多种水轮发电机组结构原理(技术课堂)
第一章_水轮机类型构造
kg.m/s） （kg.m/s） 又工程上常用“千瓦” 又工程上常用“千瓦”或“马力”来表 马力” 示： 1千瓦=102kg.m/s。 千瓦=102kg.m/s。 =102kg.m/s 水流给予水轮机的功率 水轮机作的有效功率 水轮机输出功率（出力） 水轮机输出功率（出力） （η为水轮机的效率） 为水轮机的效率） 千瓦） （千瓦）
二、水头 水轮机的水头，也称工作水头， 水轮机的水头，也称工作水头，即水轮机工作 的净水头。 的净水头。 定义： 定义：单位重量水体通过水轮机进出口断面的 能量差值。 能量差值。
为了推求
和
，以下游水位
为基准面， 为基准面，列上游引水道进口与 水轮机进口断面、水轮机出口与 水轮机进口断面、 下游尾水渠断面的能量方程， 下游尾水渠断面的能量方程，并 忽略上游进口断面和下游尾水渠 断面的流速水头的差值， 断面的流速水头的差值，并忽略 B-D处的水头损失，由此可以得 处的水头损失， 到：
为了研究问题的方便，工程上一般作如下假定： 为了研究问题的方便，工程上一般作如下假定： 1.假定叶片无限多、无限薄。 1.假定叶片无限多、无限薄。这样可以认为转轮中 假定叶片无限多 的水流运动是均匀、轴对称的。显然在此假定下， 的水流运动是均匀、轴对称的。显然在此假定下， 流线也就和骨线的形状完全一致。（ 。（叶片翼形断面 流线也就和骨线的形状完全一致。（叶片翼形断面 的中心线称为骨线） 的中心线称为骨线） 2.假定水流在进入转轮之前的运动是均匀的、 2.假定水流在进入转轮之前的运动是均匀的、轴对 假定水流在进入转轮之前的运动是均匀的 称的。 称的。 3.假定水轮机在所研究的工况下保持稳定运行， 3.假定水轮机在所研究的工况下保持稳定运行，即水 假定水轮机在所研究的工况下保持稳定运行 轮机的特征参数（ 保持不变， 轮机的特征参数（H、Q、N、n）保持不变，从而水流 在水轮机各过流部件中的运动均为恒定流动。 在水轮机各过流部件中的运动均为恒定流动。 4.忽略水流的粘性： 4.忽略水流的粘性： 忽略水流的粘性 可认为这些流面之间是互不干扰的。 可认为这些流面之间是互不干扰的。
多种水轮发电机组结构原理
1
4
2
4
3
5
1－导叶；2－叶片；3－轮毂 4－蜗壳；5－尾水管
反击式水轮机
❖ 斜流式水轮机
水流在转轮区内沿着与主轴成某一角度的方向流动，其 转轮叶片大多做成可转的形式。
适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40~200m。
1—蜗壳；2—导叶；3—转轮叶片；4—尾水管
反击式（Reaction Hydraulic Turbine）
型式
代号
转 轮
号
金属蜗壳
J
标
（
立轴
用
L
混凝土蜗壳 H
称 直
比
卧轴
W
灯炮式
P
径
转 速
明槽式
M
（ 厘
表
罐式
G
米
示 ）
竖井式
S
）
虹吸式
X
轴伸式
Z
二、冲击式水轮机的型号
2 CJ 20 – W - 120 / 2 × 10
一根轴上装的转轮数 水轮机型号 转轮型号
主轴布置型式 转轮标称直径（厘米） 每个转轮上的喷嘴数 设计射流直径（厘米）
反击式水轮机
❖ 半贯流式水轮机
半贯流式水轮机有轴伸式、竖井式和灯泡式等装 置形式 。
轴伸式和竖井式结构简单、维护方便，但效率较 低，一般只用于小型水电站。
灯泡贯流式水轮机，其结构紧凑、稳定性好、效 率较高 ，使用广泛。
轴伸贯流式水轮机
1—转轮；2—水轮机主轴；3—尾水管；4—齿轮转动机构；5—发电机
水轮发电机组结构及工作原理
❖ 主讲：王高理
2016年10月18日
本次培训内容
1 水轮发电机组概述
水力发电原理与设备图文-PPT课件
水力发电厂
审 批
职位/姓名 日 期 保存年限 作 成 确 认 审 核1 审 核2 批准
Written By： Date:
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0, 1, 3, 5, 永久
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/ / 1,2,3,对外保密
INDEX
Part 1 水力发电 水工建筑物 水轮机 水轮发电机 电气运行知识
Part 2
Part 3 Part 4 Part 5
三峡水电站水轮机部件
Change life with heart
17
Part 3
水轮机
冲击式示意 图 反击式示意 图
• 水轮机的分类
