第3期水轮机基本概述

水力机械水轮机参数类型各部件作用水力机械绪论水力机械前言水力机械：实现水能与机械能相互转换的机械。如水轮机、水泵水轮机、蓄能泵、水泵等。学习要点：1、了解基本概念；2、理解水轮机的工作原理；3、掌握水轮机运行特点。水轮机前言水力机械绪论水力机械三、水能利用利用水能转变为机械能：水能利用的基本措施是集中水头、调解径流，安装水力机械或水力发电装置，把水能转变为机械能或电能。水力发电(hydropower)在河流或沿海等适当地点建设水力发电站、潮汐应用水能灌溉、电站或波浪能电站，将水能转变为机械能，并将机械能转变为电能。舀水灌溉水轮灌溉水车水轮机绪论水力机械水能旋转机械能电能用户绪论水力机械（三）水力发电的基本原理通常采取集中水头（如建坝）和调节径流等措施，把天然水流中蕴有的位能和动能经水轮机转换为机械能，再通过发电机转换为电能，最后经输变电设施送入电能电力系统或直接供电给用户。水轮机发电机输电线路水轮机绪论水力机械（五）水力发电的形式1.利用河川径流水能发电的为常规水电；2.利用海洋潮汐能发电的为潮汐发电；3.利用波浪能发电的为波浪发电；4.利用电力系统低谷负荷时的剩余电力抽水蓄能，高峰负荷时放水发电的为抽水蓄能发电。水轮机绪论水力机械五、中国水电发展（一）最大的电站目前世界上已完建的最大的水电站是中国已建成的三峡电站，32台单机容量为70万kW机组，加上两台5万千瓦的电源电站，总装机容量达到了2250万千瓦，年发电量约1000亿度，是大亚湾核电站的5倍，是葛洲坝水电站的10倍，约占全国年发电总量的3%，占全国水力发电的20%。第二大电站是伊泰普电站（巴西和巴拉圭），18台发电机组，总装机容量1260万千瓦，年发电量750亿度伊泰普水电站三峡水电站水轮机绪论水力机械第一章水轮机的主要类型及构造水轮机的基本参数、水轮机的主要类型、水轮机的基本构造以及水轮机的型号及标称直径。主要内容：水轮机第一章水力机械第一节水轮机的主要参数水轮发电机组装置原理图水轮机第一章水力机械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:P=9.81ηQH可知，其基本参数包括水头H、流量Q、出力P、效率η、转速n。一、水头H（head)：1.水电站水头（毛水头）(nominalproductivehead)Hg水电站上下水位高程差。Hg=EU-ED=ZU-ZD2.水轮机的工作水头H水轮机做功用的有效水头，为水轮机进、出口断面的总单位能量差。毛水头-水头损失=净水头H=EA-EB=Hg-hI-A第一章水轮机第一章水力机械二、流量Q（discharge）水轮机的流量是单位时间内通过水轮机的水流体积，常用符号Q表示，常用的单位为m3/s。Q随H、N的变化而变化，当H=Hr、N=Nr时，Q为最大在Hr、nr、Nr运行时——Qr三、转速n（speed）水轮机的转速是水轮机转轮在单位时间内的旋转的次数，常用符号n表示，常用单位为r/min。对于大中型水轮发电机组，水轮机主轴和发电机主轴直接联接（用法兰和螺栓直接刚性连接），因此，水轮机转速与发电机的标准同步转速相同。第一章水轮机第一章水力机械四、出力与效率（outputandefficiency）水轮机出力是水轮机轴端输出的功率，常用符号P表示，常用单位kW。水轮机的输入功率为单位时间内通过水轮机的水流的总能量，即水流的出力，常用符号Pn表示，则水轮机的输入和输出功率之比称为水轮机的效率。QHQHPn81.9ntPP水轮机第一章水力机械根据转轮转换水流能量方式的不同，水轮机分成两大类：反击式水轮机冲击式水轮机第二节水轮机的主要类型及构造水轮机第一章水力机械一、反击式水轮机(reactionwaterturbine)定义：利用水流的势能和动能做功的水轮机称为反击式水轮机。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，即水流充满转轮室。