(河海大學)水輪機類型、構造及工作原理_水電站PPT精選文檔

1、1,2,知識要點：水輪機的型號，反擊式、沖擊式、可逆式等水輪機的類型、結構以及對廠房結構布置影響。水流在轉輪中的運動、基本方程、能量損失、水輪機的最優(yōu)工況；水輪機的氣蝕、吸出高度和安裝高程。 重點難點：各種類型水輪機的特點、結構及其對廠房結構布置的影響；速度三角形的概念；水輪機基本方程的物理意義；水輪機的能量損失及其最優(yōu)工況,第一章 水輪機類型及構造,3,第一章 水輪機類型及構造,4,第一節(jié) 水力機械的種類,第一節(jié) 水力機械的種類,5,第一節(jié) 水力機械的種類,6,第二節(jié) 水輪機的工作參數,7,水能減少（水輪機,水能增加（水泵,第一節(jié) 水力機械的種類,8,第二節(jié) 水輪機的工作參數,第二節(jié) 水輪機

2、的工作參數,9,參數：水頭、流量、功率、效率、轉速等,一、水頭 Head,第二節(jié) 水輪機的工作參數,10,第二節(jié) 水輪機的工作參數,11,裝機容量 （Installed Capacity,發(fā)電機的輸出功率,第二節(jié) 水輪機的工作參數,12,水輪機可以有不同轉速，但H一定時，一定的轉輪直徑D1有一個效率最高的轉速n，通常由此轉速選擇相近的同步發(fā)電機轉速,電工學中,二、轉速 Speed of rotation,第二節(jié) 水輪機的工作參數,13,磁極對數與同步轉速系列,第二節(jié) 水輪機的工作參數,14,第三節(jié) 水輪機的主要類型 及其構造,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,15,水輪機的主要類型,第三節(jié) 水

3、輪機的主要類型及其構造,16,2,1,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,17,該式表明水輪機所利用的水流能量為水流的勢能Ep與動能Ed之和 Ep=0, Ed=1沖擊式水輪機(只利用水流動能) 0Ep1, Ep+Ed=1 反擊式水輪機(既利用動能也利用勢能,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,18,水輪機的分類,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,19,一、反擊式水輪機 Reaction turbine,流過轉輪的水流是連續(xù)的 同一時間內所有轉輪葉片間的流道都有水流通過 水流V大小、方向改變,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,20,水流特征：幅向進入轉輪，軸向流出轉輪 適用水頭：20500m，Hma

4、x=734m 葉片：固定 1020片 最高效率 ：94% 單機容量：幾十kW 幾十萬kW 實例：最高水頭 734m（奧地利依斯林電站） 最大單機出力716MW （美國大古力電站,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,21,混流式水輪機轉輪,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,22,混流式水輪機的基本構造,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,23,混流式水輪機的基本構造,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,24,蝸殼 spiral case,蝸殼 spiral case,座環(huán) stay ring,導水機構 Distributor,轉輪 runner,尾水管 draft tube,第三節(jié) 水輪機的主要類型及

5、其構造,25,使水流產生圓周運動并引導水流均勻地、軸對稱地進入座環(huán),第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,26,蝸殼 spiral case,座環(huán) stay ring,導水機構 Distributor,轉輪 runner,尾水管 draft tube,座環(huán) stay ring,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,27,組成：上環(huán)、下環(huán)及支柱組成。 作用：支承水輪發(fā)電機組的重量及蝸殼上部部分混凝土的重量，并將此巨大的荷載通過支柱傳給廠房基礎,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,28,蝸殼 spiral case,座環(huán) stay ring,導水機構 Distributor,轉輪 runner,尾水管 dr

6、aft tube,導水機構 Distributor,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,29,主要為翼型活動導葉,作用： 調節(jié)水輪機的流量； 引導水流按必須的方向進入 轉輪形成一定的速度矩,導葉開度opening a0 (mm)： 表征導葉所處位置的特征參數,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,30,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,31,導葉的主要幾何參數有,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,32,蝸殼 spiral case,座環(huán) stay ring,導水機構 Distributor,轉輪 runner,尾水管 draft tube,轉輪 runner,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,33,