水轮机按工作原理可分为 冲击式水轮机和反击式水轮 机两大类。 冲击式水轮机的转轮受到 水流的冲击而旋转，工作过 程中水流的压力不变，主要 是动能的转换； 反击式水轮机的转轮在水 中受到水流的反作用力而旋 转，工作过程中水流的压力 能和动能均有改变，但主要 是压力能的转换。
•
Change life with heart
5
Part 1
水力发电
• 水力发电的特点
水能是一种取之不尽、用之不竭、可再生的清洁能源。但为了有效利用天然 水能，需要人工修筑能集中水流落差和调节流量的水工建筑物，如大坝、引 水管涵等。因此工程投资大、建设周期长。但水力发电效率高，发电成本低 ，机组启动快，调节容易。由于利用自然水流，受自然条件的影响较大。水 力发电往往是综合利用水资源的一个重要组成部分，与航运、养殖、灌溉、 防洪和旅游组成水资源综合利用体系。 水力发电是再生能源，对环境冲击较小。除可提供廉价电力外，还有下列 之优点:控制洪水泛滥、提供灌溉用水、改善河流航运，有关工程同时改善该 地区的交通、电力供供应和经济，特别可以发展旅游业及水产养殖。美国田 纳西河的综合发展计划，是首个大型的水利工程，带动整体的经济发展。
水力发电原理与设备(图文)
Change life with heart
6
Part 1
Байду номын сангаас
水力发电
• 水力发电的分类
按照水源的性质，可分为：常规水电站，即利用天然河流、湖泊等水源发 电。 抽水蓄能电站，利用电网负荷低谷时多余的电力，将低处下水库的 水抽到高处上存蓄，待电网负荷高峰时放水发电，尾水收集于下水库 按水电站的开发水头手段，可分为：坝式水电站、引水式水电站和混合式 水电站三种基本类型。 按水电站利用水头的大小，可分为： 高水头（70米以上）﹑中水头 （ 15-70米）和低水头（低于15米）水电站。 按水电站装机容量的大小，可分为： 大型﹑中型和小型水电站。一 般装机容量5 000kW以下的为小水电站，5 000至10万kW为中型水电站，10万 kW或以上为大型水电站,或巨型水电站。
4电压较低要输送给距离较远的用户就必须将所发出的电力电压较低要输送给距离较远的用户就必须将电压经过变压器增高再由空架输电线路输送到用户集中区的变电所最后降低电压经过变压器增高再由空架输电线路输送到用户集中区的变电所最后降低为适合家庭用户工厂用电设备的电压并由配电线输送到各个工厂及家庭
电气科
水力发电厂
审 批
职位/姓名 日 期 保存年限 作 成 确 认 审 核1 审 核2
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INDEX
Part 1 Part 2 Part 3 Part 4 Part 5 水力发电 水工建筑物 水轮机 水轮发电机 电气运行知识
Change life with heart
水力发电
1.水力发电简述 2.水力发电的特点 3.水力发电的分类 4.水力发电的历史
水轮机调速器原理
什么是水轮机调速器？水轮机调速器的作用是什么？水轮机调速器的发展历程是怎样的？水轮机调节是通过水轮机调节系统根据机组转速的变化不断地改变水轮机过流量来实现的。
水轮机调节系统是由调节控制器、液压随动系统和调节对象组成的闭环控制系统（如图1-1）。
通常把调节控制器和液压随动系统统称为水轮机调速器。
图1-1 水轮机调节系统构成图水轮机调速器作用是保证水轮发电机的频率稳定、维持电力系统负荷平衡，并根据操作控制命令完成各种自动化操作，是水电站的重要基础控制设备。
水轮机调速器问世以来，水轮机调速器先后经历了三代的发展：水压放大、油压放大式的机械式液压调速器（20世纪初-20世纪50年代）、模拟电路加液压随动系统构成的电液式调速器（20世纪50年代-20世纪80年代）和微机调节器配以相应的机械液压系统构成的微机调速器（20世纪80年代至今）。
目前微机调速器以可靠性高、操作简便全面取代其他类型的调速器。
水轮机调速器调速器有哪些类型？如何划分？水轮机调速器的分类方法较多，按调节规律可分为PI和PID调速器；按系统构成分为机械式调速器（机械飞摆式）、电液式调速器及微机调速器；实际应用中常用是以下几种区分方式：1、按我国水轮机调速器国家型谱以及调速器行业规范，调速器分为：中、小型调速器；冲击式调速器；大型调速器等。
中、小型调速器以调速功大小来区分，冲击式调速器以喷针及折向器数目来区分，大型调速器以主配压阀名义直径来区分。
调速器分类表小型调速器 中型调速器 大型调速器W≤1000Kg.m接力器调速功1000Kg.m＜W≤7500Kg.mW>7500Kg.m2、微机调速器依据调节器（电气部分）及机械液压系统（机械部分）的不同形式，有以下区分：2.1按调节器的硬件构成有单片机、工控机、可编程控制器三大类调节器。