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。水轮机第一章水力机械第一章(一)类型1.混流式水轮机：，由上冠、下环、叶片组成。水流径向流入转轮，轴向流出适用水头范围20～700m，结构简单，运行稳定且效率高，是现代应用最广泛的一种水轮机。如：三峡水电站彭水水电厂刘家峡水电站上冠轮叶下环蜗壳导叶蜗壳尾水管水轮机第一章水力机械2.轴流式水轮机：轴流转浆式水轮机泄水锥转轮轮叶转轮轮毂轴流定浆式水轮机轴流定桨式水轮机：叶片不能随工况的变化而转动。结构简单，适于水头小，变化幅度不大的电站。轴流转桨式水轮机：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)。具有较高的水流效率，适于水头和出力都有较大变化的水电站。如：福建水口(200MW)、银盘水电电厂、葛洲坝水轮机第一章水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。应用水头约为3～80m。水力机械3.贯流式水轮机根据发电机装置形式不同，可分为：全贯流式、半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。轴伸式、竖井式水轮机结构简单、维护方便，效率低，一般只用于小型水电站。灯泡贯流式水轮机，结构简单，土建工作量少，施工简单，广泛用于平原和潮汐电站。适用水头为1～25m，适用于低水头、大流量的水电站。如：广西桥巩电站（8台57MW）、大源渡水电站、株洲航电枢纽、洪江水电站（6台45MW，最大水头27.3m）。灯泡式竖井发电机转轮水轮机主轴发电机尾水管竖井式轴伸式水轮机第一章水力机械4.斜流转浆式水轮机为提高轴流式水轮机的水头，在混流式及轴流式的基础上，产生了斜流式水轮机。叶片轴线与主轴相交，叶片8~12片，适用于水头变化大的水电站，高效区较大，但制造工艺复杂，要求高，限制了其发展。适用水头约为40～200m。水流斜向流入转轮，又斜向流出，故称斜流式水轮机。泄水锥转轮叶片水轮机第一章水力机械二、冲击式水轮机(Inpulsewatertubine)•定义：利用水流的动能来做功的水轮机为冲击式水轮机。•特征：由喷管和转轮组成。水流以自由水流的形式(P=Pa)冲击转轮，利用水流动能(V方向、大小改变)产生旋转力矩使转轮转动。在同一时刻内，水流只冲击着转轮的一部分，而不是全部。水轮机第一章水力机械第一章类型：1.切击式水轮机（水斗式水轮机，培尔顿式水轮机）：特点：射流与转轮在一个平面上，适用于高水头，小流量水电站。大型水斗式水轮机的应用水头约为300～1700m，小型水斗式水轮机的应用水头约为40～250m。目前水斗式水轮机的最高水头已用到1767m（奥地利莱塞克电站），我国天湖水电站的水斗式水轮机设计水头为1022.4m。水斗转轮喷嘴水斗圆盘缺口水斗喷针水轮机第一章水力机械2.斜击式水轮机特点：射流与转轮旋转平面成一锐角（约22.5°），与水斗式水轮机比过流量大，效率低，因此这种水轮机一般多用于中小型水电站，适用水头一般为20～300m。水轮机第一章水力机械3.双击式水轮机（又称班克式水轮机）：特点：制作方便，但效率低、转轮叶片强度差，仅适用于单机出力不超过1000kW的小型水电站，其适用水头一般为5～100m。圆盘圆盘弧形轮叶水轮机第一章水力机械水轮机的基本类型：水轮机第一章水力机械第一章水轮机第一章类型型式适应水头范围（m）反击式混流式混流式40～700混流可逆式80～600轴流式轴流转桨式3～90轴流定桨式3～50斜流式斜流式40～200斜流可逆式40～120贯流式贯流转桨式2～30贯流定桨式冲击式水斗式300～1700斜击式20～300双击式5～100水力机械冲击式水轮机与反击式水轮机的区别：工作原理方面：利用水流的势能与动能做功的水轮机为反击式水轮机；利用水流的动能做功的水轮机为冲击式水轮机。流动特征方面：反击式水轮机转轮流道有压、封闭、全周进水；冲击式水轮机转轮流道无压、开放、部分进水。