水電站水輪機

1、浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站 http:/ 電電 站站2016年年3月月浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ 水力機械水力機械水輪機水輪機+發(fā)電機：發(fā)電機： 水輪發(fā)電機組水輪發(fā)電機組 功能：功能： 發(fā)電發(fā)電水水 泵泵+電動機：電動機：水泵抽水機組水泵抽水機組 功能：功能： 輸水輸水水水 泵泵+水輪機：水輪機： 抽水蓄能機組。抽水蓄能機組。 功能：功能： 抽水蓄能抽水蓄能浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ 水輪機是將水輪機是將水水能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機械能械能，從而帶動，從而帶動發(fā)電機發(fā)出電能發(fā)電機發(fā)出電能的

2、一種機械，是的一種機械，是水電站動力設(shè)備水電站動力設(shè)備之一。之一。浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ 水輪機概述水輪機概述水輪發(fā)電機組裝置原理圖水輪發(fā)電機組裝置原理圖第一節(jié)第一節(jié) 水輪機的工作參數(shù)水輪機的工作參數(shù)浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ 定義：定義：反映水輪機工作狀況特性值的一些參數(shù)，反映水輪機工作狀況特性值的一些參數(shù)，稱水輪機的基本參數(shù)。稱水輪機的基本參數(shù)。 由水能出力公式由水能出力公式: N=9.81QH 可知，可知，基本參數(shù)基本參數(shù)不包括：不包括：工作水頭工作水頭H、流量流量Q、出力出力N、效率效率，工作力矩工作力矩M

3、、機組轉(zhuǎn)速機組轉(zhuǎn)速n。水輪機的工作參數(shù)水輪機的工作參數(shù)浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ 1. 毛水頭毛水頭(nominal productive head) HM=EU-ED=ZU-ZD 2. 反擊式水輪機的工作水頭反擊式水輪機的工作水頭 毛水頭毛水頭 - 水頭損失水頭損失=凈水頭凈水頭 HG=EA- EB=HM - hI-A 3. 沖擊式水輪機的水頭沖擊式水輪機的水頭HG=ZU- ZZ - hI-A 其中其中ZU和和ZZ分別為上游和水輪機噴嘴處的水頭。分別為上游和水輪機噴嘴處的水頭。浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ head)表

4、示水輪機的運行范圍和運行工況。表示水輪機的運行范圍和運行工況。u最大工作水頭：最大工作水頭： Hmax=Z正正-Z下下min-hI-Au最小工作水頭：最小工作水頭： Hmin=Z死死-Z下下max-hI-A u設(shè)計水頭設(shè)計水頭(計算水頭計算水頭) Hr ： 水輪機發(fā)額定出力時的最小水頭。水輪機發(fā)額定出力時的最小水頭。u平均水頭：平均水頭： Hav =Z上上av-Z下下av浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ quantity)u 單位時間內(nèi)通過水輪機的水量單位時間內(nèi)通過水輪機的水量 Q 。u Q隨隨H、N的變化：的變化： H、N一定時，一定時， Q也一定；也一定；

5、當(dāng)當(dāng)H=Hr、N=N額額時，時，Q為最大。為最大。u 在在Hr、nr、Nr 運行時運行時 Qr(設(shè)計流量設(shè)計流量)浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ and efficiency)1. 出力出力(水輪機的輸出功率水輪機的輸出功率)N： 指水輪機軸傳給發(fā)電機軸的功率。指水輪機軸傳給發(fā)電機軸的功率。 水輪機的輸入功率水輪機的輸入功率 (水流傳給水輪機的能量水流傳給水輪機的能量)為為： 水輪機的輸出功率：水輪機的輸出功率：2. 效率：效率： =N/Nw ， 一般一般=80%95%QHQHNw81. 9QHNNw81. 9浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電