其中单片机、单版机构成的调节器由于可靠性差、故障率高等多方面原因，已趋于淘汰。
目前可编程控制器以其高度的可靠性成为调节器构成首选。
水轮发电机技术讲课课件
水轮发电机组技术讲课课件讲课人：邱灿锋水轮机型号：ZZ560A－LH－450含义：Z--轴流式Z--转桨（D代表定桨）560A--转轮型号L--立轴H—混凝土蜗壳450—转轮直径为450cm发电机型号：SF12——56／7000含义：S—三相F—风冷12—额定容量（MW）56—磁极个数7000—定子铁芯外径（cm）三、轴流转桨式水轮机组的适用范围及其优缺点可用于2—90M水头范围，过水能力大，轮叶可以转动，适用于大流量。
2—18M低水头且负荷变化较大的水电站，其运行稳定性较好，水轮机的高效率区范围较宽。
四、轴流转桨式水轮机组的基本部件对能量转换有直接影响的过流部件叫做水轮机的基本部件。
由引水（蜗壳）、导水（导水机构）、工作（转轮）和泄流（尾水管）四部分组成。
1、蜗壳的作用：（1）、保证水流以最小的水力损失引向导水部件，从而提高水轮机效率；（2）、尽可能保证沿导水部件的周围进水流量均匀，水流对称于轴，以使转轮受力均匀，提高工作的稳定性；（3）、使水流在进入导水部件以前具有一定的环流，然后很顺利地进入工作转轮；（4）、保证转轮在工作时，始终浸没在水中不会有大量空气进入转轮；2、导水机构作用：（1）、当机组的负荷发生变化时，用来调节进入水轮机转轮的流量，改变水轮机出力，使其与水轮发电机的电磁功率相适应；（2）、正常与事故停机时，用来截断水流，使机组停止转动；（3）、水轮机运行时，使水流按有利的方向均匀流入转轮；导水机构由导叶、导叶传动机构（包括转臂、连杆和控制环等）、接力器、顶盖、底环、及轴承组成。
3、尾水管的作用：用来回收转轮出口水流中的剩余能量，常用的有直锥型和弯肘形（范厝厂采用本种）；4、转轮的组成：由转轮体、叶片、泄劲水锥和密封装置组成。
（1）、转轮体的四周安放着悬臂式叶片，当水流流经叶片，将水能转换为机械能；（2）、转轮内有一套操作叶片转动的机构，当导叶改变时，它能使叶片相应地也旋转一个角度，以便与导叶开度相适应，从而保证在变工况下，水轮机有较高的效率；（3）、转轮体下部连接着泄水锥，它的作用是引导经叶片流出来的水，迅速、顺利地流入尾水管，防止水流相互撞击，以减少水力损失，提高水轮机效率；（4）、密封装置安放在叶片的枢轴与转轮体之间，它用来防止转轮体内的压力油向外漏出，同时也防止压力水渗入转轮体内。
水轮发电机的基本结构
水轮机安装与维修
第五章 水轮发电机的基本结构
水轮发电机定子结构
• 水轮发电机定子主要由机座、铁芯和三相 绕组线圈等组成。 铁芯固定在机座上。 三相绕组线圈嵌装在铁芯的齿槽内。 发电机定子机座、铁芯和三相绕组统一体 统称为发电机的定子，也称为电枢。
水轮机安装与维修
第五章 水轮发电机的基本结构
水轮机安装与维修
第五章 水轮发电机的基本结构
机座
• 定子机座一般呈圆形，小容量水轮发电机 多数采用铸铁整圆机座，也有采用钢板焊 接的箱形结构；容量较大的水轮发电机的 机座由钢板制成的壁、环、立筋及合缝板 等零件焊接组装而成。 • 机座应有足够的刚度，同时还应能适应铁 心的热变形。
水轮机安装与维修
水轮机安装与维修
第五章 水轮发电机的基本结构
• 磁轭与转子支架
磁轭的作用是构成磁路并固定磁极。 转子支架的作用是固定磁轭。 对于定子铁芯外径小于 325cm 的中小容量的水轮 发电机，磁轭可用铸钢或整圆的厚钢板制造，不 需要专门的转子支架。 对于定子铁芯外径较大的水轮发电机，磁轭通过 转子支架和主轴连成—体。 磁轭的外缘加工有 T尾、鹇尾槽或螺孔，用以固 定磁极。
水轮机安装与维修
第五章 水轮发电机的基本轴承、导 轴承、制动器及水轮机受油器的支撑部件， 是水轮发电机较为重要的结构件。 • 机架由中心体和支臂组成．—般采用钢板 焊接结构，中心体为圆盘形式，支臂大多 为 工字梁形式。 • 机架按其所处的位置分为上机架和下机架， 按承载性质分为负荷机架和非负荷机架。
• 刚性抗重螺栓支承方式的推力轴承结构如图所示：
水轮机安装与维修
第五章 水轮发电机的基本结构
• 抗重螺栓
推力瓦由头部为球面的抗重螺栓支承，抗重螺栓 垂直拧入装有螺纹套筒的轴承座上。调整抗重螺 栓的高度，可使瓦块保持在同一水平面上，使瓦 块受力均匀。
混流式水轮机结构及发电原理
大型焊接金属蜗壳
金属蜗壳
的作用：为 流体的流动 起到导向作 用；将液体 动能转换为 静压能。
导水机
构的作用： 调节流量， 开关水轮机， 调节水流环 量。
导水机构实物图
四.混流式水轮机工作原理