结构特征方面也显著不同。如转轮的差别，有无喷嘴、尾水管。水轮机第一章水力机械第三节水轮机的基本构造反击式水轮机的主要组成部件：(1)引水部件（蜗壳）：将水流均匀、对称地引入导水机构，以最小水头损失送入转轮。(2)导水部件（导水机构）：形成和改变进入转轮的水流环量、控制工况（调节流量）、甩负荷时防止飞逸(3)工作部件（转轮）：是水轮机的核心部件，实现能量转换，由上冠、下环、叶片等组成。(4)泄水部件(尾水管):回收能量、排水至下游。水轮机第一章水力机械座环•位于导水叶的外围。由上、下环和固定导叶组成。•作用：承受机墩及传来的荷载，并传到下部基础；支承活动导叶；•断面设计：流线形，需保证强度、刚度。第一章水轮机第一章水力机械导水机构1.作用：形成和改变水流环量、调节工况（流量）、甩负荷时防止产生飞逸2.构造：导叶、柺臂、连杆、调速环。导叶拐臂控制环连杆接力器接力器活塞杆3.导水机构的调节过程第一章水轮机第一章水力机械转轮上冠轮叶下环第一章1.作用：将水能转变为机械能2.构造：上冠、叶片、下环、止漏环及泄水锥等。水轮机第一章水力机械尾水管尾水管的作用是引导水流进入下游河道，并回收部分动能和势能。水轮机第一章水力机械二、轴流转浆式水轮机的构造轴流转浆式水轮机除转轮和转轮室外，其他部分均与混流式水轮机类似。1.转轮构造：桨叶和轮毂组成。2.桨叶调节机构第一章水轮机第一章水力机械1.轴流式水轮机特点(1)转速高，当H，N相同时，是混流式的2倍，尺寸较小。(2)轴流转浆式多用于低水头大流量大型电站,转轮叶片可以转动（双调），H、N变化时，水轮机具有较宽的高效率区。2.转轮构造组成：桨叶、轮毂、主轴、泄水锥、转动机构水轮机第一章水力机械桨叶：表面为曲面，断面为翼形，根部厚，边缘薄以承受水流作用的转矩。桨叶数目：与H大小有关，一般为4~8片；桨叶转角Φ：-150Φ+200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。水轮机第一章水力机械三、斜击式水轮机构造主要部件：座环、转轮及其桨叶、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45°~60°的夹角。水轮机第一章水力机械四、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。水轮机第一章水力机械五、冲击式水轮机构造(水斗式)1.水斗式水轮机的组成：喷管、折流板、转轮、机壳、尾水槽水轮机第一章水力机械转轮组成：轮盘、斗叶（沿轮盘均匀分布）。连接方式：螺拴、整体铸造、焊接。水轮机第一章水力机械喷管组成：喷嘴、喷管体、针阀、喷杆、操作机构针阀：控制水轮机的过水流量，以行程表示。水轮机第一章水力机械折流板使针阀缓慢关闭，降低水击压力，使水流偏离水斗，避免机组转速升高。机壳把水斗中排出的水引导入尾水槽内。一般为铸钢件。引水板防止水流随转轮飞溅到上方，造成附加损失水轮机第一章水力机械水斗式水轮机的装置方式(1)卧轴：中小型水轮机。单喷嘴、双喷嘴、单转轮、双转轮(2)立轴：大型水轮机。水轮机第一章水力机械反击式水轮机的型号（由三部分组成）HL240——LJ——410HL混流式水轮机，型号240（比转速)，LJ立轴、金属蜗壳，转轮直径为410cmZZ440——LH——430ZZ轴流转浆式水轮机，型号440（比转速)，LH立轴、混凝土蜗壳，转轮直径430cm彭水电厂转轮型号：HLF169A0-LJ-768水轮机第一章水力机械•冲击式水轮机的型号2CJ30——W——120/2×10一根轴上有两个转轮，CJ水斗式水轮机，转轮型号为30，W卧轴，转轮直径为120cm,每个转轮上有两个喷嘴，设计射流直径为10cm。水轮机第一章水力机械第四节尾水管的工作原理及作用一、尾水管的工作原理第二章无尾水管装置直锥形尾水管水轮机第二章水力机械设置尾水管以后，在转轮出口形成了压力降低，出现了真空现象，真空由两部分组成：•静力真空：H2(落差)，也称为吸出