6、站http:/ M主軸力矩主軸力矩; 水輪機旋轉(zhuǎn)角速度，水輪機旋轉(zhuǎn)角速度， n 轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速，n=3000/p p 發(fā)電機磁極對發(fā)電機磁極對v額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速n：正常情況下機組的轉(zhuǎn)速保持為固定：正常情況下機組的轉(zhuǎn)速保持為固定轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速，并與發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速，并與發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速相等。轉(zhuǎn)速相等。QHnMMN81. 9602浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ 水輪機的主要類型及其構(gòu)造水輪機的主要類型及其構(gòu)造水輪機沖擊式反擊式混流式軸流式斜流式貫流式水斗式雙擊式斜擊式軸流定漿式軸流轉(zhuǎn)漿式全貫流式半貫流式燈泡式軸伸式豎井式水輪機沖擊式反擊式

7、混流式軸流式斜流式貫流式水斗式雙擊式斜擊式軸流定漿式軸流轉(zhuǎn)漿式全貫流式半貫流式燈泡式軸伸式豎井式浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ (reaction water turbine) 定義：定義：利用水流的勢能和動能做功的水輪機利用水流的勢能和動能做功的水輪機特征：特征：轉(zhuǎn)輪的葉片為空轉(zhuǎn)輪的葉片為空間扭曲面，流過轉(zhuǎn)輪的間扭曲面，流過轉(zhuǎn)輪的水流是連續(xù)的，而且在水流是連續(xù)的，而且在同一時間內(nèi)，所有轉(zhuǎn)輪同一時間內(nèi)，所有轉(zhuǎn)輪葉片之間的流道都有水葉片之間的流道都有水流通過，水流充滿轉(zhuǎn)輪流通過，水流充滿轉(zhuǎn)輪室。室。浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/

8、 混流式：混流式：水流徑向流入轉(zhuǎn)輪，軸向流出。水流徑向流入轉(zhuǎn)輪，軸向流出。 適用范圍：適用范圍：H=30-450 m , 最高水頭已接近最高水頭已接近700米，單機容量：幾萬米，單機容量：幾萬kW-幾十萬幾十萬kW 特點：特點：適用范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定，效適用范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定，效率高，適用高水頭小流量電站。率高，適用高水頭小流量電站。 三峽水電站即采用了這種水輪機，單機容量三峽水電站即采用了這種水輪機，單機容量70萬萬kW。是世界上單機容量最大的機組。是世界上單機容量最大的機組。浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ 軸流式：軸流式：特點：特點：水流沿

9、轉(zhuǎn)輪軸向流入，軸向流出，水流方水流沿轉(zhuǎn)輪軸向流入，軸向流出，水流方向始終平行于主軸。向始終平行于主軸。適用適用于大流量、低水頭。一般水頭在于大流量、低水頭。一般水頭在50m以下。以下。軸流定漿式：軸流定漿式：葉片不能隨工況的變化而轉(zhuǎn)動。高葉片不能隨工況的變化而轉(zhuǎn)動。高效率區(qū)較小，適用于水頭變化不大的小型電站。效率區(qū)較小，適用于水頭變化不大的小型電站。軸流轉(zhuǎn)漿式：軸流轉(zhuǎn)漿式：葉片能隨工況的變化而轉(zhuǎn)動，進(jìn)行葉片能隨工況的變化而轉(zhuǎn)動，進(jìn)行雙重調(diào)節(jié)（導(dǎo)葉開度、葉片角度雙重調(diào)節(jié)（導(dǎo)葉開度、葉片角度)。適用于大型水。適用于大型水電站。電站。浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/

10、3. 斜流式：斜流式：水流經(jīng)過轉(zhuǎn)輪時是斜向的。轉(zhuǎn)輪葉片水流經(jīng)過轉(zhuǎn)輪時是斜向的。轉(zhuǎn)輪葉片隨工況變化而轉(zhuǎn)動，高效率區(qū)廣。隨工況變化而轉(zhuǎn)動，高效率區(qū)廣。浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ 4. 貫流式：貫流式：水輪機的主軸裝置成水平或傾斜。不水輪機的主軸裝置成水平或傾斜。不設(shè)蝸殼，水流直貫轉(zhuǎn)輪。水流由管道進(jìn)口到尾水設(shè)蝸殼，水流直貫轉(zhuǎn)輪。水流由管道進(jìn)口到尾水管出口都是軸向的。管出口都是軸向的。H0，葉片開，葉片開始啟動，始啟動，+20 輪轂：外部連接葉片，內(nèi)部安裝轉(zhuǎn)動機構(gòu)。輪轂：外部連接葉片，內(nèi)部安裝轉(zhuǎn)動機構(gòu)。轉(zhuǎn)動機構(gòu)：安裝在輪轂內(nèi)，由調(diào)速器控制，調(diào)整轉(zhuǎn)動機構(gòu)：安裝在輪轂

