动测点分布,水泵工况各部位压力脉动比较,（1）转轮出口(高压侧)压力脉动 流量大于最优点时，转轮出口水流对导叶的撞击增加，在导叶的压力面上产生脱流，H/H随Q增加而上升； 流量小于最优点时，转轮出口水流向导叶的另一侧撞击，在导叶的吸力面上产生脱流， H/H随Q的减小而上升。,水泵工况转轮出口压力脉动振幅,（2）压力脉动与导叶位置关系 随导叶开度的变化，导叶内缘与转轮之间的距离也在变化，这使压力脉动的条件有所改变； 导叶内缘直径D4与

8、叶轮外径Dd之比为1.08时压力脉动的振幅最小。,水泵工况压力脉动振幅与D4 / Dd比值关系,可逆式水泵水轮机的水轮机工况压力脉动和常规水轮机一样，主要是由尾水管涡带引起的。 尾水管上1- 3点的压力脉动振幅比其他各部位都大，因此通常是以尾水锥管上端的压力脉动作为判断水轮机工况压力脉动特性的特征值。,水轮机工况尾水管压力脉动变化情况,1-锥管上端后侧；2一锥管中部；3-锥管上端前侧,水泵水轮机选型 根据电力系统的要求，确定单机容量、机组台数及发电和抽水两种工况的功率因数； 两种工况的最大水头、最小水头和设计水头； 两种工况必须达到的最高效率值和允许的最低值； 每天发电和抽水的时数：如为周调节

9、，一周内的时数分配； 电站设计所允许的最大淹役深度； 引水系统调节保证计算的限制参数。,两种工况性能参数的选择和配合 因为水泵工作的条件比较难于满足，所以一般先保证水泵工况在最优范围内运行，而水轮机工况就可能要稍许偏离其最优范围。,水泵水轮机比转速选择 1980年意大利DeSievro统计的全世界已运行抽水性能机组的水头与比转速关系曲线。,水轮机工况,水泵工况,水泵水轮机单位转速选择,可逆式水泵水轮机单位转速与比转速统计关系曲线,水轮机工况,水泵工况,水泵水轮机单位流量选择,可逆式水泵水轮机单位流量与比转速统计关系曲线,水轮机工况,水泵工况,水泵水轮机空化系数选择,可逆式水泵水轮机空化系数与比

10、转速统计关系曲线,水泵水轮机水头变化幅度选择 混流式水泵水轮机的泵工况最大水头和水轮机工况最小水头比值HPmax/HTmin以不超过1.2为宜，最多不能超过1.4。 美国垦务局建议过单转速水泵水轮机泵工况扬程变化的限制范围。,水泵水轮机吸出高度选择 左图表示了蓄能电站的四种极限水位位置。 将各点的工作水头H和吸出高度Hs绘在右图上，可以连成一个四边形1-2-3-4，水泵水轮机的所有运转工况点都将在此四边形内。,抽水蓄能电站水位变化,水泵工况按Hs-H关系选定吸出高度,水泵水轮机运转特性曲线 已知水头变化范围，检验选型计算中主要指标是否得到满足。 效率：在预期的工作范围内机组效率应不低于设计要求

11、； 吸出高度：在工作范围内，最小吸出高度不低于电站允许限度； 功率的匹配：水泵工况的最大功率应略高于水轮机工况的功率(约10%)； 水量平衡：对于日调节蓄能电站，用两种工况的流量平均值乘以每天的工作小时数可以大致检验一天之内的水量是否平衡。,可逆式水泵水轮机运转特性曲线,水泵水轮机模型验收实验 有用户代表参加的性能试验，在模型试验台上进行模型验收后，使用双方同意的换算公式来推算真机性能。 水泵水轮机模型验收试验对模型机尺寸、试验雷诺数、试验水头、试验转速、试验台及其测试仪表、数据采集和处理系统、试验精度等都有严格的规定，均应按照现行的国际标准或双方同意的标准逐项进行。,（1）水轮机工况能量特性