综上所述，三峡水轮机组采 用的混流式水轮机是一种结构简 单，制造安装方便，运行可靠， 且有较高的效率和较低的空蚀系 数的反击式水轮发电机。混流式 的过流过部件：蜗壳导水机构 转轮尾水管。
2020/3/31
三峡水电站安装的32台70万千瓦 水轮机组是目前世界上出力最大、 尺寸最大的混流式水轮发电机组。 大型水轮发电机组是水电站核心设 备，也是制造难度最高的顶尖工业 产品之一，涉及众多复杂加工技术。 长期以来，核心技术一直为少数发 达国家所垄断。
三.混流式水轮发电机结构
不同形式的混流式水轮机
大中型水轮机组一般采用金属
蜗壳，其主要作用是为流体的流动 起到导向作用，将液体动能转换为 静压能。导水机构中的活动导叶倾 角可调，其主要作用是调节流量， 开关水轮机，调节水流环量。
谢 谢！
2020/3/31
美国大古力水电站
水轮机由古代的水轮、水
车演变而来，其工作流程为上 游水库中的水经大坝引水管， 流入坝体下方发电厂房的蜗壳、 导水机构及水轮机转轮中，将 势能转化为推动转轮叶片旋转 的动能。转轮通过主轴与发电 机转子联轴，带动转子旋转并 切割发电机定子磁力线圈，利 用电磁感应原理在发电机线圈 中产生高压电，再经过变压器 升压通过输电线路将电力输出 到电网中。水轮机中作完功的 水则通过大坝尾水管排向下游。
三峡大坝水轮机发电原理
2020/3/31
汇报人： 刘宝 张文辉 吕九九 赵俊伟
指导教师：赵静一
水轮机调节原理及调速器选择演示教学
要使 C，一般不能改变H和效率η，而是通过 改变Q而达到改变主动力矩Mt的目的。
❖ 调节流量的途径： 反击式：通过改变导叶开度a0 ，ZZ：同时改变叶 片转角。
冲击式：通过改变喷嘴开度。
❖ 水轮机调节的定义： 随着电力系统负荷变化，水轮机相应地改变导叶 开度(或针阀行程)，使机组转速恢复并保持为额定 转速的过程，称为水轮机调节。
五、调速器的类型与系列
(一) 类型 1、按调速器元件结构分： ❖ 机械液压(机调)：信号测量、信号综合、信号反馈
均由机械环节完成。现在很少使用。 ❖ 电气液压(电调)：用电气回路代替机调中的机械元
件。调节性能优良，灵敏度和精确度高，成本低， 便于安装调整。目前还有不少电站在使用。 ❖ 微机调速器：用工业控制计算机代替电子调速器， 赋予了调速器更多的控制功能，性能更优良。
❖ 放大机构：(引导阀+辅助接力器、主配阀+主接力 器，二级放大)：位移变化→油压变化。
❖ 反馈机构：缓冲器和杠杆机构，当调节使=时，反 馈信号使调节停止。
❖ 油压设备的作用：供给调速器压力油，传递操作力。 由压力油罐、回油箱、油泵、输油管、附件等组成。
❖ 额定工作油压分为两种：有的电站采用低油压，为 2.5MPa；有的电站采用高油压，为4.0MPa。
四、水轮机调节系统的组成
❖ 调速器的作用： 以转速偏差为依据，迅速自动地调节导叶开度，已 达到改变出力恢复转速的目的。
❖ 水轮机自动调节系统: 调速柜+油压设备+接力器。其中中小型水轮机调速 器将这三部分组合成一个整体，称为组合式，运行 方便。
调速系统
油压装置
调速柜主要有以下几个部分组成：
❖ 测量机构：测量机组转速偏差，并把偏差信号转变 为位移信号，然后输出。
水轮机构造
第一篇水力机械水轮机+ 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，称水轮机的基本参数。
由水能出力公式：N=9.81ηQH可知，基本参数：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 D2. 反击式水轮机的工作水头毛水头 - 水头损失=净水头 H G =E A - E B =H M - h I -A3. 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. 特征水头(characteristic head)表示水轮机的运行范围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(计算水头) 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)单位时间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 ，一般η=80%~95% 四、工作力矩和转速水轮机的出力可以用旋转机械运动公式来表达QH nMM N ηπϖ81.9602=== 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。
水力发电原理之精讲(图文).