7、減壓孔 補氣裝置 泄水錐 翼型扭曲葉片 (1221片) 止漏環(huán)(迷宮環(huán),第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,34,蝸殼 spiral case,座環(huán) stay ring,導水機構 Distributor,轉輪 runner,尾水管 draft tube,尾水管 draft tube,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,35,將通過轉輪做完功的水流排入下游河道，并回收轉輪出口水流的部分能量,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,36,水流特征：水流流過轉輪時始終是沿軸向的 適用水頭：270m 葉片：定漿或轉漿 單機容量：幾十kW十幾萬可kW 實例：葛洲壩水電站17萬kW/單機,2,軸流式（Kaplan

8、/axial-flow turbine,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,37,軸流式水輪機葉片安放角,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,38,立軸式水輪機（vertical turbine with fixed blades,軸流定槳式水輪機轉輪,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,39,軸流轉漿式水輪機轉輪（runner of Kaplan turbine,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,40,軸流式水輪機的特點,安放角,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,41,軸流式水輪機的特點,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,42,脈動水壓力和水流的漏損,存在的問題,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,

9、43,水流特征：從流道進口到尾水管出口 均沿軸向（沒有蝸殼） 適用水頭：140m 葉片：定漿或轉漿 單機容量：幾kW幾萬kW 效率：9092,3,貫流式（ Tubular turbine,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,44,燈泡貫流式水輪機 Bulb tubular turbine,外形象管道且 主軸臥置,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,45,水流特征：水流方向與主軸斜交， 斜向水流 適用水頭：20200m 葉片：轉漿 812片 單機容量：幾千kW十幾萬kW 實例：小浪底 15萬kW/單機,4,斜流式（ Deriaz turbine,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,46,斜流式水輪機的

10、特點,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,47,二、沖擊式水輪機 Impulse turbine,水流特征：水流以自由射流的水柱沖擊轉輪，利用水流動能使轉輪旋轉,型式： 水斗式（Pelton Turbine ） 雙擊式（ Cross flow turbine） 斜擊式（Turgo turbine,水斗式水輪機,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,48,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,49,適用水頭： 小型：40250m 大型：400 1000m Hmax = 1767m 單機容量：幾十千kW 十幾萬kW 實例：磨房溝水電站12500kW/單機,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,50,噴嘴前折流板

11、：避免因噴針快速移動導致在壓力鋼管內產生過高得水錘壓力。 右下側導流板：防止水流飛濺而造成附加損失。 特點：可設多個噴嘴和多個轉輪。 大中型：立式布置；中小型：臥式布置,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,51,沖擊式水輪機,臥軸水斗式水輪機 vertical Pelton turbine,立軸水斗式水輪機 horizontal Pelton turbine,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,52,發(fā)電：水輪機運行 抽水：水泵運行 適用水頭： 混流式：30600m 斜流式、軸流式 實例：密云，1.1/1.5萬kW,三、可逆式水輪機（水泵水輪機,Reversible turbine Pumped

12、turbine,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,53,四、大中小型水輪機的劃分,第三節(jié) 水輪機的主要類型及其構造,54,第四節(jié) 水輪機的型號,第四節(jié) 水輪機的型號,55,一、反擊式水輪機的型號,第四節(jié) 水輪機的型號,56,二、沖擊式水輪機的型號,第四節(jié) 水輪機的型號,57,關于轉輪直徑D1的規(guī)定,第四節(jié) 水輪機的型號,58,反擊式水輪機轉輪標稱直徑系列(單位:cm,第四節(jié) 水輪機的型號,59,舉例,第四節(jié) 水輪機的型號,60,第五節(jié) 水流在水輪機轉輪中的運動,第五節(jié) 水流在水輪機轉輪中的運動,61,恒定流：任一流體的物理量（如V）不隨時間變化 非恒定流：V=V (t) 水輪機內的水流運動,第

