水力机械《水电站》

水力机械《水电站》

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

水轮发电机组：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。

第一章水轮机概述

第一节水轮机的工作参数

水轮发电机组装置原理图

定义：反映水轮机工作状况特性值的一些参数，称水轮机的差不多参数。

由水能出力公式：N=9.81ηQH可知，差不多参数：工作水头H、流量Q、出力N、效率η，工作力矩M、机组转速n。

一、水头(head)

1. 毛水头(nominal productive head)

H M=E U-E D=Z U - Z D

2. 反击式水轮机的工作水头

毛水头 - 水头缺失=净水头 H G =E A - E B =H M - h I -A

3. 冲击式水轮机的水头

H G =Z U - Z Z - h I-A

其中Z U 和Z Z 分别为上游和水轮机喷嘴处的水位。 4. 特点水头(characteristic head)

表示水轮机的运行范畴和运行工况的几个典型水头。 最大工作水头： H max =Z 正-Z 下min -h I-A 最小工作水头： H min =Z 死-Z 下max -h I-A

设计水头(运算水头) H r ：水轮机发额定出力时的最小水头。 平均水头： H av =Z 上av -Z 下av 二、流量(m 3/s)(flow quantity)

单位时刻内通过水轮机的水量Q 。

Q 随H 、N 的变化：H 、N 一定时， Q 也一定；

当H =H r 、N =N 额时，Q 为最大。

在H r 、n r 、N r 运行时，所需流量Q 最大，称为设计流量Q r 三、出力与效率(output and efficiency)

1. 出力(水轮机的输出功率)N ： 指水轮机轴传给发电机轴的功率。

水轮机的输入功率 (水流传给水轮机的能量)为：QH QH N w 81.9==γ 水轮机的输出功率：ηηQH N N w 81.9== 2. 效率：

η=N /N w ，一样η=80%~95% 四、工作力矩和转速

水轮机的出力能够用旋转机械运动公式来表达

QH n

M

M N ηπϖ81.960

2=== 式中 M ——主轴力矩； ω——水轮机旋转角速度，

n ——转速，n =3000/p ；

p ——发电机磁极对。

数额定转速n ：正常情形下机组的转速保持为固定转速，该转速称为额定转速，并与发电机的同步转速相等。

第二节 水轮机的要紧类型及其构造

一、要紧类型

(一)、反击式水轮机 (reaction water turbine)

定义：利用水流的势能和动能做功的水轮机

特点：转轮的叶片为空间扭曲面，流过转轮的水流是连续的，而且在同一时刻内，所有转轮叶片之间的流道都有水流通过，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。

1. 混流式

混流式水轮机

特点：水流流经转轮叶片时，从径向流入，而从轴向流出。

适用范畴：H =30-450m , 最高水头已接近700m ，单机容量：几万kW-几十万kW 。

特点：适用范畴广，结构简单，运行稳固，效率高，适用高水头小流量电站。 三峡水电站即采纳了这种水轮机，单机容量70万kW 。是世界上单机容量最大

的机组。

2. 轴流式

特点：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。

适用：大流量、低水头。一样水头在50m以下。

分类：

(1) 轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。高效率区较小，适用于水头变化不大的小型电站。

(2) 轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转动，进行双重调剂(导叶开度、叶片角度)。适用于大型水电站。

轴流转浆式水轮机转轮

3. 斜流式

水流通过转轮时是斜向的。转轮叶片随工况变化而转动，高效率区广。

4. 贯流式

特点：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差不多上轴向的。

适用：H<20m，小型河床电站。

贯流式机组分类：

(1) 全贯流式：发电机转子安装在水轮机转轮外缘，其密封困难，现在较少使用。

(2) 半贯流式：

灯泡贯流式：发电机组安装在密闭的灯泡体内，使用较广泛，机组结构紧

凑，流道形状平直，水力效率高。

轴伸式贯流机组：发电机安装在别处，水轮机轴伸出到尾水管别处。

竖井式贯流机组：发电机安装在竖井内。

(二)、冲击式水轮机(Inpulse water tubine)

定义：利用水流的动能来做功的水轮机

特点：由喷管和转轮组成。

水流以自由水流的形式(P=P a)冲击转轮，利用水流淌能(V的方向、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。不适宜调峰运行(讨论：什么缘故？)。

适用：水头高，流量小，多用于400m以上，最高接近2000m。

单喷嘴冲击式水轮机运行中

分类：

水斗式: 特点是由喷嘴出来的射流沿圆周切线方向冲击转轮上的水斗作功。目前，水斗式水轮机是冲击式水轮机中应用最广泛的一种机型。

斜击、双击水轮机构造简单，效率低，用于小型电站。

水斗式水轮机

斜击式：由喷嘴出来的射流沿圆周斜向冲击转轮上的水斗。

斜击式水轮机转轮

双击式：水流两次冲击转轮。