11、內(nèi)，由調(diào)速器控制，調(diào)整導(dǎo)葉角度。導(dǎo)葉角度。2. 轉(zhuǎn)輪構(gòu)造轉(zhuǎn)輪構(gòu)造浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ v與軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機不同之處：葉片轉(zhuǎn)動軸線與主與軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機不同之處：葉片轉(zhuǎn)動軸線與主軸成軸成4560的夾角。的夾角。v毛家村電站的運行證明，斜流式水輪機可以在比較毛家村電站的運行證明，斜流式水輪機可以在比較寬闊的負(fù)荷范圍內(nèi)保持較高的平均效率，但其缺點寬闊的負(fù)荷范圍內(nèi)保持較高的平均效率，但其缺點也很突出，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性較低，容易漏油，也很突出，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性較低，容易漏油，造成污染，在吸出高度造成污染，在吸出高度Hs=-8m條件下運行，其空條件下運行，其

12、空蝕現(xiàn)象仍比較嚴(yán)重。蝕現(xiàn)象仍比較嚴(yán)重。v由于斜流水輪機無顯著特點，在設(shè)計中很少采用。由于斜流水輪機無顯著特點，在設(shè)計中很少采用。浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ 實際上是實際上是臥軸安裝的臥軸安裝的軸流式水輪軸流式水輪機，發(fā)電機機，發(fā)電機安裝在燈泡安裝在燈泡體內(nèi)。體內(nèi)。 浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ 轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)輪組成：組成：輪盤、斗葉（沿輪盤均勻分布）。輪盤、斗葉（沿輪盤均勻分布）。連接方式：連接方式：螺拴、螺拴、整體鑄造、焊接。整體鑄造、焊接。浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ 噴管噴管組成：組成：

13、噴嘴、噴管體、針閥、噴桿、操作機構(gòu)噴嘴、噴管體、針閥、噴桿、操作機構(gòu)針閥：針閥：控制水輪機的過水流量，以行程表示?？刂扑啓C的過水流量，以行程表示。浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ 折流板折流板 使針閥緩慢關(guān)閉，降低水錘壓力，使水流偏離水斗，使針閥緩慢關(guān)閉，降低水錘壓力，使水流偏離水斗，避免機組轉(zhuǎn)速升高。避免機組轉(zhuǎn)速升高。(4). 機殼機殼 把水斗中排出的水引導(dǎo)入尾水槽內(nèi)。一般為鑄鋼件。把水斗中排出的水引導(dǎo)入尾水槽內(nèi)。一般為鑄鋼件。(5). 引水板引水板 防止水流隨轉(zhuǎn)輪飛濺到上方，造成附加損失防止水流隨轉(zhuǎn)輪飛濺到上方，造成附加損失浙江水專國家精品課程浙江水專國家

14、精品課程水電站水電站http:/ 水輪機的型號及標(biāo)稱直徑水輪機的型號及標(biāo)稱直徑浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ 轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑D1 作用在每個轉(zhuǎn)輪上的噴嘴數(shù)作用在每個轉(zhuǎn)輪上的噴嘴數(shù)設(shè)計射流直徑設(shè)計射流直徑d0v對雙擊式水輪機，其表示方法為：對雙擊式水輪機，其表示方法為： 轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑D1 轉(zhuǎn)輪軸向長度轉(zhuǎn)輪軸向長度L浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ 反擊式水輪機的型號反擊式水輪機的型號 （由三部分組成）（由三部分組成） HL240 LJ 410 混流式水輪機，型號混流式水輪機，型號240（比轉(zhuǎn)速（比轉(zhuǎn)速)，立軸，金屬，立軸，金屬蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑為蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑為410cm ZZ440 LH 430 軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機，型號軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機，型號440，立軸，混凝土蝸，立軸，混凝土蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑殼，轉(zhuǎn)