13、五節(jié) 水流在水輪機轉輪中的運動,62,穩(wěn)定工況 H、Q、n 不變 蝸殼、導葉、尾水管中為恒定流 轉輪中的流動 相對于旋轉坐標：恒定流，流線與跡線重合 相對于絕對坐標：非恒定流,第五節(jié) 水流在水輪機轉輪中的運動,63,假設,水流從導葉流出時是軸對稱的 進入轉輪的水流也是軸對稱的,水流在轉輪中流速的合成 相對運動: 水從轉輪進口沿著葉片流道至轉輪出口 牽連運動: 水流質點同時和轉輪一起旋轉的圓周運動 絕對運動 相對運動 牽連運動(圓周運動) 絕對運動,第五節(jié) 水流在水輪機轉輪中的運動,混流式水輪機轉輪內的流面和軸面,64,水流質點絕對速度 V 的分解,對于軸流式，U1=U2=U，Vr=0,A,Vu

14、,U,W,V,Vm,第五節(jié) 水流在水輪機轉輪中的運動,65,第六節(jié) 水輪機基本方程,第六節(jié) 水輪機基本方程,66,原理: 動量矩定律 單位時間內水流對水輪機的動量矩的改變=作用在該水流上的外力對同一軸的力矩,第六節(jié) 水輪機基本方程,67,取流面上一微小流束,列出動量矩方程,外力對轉軸的力矩,第六節(jié) 水輪機基本方程,68,第六節(jié) 水輪機基本方程,69,第六節(jié) 水輪機基本方程,70,第七節(jié) 水輪機的效率及 最優(yōu)工況,第七節(jié) 水輪機的效率及最優(yōu)工況,71,水力損失,流量損失,機械損失,水輪機能量損失,第七節(jié) 水輪機的效率及最優(yōu)工況,72,水流流經蝸殼、導葉、轉輪和尾水管產生的沿程損失以及漩渦、脫流、

15、撞擊產生的局部損失,一、水輪機的效率,第七節(jié) 水輪機的效率及最優(yōu)工況,73,流量損失及流量效率（容積效率,2,部分水流通過間隙直接進入尾水管而不經過轉輪做功,第七節(jié) 水輪機的效率及最優(yōu)工況,74,機械損失和機械效率,轉輪部分表面和空氣產生機械摩擦（盤狀摩擦、風損以及軸承處的摩擦,第七節(jié) 水輪機的效率及最優(yōu)工況,75,容積損失,機械損失,沿程 局部 出口,水力損失,出力 N Nmax,100,效率,撞擊損失 渦流損失,N,max,D1、n、H一定情況下，改變Q時，水輪機效率與出力的關系,第七節(jié) 水輪機的效率及最優(yōu)工況,76,二、水輪機的最優(yōu)工況,第七節(jié) 水輪機的效率及最優(yōu)工況,77,水輪機最優(yōu)工

16、況,無撞擊進口：不至于發(fā)生水力碰撞、脫流，水力損失最小,第七節(jié) 水輪機的效率及最優(yōu)工況,78,V2最小 也最小 Vu2=0，水流出轉輪后沒有旋轉可使尾水管中摩損減小,法向出口：絕對速度V2的垂直于圓周速度U2的方向,水輪機最優(yōu)工況,第七節(jié) 水輪機的效率及最優(yōu)工況,轉輪出口的速度三角形比較,79,1、高水頭水輪機，最優(yōu)的轉輪出流應為法向，但對中、低水頭水輪機，取2 略小于90。 2、實際運行中，水輪機運行工況范圍均有一定限制,需要說明的問題,第七節(jié) 水輪機的效率及最優(yōu)工況,80,3、若 ，可能會產生脫流, 出口角 90為宜。 4、轉槳式水輪機高效區(qū)寬的原因就是在非額定工況下，可調節(jié)葉片的安放角，盡可能實現無撞擊進口和法向出口,第七節(jié) 水輪機的效率及最優(yōu)工況,81,提高水輪機效率的途徑,第七節(jié) 水輪