水力发电主要是通过水头的冲力来带动转子的转动，再将机械能变为电能 ，因此水轮机是水力发电最重要的设备，在水工设计中占据很高的地位。
水工建筑物
1.水工建筑物的作用 2.水工建筑物的分类 3.水工建筑物的构成 4.水工建筑物的特点
Part 2 水工建筑物
•水工建筑物的作用
1. 控制和调节水流，防治水害. 2. 开发利用水资源的建筑物。实 现各项水利工程目标的重要组成部 分。 3. 水工建筑物涉及许多学科领域 ，除基础学科外，还与水力学、水 文学、工程力学、土力学、岩石力 学、工程结构、工程地质、建筑材 料 以及水利勘测、水利规划、水 利工程施工、水利管理等密切相关 。它的设计和研究方法，主要有理 论分析、试验研究、原型观测和工 程类比等。
Part 3 水轮机
水轮机的作用
水轮机是把水流的能量转换为旋转 机械能的动力机械，它属于流体机 械中的透平机械。
作用示意图：
早在公元前100年前后，中国就出现
了水轮机的雏形——水轮，用于提灌和
驱动粮食加工器械。
三峡水电站水轮机部件
现代水轮机则大多数安装在水电站
内，库中的水经引水管引向水轮机，
系 统 图
Part 1 水力发电
水力发电是利用河流、湖泊等位于高处具有位能的水流至低处，将其中所含 之位能转换成水轮机之动能，再以水轮机为原动力，推动发电机产生电能。利用 水力(具有水头)推动水力机械(水轮机)转动，将水能转变为机械能，如果在水轮 机上接上另一种机械(发电机)随着水轮机转动便可发出电来，这时机械能又转变 为电能。水力发电在某种意义上讲是水的位能转变成机械能，再转变成电能的过 程。因水力发电厂所发出的电力电压较低，要输送给距离较远的用户，就必须将 电压经过变压器增高，再由空架输电线路输送到用户集中区的变电所，最后降低 为适合家庭用户、工厂用电设备的电压，并由配电线输送到各个工厂及家庭。
第一章-水轮机的类型构造及工作原理PPT课件
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、灯泡式。
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四川农业大学水建系
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四川农业大学水建系
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四川农业大学水建系
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四川农业大学水建系
冲击式水轮机
定义：利用水流的动能来做功的水轮机。 工作原理：利用特殊的导水装置，将高压水流变为
发电机
天然水能
可利用水能
旋转机械能
电能
4
四川农业大学水建系
水能
5
四川农业大学水建系
河段水流的出力
N
E t
rwH12
1 t
rQH12
从这个式子可以看出： 水头和流量是构成水能的两个基本要素，它们是水 电站动力特性的重要特征。
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四川农业大学水建系
水 轮 发 电 机 组
四川农业大学水建系
水轮发电机组
第一章 水轮机的类型、构造及工作原理
第一节 水轮机主要类型 第二节 水轮机工作参数 第三节 水轮机的基本构造 第四节 水轮机型号 第五节 水流在反击式水轮机转轮中的运动 第六节 水轮机的基本方程式 第七节 水轮机效率及最优工况
1
四川农业大学水建系
本节课教学内容及教学要求
1 水轮发电机组的基本概念
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四川农业大学水建系
水头 40—80m
60—130m
120—200m
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四川农业大学水建系
贯流式水轮机
➢ 水流特点：转轮区水流轴向流入，轴向流出； ➢ 结构特点：水轮机主轴装置成水平或倾斜（卧式布置）；
不设蜗壳，水流直贯转轮；
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四川农业大学水建系
贯流式
各类发电机的结构及工作原理
各类发电机的结构及工作原理电力有发输变配用5个环节，其中发电是指利用发电动力装置将水能、化石燃料(煤炭、石油、天然气等)的热能、核能以及太阳能、风能、地热能、海洋能等转换为电能。
发电就需要用到发电机。
常见的有水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动的发电机，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。
发电机主要结构发电机主要机构发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。
定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。
转子由转子铁芯（或磁极、磁扼）绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。
