水轮机的主要类型

1 动能水轮发电机水流能量机械能电能水轮机+发电机 >水轮发电机组。功能：发电水轮机+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_一 .A水轮机本篇重要内容：水轮机(turbine)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。研究的目的是充分利用水能资源，为厂房布置设计作准备。第一章水轮机的主要类型、构造及其工作原理§1.1水轮机的工作参数(workingparameters)一、基本概念水流经引水道进入水轮机，由于水流和水轮机的相互作用，水流便把自己的能量传给了水轮机，水轮机获得能量后开始旋转作功。水流流经水轮机时，水流能量发生改变的过程一一水轮机的工作过程。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=9.81QHn可知，其基本参数包括：工作水头丑、流量Q、出力N、效率n此外还有工作力矩M、机组转速n。二、工作水头(workinghead)如图所示，A—A为引水道进口，B—B为水轮机进口，C—C为尾水管出口，D—D为尾水渠。根据能量方程可以推导出：1、 水电站的毛水头(nominalproductivehead)纪=%-%以.+秩以上—Z下2、 水轮机的工作水头(workinghead)HG=EB--时M-奴B毛水头-水头损失=净水头(即水轮机的工作水头)3、特征水头(characteristichead)水轮机的工作水头随上下游水位而变化，因此提出特征水头的概念，用于表示水轮机的运行工况和运行范围。特征水头一般由水能规划计算确定。最大工作水头:Hmax=Z正—Z下min—hA-BZ下min为下游最低水位，一般取一台机组发电时Z下min为下游最低水位，一般取一台机组发电时最小工作水头:Hmin=Z死一Z下max—hA-B为下游最高水位，一般取全部机组发电时的下游Z死为上游死水位，Z下max水位或汛期下泄安全泄量时的水位。为下游最高水位，一般取全部机组发电时的下游设计水头(计算水头)珥水轮机发额定出力时的最小水头，一般由设计者根据电站情况确定。平均水头:HCP=Z上CP—Z下CP即上下游平均水位差。三、流量(flowquantity)单位时间内通过水轮机的水量Q(m3/s)。Q=f(H，N)Q随H、N的变化而变化，H、N一定时，Q也一定，当H=Hr、N=N额时，Q为最大。四、 出力与效率(outputandefficiency)1出力N：指水轮机轴传给发电机轴的功率(输出功率)。水轮机的输入功率(水流传给水轮机的能量)为：(kW)。水轮机的输出功率：。效率：n=N0/N1X100%一般〃=80%〜95%。^<100%的原因：水流通过水轮机时，存在水头损失、水量损失、机械损失等各种能量损失。五、 工作力矩和转速(workingmomentandrotationalspeed)水轮机的出力使主轴旋转做功，因此出力也可以用旋转机械运动公式来表达：M——主轴力矩，用来克服发电机对主轴产生的阻力矩；——水轮机旋转角速度，n 转速，rpm(revolutionperminute)，n=3000/pp 发电机磁极对数额定转速n：一般我国所用的电流频率为50赫兹，所以在正常情况下机组的转速保持为固定转速，该转速称为额定转速，并与发电的同步转速相等。§1.2水轮机的主要类型水轮机主要利用水能做功，将水能转换为旋转机械能。列转轮进出口能量方程：即Ep+Ec=1。根据水流作用原理分：冲击式：Ep=0EC=1完全利用水流动能；反击式：0<Ep<1Ep+Ec=1以利用势能为主。一、反击式水轮机(reactionwaterturbine)混流式轴流式1特征：转轮的叶片为空间扭曲面，流过转轮的水流式连续的，而且在同一时间内，所有转轮叶片之间的流道都由水流通过，积水流充满转轮室。2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。3类型：、混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。适用范围：H=30〜700m,单机容量：几万kW〜几十万kW优点：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。(刘家峡)、轴流式：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。(a)、轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。改变叶片转角时需要停机进行。结构简单，效率低。适用H、Q变化不大的情况(工况较稳定)，H：3〜50m。(b)、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)。适用水头流量的变化，高效率区广，大中型电站多采用。H：3〜80m。(葛洲坝：17万kW、12.5万kW，Hr=27m)。、斜流式：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。H=40〜120m。、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。H<20m，小型河床电站。全贯流式：发电机转子安装在转轮外缘。优点：水力损失小，过流量大，结构紧凑。半贯流式：轴伸式、竖井式、灯炮式。贯流式二、冲击式水轮机(Inpulsewatertubine)1、 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。2、 类型：、水斗式：特点是由喷泉嘴出来的射流沿圆周切线方向冲击转轮上的水斗作功。适用H：100〜2000m；使用最广泛(高水头，小流量)。、斜击式：H：25〜300m。斜击、双击水轮机构造简单，效率低，、双击式：H：5〜80m。多用于小型电站。小结§1-3水轮机的基本构造(Turbinestructure)反击式水轮机的主要组成部件：（1） 、进水（引水）部件一蜗壳：将水流均匀、旋转，以最小水头损失送入转轮。（2） 、导水机构（导叶及控制设备）：控制工况（3） 、转轮（工作核心）：能量转换，决定水轮机的尺寸、性能、结构。（4） 、泄水部件一一尾水管：回收能量、排水至下游。一、混流式水轮机水流 ＞蜗壳 ＞座环 ＞导叶 ＞转轮 ＞尾水管 ＞下游1、蜗壳蜗壳的作用是使水流产生圆周运动，并引导水流均匀地、轴对称地进入水轮机。2、座环：位于导水叶的外围。由上、下环和立柱组成作用：水轮机的骨架，承受机墩及伟来的荷载，并伟到下部基础；支承活动导叶；断面设计：流线形，保证强度、刚度。数目为活动导叶的一半。3、导水机构:作用：根据机组负荷变化，调节水轮机流量，改变出力；引导水流按切向进入转轮，形成速度矩；组成：导水叶及其轴、调速器、接力器(转臂、连杆、控制环)1)、导水叶：导水机构的主体，上下端分别固定在底环和顶盖上，为流线形。作用：改变导叶开度以改变流量。导叶转动是通过调速成器和接力器来实现的。导叶参数：导叶数、高度、开度、调速器、接力器4、转轮：水能>机械能组成：轴、上冠、叶片、下环、止漏环、泄水锥5、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。二、轴流式水轮机的构造轴流式水轮机除了转轮外，其它部件均与混流式相似。1、轴流式水轮机特点：、转速高，当H，N相同时，是混流式的2倍，尺寸较小。、转轮叶片可以转动(双调)，H、N变化时，水轮机具有较高的效率。2、转轮构造：(轴流转浆式多用于低水头大流量大型电站)组成：叶片、轮毂、主轴、泄水锥、转动机构叶片：表面为曲面，断面为翼形，根部厚，边缘薄以承受水流作用的挎矩。叶片数目：与H大小有关，一般为4〜8片；叶片转角①：最优工况时①二0，0>0，叶片开始启动，0<0向关闭方向转动。-150>0<+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，高速导叶角度。三、斜击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，与高水头轴流转浆式水轮机基本相同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。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（红色的为转子）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、尾水槽水流——>喷管——>折流板——>转轮——>机壳——>尾水槽、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。、喷管组成：喷嘴、喷管体、导水叶栅、喷针头、喷杆、操作机构针阀：控制水轮机的过水流量，以行程表示。、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。2、 水斗水轮机的装置方式、卧轴：中小型水轮机。单喷嘴、双喷嘴、单转轮、双转轮。、立轴：大型水轮机。§1-4水轮机的型号及标称直径一、 反击式水轮机的型号（由三部分组成）HL240——LJ——410混流式水轮机