12、的验收 验证并确定水轮机工况的最优效率点，根据协议规定的模型原型效率换算公式确定效率修正值。 手算一个试验点的各个数据，以检验计算机试验程序的正确性。 在电站装置空化系数下进行水轮机能量特性试验。 水轮机能量特性验收值与保证值的比较。,（2）水泵工况能量特性的验收 对于水泵工况，重复对水轮机工况所进行的头两项试验。 测定水泵工况在不同开度下的流量、扬程、功率。 在电站运行范围内，验收试验在电站空化系数下进行；在非正常运行范围，可在大于电站空化系数下进行。 在大小两个开度下检验水泵工况零流量的特性；取满开度及几个大开度检验水泵工况在高扬程下的运行稳定性。 水泵工况验收值与保证值的比较，要注意由于

13、电网频率变化造成模型装置转速变化的影响。,（4）水泵工况空化特性的验收 根据电站的不同条件进行验收试验，考虑机组运行台数、扬程及相应尾水位的影响。,（5）其他方面的验收和测试 水轮机飞逸特性、水轮机工况压力脉动特性、水泵工况稳定特性、全特性曲线、导叶水力矩、涡壳/尾水管压差、轴向力/径向力、等等。,（3）水轮机工况空化特性的验收 对试验用水测定其含气量。水的含气量应保持在一定数值以下。随空化试验的进行，含气量会逐渐降低，溶解的和掺混的空气含量将发生变化，含气量发生较大变化时应采取补气措施。 高低水头下不同负荷的若干典型工况。 记录空化、涡带的形状和大小。,水泵水轮机真机验收实验 效率试验是真机

14、验收试验中技术难度最高、工作里很大的一项试验。欲得到准确的水泵水轮机实际效率，关键是如何最可靠地测出通过机组的流量。 因为水轮机流量很大，量测不容易准确，故真机流量的量测一般允许有较大的误差，IEC规程对于真机效率量测的允许误差为士1.5%，也就是真机的实测效率不超出保证值的士1.5%误差带，即为合格。 一般情况，机组出力不低于保证值一5 %或入力不大于保证值+5%，也为合格。,真机水头(扬程)量测 使用精确压力计 电动发电机出力或入力量测 使用精确功率表，通过电机的电压、电流、功率因数和频率的量测可以推算出电机的损失，因而可得到机组的轴功率值。 真机流量量测,（1）流速仪法 对于中低水头，过

15、流断面较大的机组，在进口的压力钢管内安装一组流速仪，分别测定一个区域内的流速，最后用积分法算出全断面上的流量。 对一水头更低的机组，流速仪也可以装设在尾水闸门的断面上。 也有的蓄能电站在压力钢管和尾水断面都装设流速仪，前者用于测量水轮机工况流量，后者用于测量水泵工况流量。 这种方法具有一定精确度，但对水流通道有阻挡作用，装设流速仪时要停机排水，和电站运行有一定干扰。,（2）水击法 如果水泵水轮机的导叶有一定程度的关闭，则在压力钢管中将引起压力上升，在前后两个压力测点之间将出现压差；从所记录的压力变化示波图(压力随时间的变化规律)上，可以得到这一关闭过程所带来的动量变化，因而可以算出在两点之间通

16、过的水体大小，除以经历时间即得到流量值。 采用水击法时，按IEC规程的要求，电站必须具备一定长度的等直径圆管、两测点之间需有必要的距离、机组流量应有最低值等。 这种方法适用于水头较高，流量不太大的电站。 水击法可以达到相当高的准确度，但其缺点是要机组最多次的开关，对正常运行影响较大。,（3）超声波法 在压力钢管平直段的两个断面之间装设若干组超声波发送器和接收器。 通过钢管的水流将对超声信号产生折射，从信号变化的程度可以计算出通过的流量值。 超声波法对机组运行无干扰。,（4）热力学法 热力学法量测的基本原理是能量守恒定律(热力学第一定律)，只需测定机组进出口的温度差别，即可计算出机组的效率。 在水轮机工况时大部分水流能量转换为机械能，在水泵工况时大部分机械能转换为水流能量，而各种水力损失(包括水力摩擦、撞击、旋涡)的能量均转换为热量。 热量中除极少部分通过机组外壳传递到周围外，主要部分形成水泵水轮机出口的水温升高。测出进出口的温差便可以求出损失能量