由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。
发电机工作原理发电机的工作原理发电机是基于法拉第电磁感应定律而来的，即一块金属，比如一根铜线，在磁场中运动，金属内部会产生电场。
金属内部的电荷就会沿着电场流动。
如果这块金属不是一个环，电荷就会积累在两端，以电压的形式存在，把这块金属接在一个回路中（回路除金属以外的其他部分并没有在磁场中），就产生了电流，于是，发电机发出了电。
所以，发电机的基本原则就是固定住永磁体或者是金属，让金属或者是永磁体不停的运动，运动是相对的嘛，这样，那块不停的在磁场中运动的金属就会源源不断的发电。
由这一点可以区分不同的发电机，水力发电机就是利用水从高处落下的能量维持金属的运动，火电就是利用火烧开水产生的蒸汽的力量维持金属运动。
发电机分类发电机组类型有很多，按照不同的标准划分有不同类型的机组，例如：1、按照动力来源划分有柴油发电机组、燃气发电机组、汽油发电机组、风力发电机组、太阳能发电机组、水力发电机组、燃煤发电机组等。
2、电能方式按转换的电能方式可分为交流发电机和直流发电机两大类。
交流发电机又分为同步发电机和异步发电机两种。
水轮发电机结构及工作原理介绍_图文
– 中、小容量高转速水轮发电机的转子，常采用 实心磁极结构，整体锻造或铸造而成。转速大 于或等于750r／min的小型水轮发电机，常采用 磁极铁芯连同转子的磁轭与主轴整体锻造加工 。
– 磁极固定方式通常采用螺钉、T尾和鸽尾结构。
• 磁轭与转子支架
– 磁轭的作用是构成磁路并固定磁极。 – 转子支架的作用是固定磁轭。 – 对于定子铁芯外径小于325cm的中小容量的
• 中小型水轮发电机轴承的油循环冷却方式一般为内 循环。
• 水轮发电机制动方式 机械制动、电气制动、混合制动
• 水轮发电机制动系统的组成 制动装置（俗称 风闸）、控制原件、管路系统。
• 机械制动的作用 为避免机组停机减速过程后期时间较长，引起推力瓦的磨损。 一般当机组转速降低到额定转速25%~35%，自动投入制动器， 加闸停机。
– 按布置方式分：可分为卧式和立式两种。
• 卧式水轮发电机适合中小型、贯流及冲击式水轮机。 • 一般低、中速的大、中型机组多采用立式发电机。
– 按推力轴承位置分：立式发电机又分为悬式和伞 式两种。
• 推力轴承位于转子上方的发电机称为悬式发电机，它适 用于转速在100r/min以上。
• 推力轴承位于转子下方的发电机称为伞式发电机，无上 导的称为全伞式，有上导的称为半伞式，它适用于转速 在150r/min以下。
起动试运行的内容和程序 ：
1. 机组起动试运行的工作范围很广，要进行从水工建筑物到 机电设备的全面检查。一般说来包括试验检查和试运行两 大部分，而且以试验检查为主。
2. 起动试运行程序： （1）水轮发电机组试运行前的检查
2. 通过检杳发现尚未完善的工作及工程或设备所存在的缺陷， 及时处理以保证电站能顺利地投产。
水轮发电机的结构(讲义)
弹性垫支承氏推力轴承示意图
导轴承
导轴承是用来承受水轮发电机组转动部分
的径向机械不平衡力和电磁不平衡力，并 约束轴线径向位移和防止轴的摆动，使机 组轴线在规定数值范围内旋转的结构。
1—轴承座；2—密封罩； 3—滑转子；4—主轴； 5—导轴承瓦； 6—套筒； 7—支柱螺钉；8—冷却 器
导轴承结构
发电机制动系统
机座应有足够的刚度，同时还应能适应
铁心的热变形。
铁芯
定子铁芯是定子的一个重要部件，由扇形冲
片、通风槽片、定位筋、齿压板，拉紧螺杆 及固定片等零部件装压而成。 定子铁芯的作用是：作为磁路的主要组成部 分，为发电机提供磁阻很小的磁路，以通过 发电机所需要的磁通，并用以固定绕组。
绕组
三相绕组由绝缘导线绕制而成，均匀地分布
中小型水轮发电机轴承的油循环冷却方式一般为
内循环。
弹性垫支承氏的推力轴承
轴承瓦由弹性垫支承。依靠垫的弹性变形吸收瓦
的不均匀负荷，并使瓦倾斜形成动压承载油楔。
1—螺钉；2—调整垫， 3—镜板；4—弹性垫； 5—绝缘垫；6—机架； 7—轴承座；8—推力 瓦；9—挡油管；l0— 主轴；11—推力头
水轮发电机制动方式 机械制动、电气制动、混合制动 水轮发电机制动系统的组成 制动装置（俗称 风闸）、控制原件、管路系统。 机械制动的作用 为避免机组停机减速过程后期时间较长，引起推力瓦的磨损。一般当机组转速降 低到额定转速25%~35%，自动投入制动器，加闸停机。 对没有配备高压油顶起装置的机组，当经历较长时间的停机之后，再次启动前， 用油泵将压力油打入制动器顶起转子，使推力瓦重新建立油膜，为推力瓦创造良 好的工作条件。 机组检修期间，进行重量转移。 制动器的类型 单向制动器、双向气压复位式。
水轮机原理及构造
水轮机原理及构造1、概述混流式水轮机工作原理：水流经压力钢管在开启蝶阀后进入蜗壳形成封闭的环流〔形成环流是为了使水流作用转轮时，使转轮各方向受力均匀，到达机组稳定运行的目的〕，在导叶开启后，水流径向进入转轮又轴向流出转轮〔所以称之为混流式水轮机〕，在这个过程中由水流和水轮机的相互作用，水流能量传给水轮机，水轮机开始旋转作功。
水轮机带动直流励磁的同步发电机转子旋转后，根据电磁感应原理〔问题〕，在三相定子绕阻中便感应出交流电势，带上外负荷后便输出电流。
注：电磁感应闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生感应电流，这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。
①产生感应电流的必要条件是：a、电路要闭合；b、闭合电路中一部分导体做切割磁感线运动，缺一不可；假设是闭合电路的一部分导体，但不做切割磁感线运动则无感应电流，假设导体做切割磁感线运动但电路不闭合，导体上仍无感应电流则导体两端有感应电压。
②感应电流的方向跟磁场方向和导体切割磁感线运动方向有关三者互相垂直，改变磁场方向或改变导体切割磁感线方向都会改变感应电流的方向。
③在电磁感应现象中机械能转化为电能。
应用：发电机是根据电磁感应原理制成的，它使人们大规模获得电能成为现实。
①交流发电机主要由转子和定子两部分组成，另外还有滑环、电刷等。
②交流电的周期与频率周期和频率是用来表示交流电特点的两个物理量，周期是指交流发电机中线圈转动一周所用的时间，所以单位是“秒”；频率是指每秒钟内线圈转动的周数，它的单位是“赫”。
我国使用的交流电周期为0.02秒，频率是50赫，其意义是发电机线圈转一周用时0.02秒，即1秒内线圈转50周，因为线圈每转一周电流方向改变两次，所以，频率为50赫的交流电在1秒钟内方向改变100次。
2、水轮机的主要类型：水轮机基本类型有：还击式冲击式还击式：混流式〔HL〕、东风：HLA722C-LJ-192HL混流式水轮机设计序号为A722C为L立轴J金属蜗壳192转轮直径为192cm轴流式〔ZL〕：轴流转桨式〔ZZ〕轴流定桨式〔ZD〕、斜流式〔XL〕、贯流式〔GL〕：贯流转桨式〔GZ〕贯流定桨式〔GD〕特点：将位能〔势能〕、动能转换为压能，进行工作；转轮完全淹没在密闭的水体中。
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水轮机的分类
反击式
水轮机
冲击式
• 混流式 • 轴流式 • 斜流式 • 贯流式
• 水斗式 • 双击式 • 斜击式
轴流定浆式 轴流转浆式
全贯流式 半贯流式
利用水流的动能进行工作； 转轮露在空气中。
灯泡式 轴伸式 竖井式
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8
水流在反击式水轮机转轮中的运动
反击式：水流方 向和流速大小受 叶片约束而改变, 从而对叶片一个 反作用力
水轮发电机组结构及工作原理
❖ 主讲：王高理
2016年10月18日
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1
本次培训内容
1 水轮发电机组概述
水 轮
2 水轮机的型号及标称直径
发
3 水轮机的工作参数
电
机
4 公司电厂主机参数
5 水轮机基本结构
6 水轮发电机基本结构
知识分享
2
第一章 水轮机发电机组概述
❖ 坝后式水电站
知识分享
3
水电站的分类
冲击式水轮机：高速射流在空气中冲击转轮
（a）水斗式；
Pelton turbine
（b）斜击式；
inclined jet turbine
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（c）双击式
Banki turbine
22
冲击式水轮机
❖ 水斗式水轮机
亦称切击式水轮机，从喷嘴出来的高速自由射 流沿转轮周围切线方向垂直冲击轮叶。
适用于高水头、小流量的水电站，特别是当水 头超过400m时，常采用水斗式水轮机。
水流在转轮区内沿着与主轴成某一角度的方向流动，其 转轮叶片大多做成可转的形式。
适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40~200m。
1—蜗壳；2—导叶；3—知转识分轮享 叶片；4—尾水管
14
反击式（Reaction Hydraulic Turbine）
斜流式：斜向进流，斜向出流
diagonal flow turbine
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26
小结
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27
水轮发电机组的形式
1、悬挂式发电机:
推力轴承位于转子上方的发电机，它适用于转速在 100r/min以上。其优点是推力轴承损耗小，装配方 便，运转较稳定；缺点是机组高度较大，耗费钢材 多。
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28
悬式发电机
定
上
子 外
下
壳
下导轴承
支撑下导与风闸
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29
2、伞式发电机
❖ 引水式水电站
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4
水电站的分类
❖ 混合式水电站
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5
水轮发电机组
水轮机是将水能转变
水
电
种机械。
机
水轮机与发电机联接
组
成的整体称为水轮发电
机组。
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6
➢ 水轮机的主要类型
水流能量转换特征
反击式 冲击式
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7
利用水流的势能和动能进行工作； 转轮完全淹没在密闭的水体中。
大型水斗式水轮机的应用水头约300~1700m， 小型水斗式水轮机的应用水头约为40~250m。
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23
水斗式水轮机
1—转轮叶片；2—导叶；3—发电机定子；4—发电机转子；5—灯泡体
知识分享
24
冲击式水轮机
❖ 斜击式水轮机
从转轮的一侧进入轮叶再从另一侧流出轮叶。 多用于中小型水电站，适用水头为20~300m。
radiaxial turbine，Francis turbine
1
4
2
3 5
1－主轴；2－叶片；3－导叶； 4－蜗壳；5－尾水管
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11
反击式水轮机
❖ 轴流式水轮机
水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而 在转轮区内水流保持轴向流动。
应用水头约为3~80m，在中低水头、大流量水电站中得 到了广泛应用。
推力轴承位于转子下方，设在下机架上 高压油膜 传力方式：机组转动部分重量→推力头
→镜板→推力轴瓦→下机架→机座→基础
上机架：只支撑上导轴承和励磁机定子。
1—导叶；2—叶片；3—轮毂
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反击式（Reaction Hydraulic Turbine）
轴流式：轴向进流，轴向出流
axial flow turbine, Kaplan turbine
1
4
2
4
3
5
1－导叶；2－叶片；3－轮毂
4－蜗壳；5－尾水管
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13
反击式水轮机
❖ 斜流式水轮机
反击式水轮机
❖ 半贯流式水轮机
半贯流式水轮机有轴伸式、竖井式和灯泡式等装 置形式 。
轴伸式和竖井式结构简单、维护方便，但效率较 低，一般只用于小型水电站。
灯泡贯流式水轮机，其结构紧凑、稳定性好、效 率较高 ，使用广泛。
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18
轴伸贯流式水轮机
1—转轮；2—水轮机主轴；3—尾水管；4—齿轮转动机构；5—发电机
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9
反击式水轮机
❖ 混流式水轮机
水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。 应用水头范围较广，约为20~700m ，结构简单、运行稳
定且效率高，是应用最广泛的一种水轮机。
1—主轴；2—叶知识片分享；3—导叶
10
反击式（Reaction Hydraulic Turbine）
混流式：幅向进流，轴向出流
（a）转轮；（b）斜击式转轮进水示意图
1—管帽；2—知识针分享阀；3—轮叶
25
冲击式水轮机
❖ 双击式水轮机
从喷嘴出来的射流先后两次冲击在转轮叶片上。 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。
1—工作轮；2—喷嘴； 3—调节闸板； 4—舵轮；5—引水管； 6—尾水槽
1－蜗壳；2－导叶；
2
3－叶片；4－尾水管
1
可转动叶片
3 4
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15
反击式水轮机
❖ 贯流式水轮机
一种流道近似为直筒状的卧轴式水轮机，它不设 饮水蜗壳，叶片可做成固定的和可转动的两种。
贯流式水轮机的适用水头为1~25m，适用于低水 头、大流量的水电站。
根据其发电装置形式的不同，分为全贯流式和半 贯流式两类。
全贯流式水轮机的发电机转子直接安装在转轮叶 片的外缘，它的优点是流道平直、过流量大、效
率高。但由于转轮叶片外缘的线速度大、周线长， 因而旋转密封困难，目前已很少使用。
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全贯流式水轮机
1—转轮叶片；2—转轮轮缘；3—发电机转子知轮识辋分享；4—发电机定子；5、6—支柱；7—轴颈； 17 8—轮毂；9—锥形插入物；10—拉紧杆； 11—导叶；12—推力轴承；13—导轴承
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竖井贯流式水轮机
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反击式（Reaction Hydraulic Turbine）
灯泡贯流式：发电机组安装在密闭的灯泡体
through flow turbine bulb turbine
1
1－导叶；2－转轮； 3－发电机；4－灯泡 4
1 2
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冲击式（impulse turbine）