水轮机的输出功率

2. 反击式水轮机的工作水头 毛水头 - 水头损失=净水头 HG=EA- EB=HM - hI-A
3. 冲击式水轮机的水头 HG=ZU- ZZ - hI-A
其中ZU和ZZ分别为上游和水轮机喷嘴处的水头。
4.特征水头(characteristic head) 表示水轮机的运行范围和运行工况。 最大工作水头： Hmax=Z正-Z下min-hI-A 最小工作水头： Hmin=Z死-Z下max-hI-A 设计水头(计算水头) Hr ：
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 N M M 2n 9.81QH 60
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 额定转速n：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，并与发电机的同步 转速相等。
我国统一规定的水轮机牌号由三部分代号组成。
第一部分代表水轮机类型和转轮型号； 第二部分表示水轮机主轴的布置型式及水轮机室特征； 第三部分表示水轮机转轮标称直径D1。
比如：HL240-LJ-140，即混流式，比转速ns=240，立轴金 属蜗壳，转轮直径D1=140cm。
2019/8/17
(五)、水斗式水轮机构造
水斗式水轮机的组成：喷管、折流板、转轮、机 壳、尾水槽
1.喷嘴——由喷嘴、喷管体、导水叶栅、喷针头、 喷杆、操作机构组成
2. 喷针——控制水轮机的过水流量，以行程表示。 3.转轮 ——轮盘、斗叶（沿轮盘均匀分布）。 4.折向器——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。 5. 机壳——把水斗中排出的水引导入尾水槽内。一
叶片数目：与H大小有关，一般为3~8片； 叶片转角Φ：最优工况时Φ=0°，Φ>0，叶片开
始启动，Φ<0向关闭方向转动。 -15° ­>Φ<+20°
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，调整
导叶角度。
叶片转动操作机构
(三)、斜流式水轮机构造
斜流式水轮机构造
第二节 水轮机的主要类型及其构造
水轮机
反击式 冲击式
混流式 轴流式 斜流式 贯流式
水斗式 双击式
轴流定浆式
轴流转浆式
全贯流式
灯泡式
半贯流式 轴伸式
竖井式
斜击式
一、主要类型
(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 特征：转轮的叶片为空
效率区较小，适用于水头变化不大的小型电站。
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)。适用于大型水 电站。
轴流式水轮机
轴流转浆式水轮机转轮
3. 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。
4. 贯流式：水轮机的主轴装置成水平或倾斜。不
(4). 机壳 把水斗中排出的水引导入尾水槽内。一般为铸钢件。 (5). 引水板 防止水流随转轮飞溅到上方，造成附加损失
水斗水轮机的装置方式
(1) 为了提高机组转速及过流量，常在一个转轮上 装设两个或更多个喷嘴。有时又在一根轴上装 设两个(或多个)转轮，以提高机组的单机出力。
(2) 大中型水斗式水轮机多采用立式布置，这样不 仅可使厂房面积缩小，也便于装设多喷嘴。
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。
贯流式机组分类
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。
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：发电机安装在外面，水轮机轴伸出到 尾水管外面。
目前采用的灯泡贯流式水轮机使用水头高达27.3m， 转轮直径7.9m，单机容量达57MW。
广东飞来峡(4×35MW)、宁夏沙坡头(4×30MW)、 甘肃炳灵(5×48MW)等电站，均为灯泡贯流机组。
当水头较低而机组容量又较大时，若水轮机与发电 机的主轴直接联接，则发电机将因转速较低而直径 较大，这会导致灯泡体尺寸过大而使流道水力损失 增加。为此常在水轮机与发电机之间设置齿轮增速 传动机构，使发电机转速比水轮机转速大3-10倍， 从而缩小发电机尺寸，减小灯泡体尺寸，改善流道 的过流条件。但这种增速机构结构复杂，加工工艺 要求较高，传动效率一般较低，因此目前仅应用于 小型贯流式机组。
水流特点：水流从喷嘴射出，沿转轮圆周切线方向冲击 在斗叶上；转轮区水流压力为大气压。
结构特点：由喷嘴和转轮组成，叶片为水斗式。 优点：安装高度不受空化条件限制；应用水头可很高。 适用范围：适用H 变化不大，负荷变化大的电站。
水斗: 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。
斜击式： 由喷嘴出来的射流沿圆周斜向冲击转轮 上的水斗。
双击式：水流两次冲击转轮。 斜击、双击水轮机构造简单，效率低，用于小型 电站。
水斗式水轮机转轮
轮叶 轮盘
斜击式水轮机转轮
双击式水轮机转轮
二、水轮机的基本构造
1、反击式水轮机的主要组成部件： (1) 进水(引水)部件—蜗壳：使水流均匀、旋转，以
水轮发电机组装置原理图
水轮机的工作参数
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 包括：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) HM=EU-ED=ZU-ZD
单机容量：几万kW-几十万kW 特点：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。 三峡水电站即采用了这种水轮机，单机容量70
万kW。是世界上单机容量最大的机组。
混流式水轮机
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。
适用于大流量、低水头。一般水头在50m以下。 轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。高
般为铸钢件。
水流流动方向：
水流→喷管→折流板→转轮→机壳→尾水槽
(1). 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。
水斗的形状
(2). 喷管
组成：喷嘴、喷管体、针阀、喷杆、操作机构 针阀：控制水轮机的过水流量，以行程表示。
多喷嘴安装
广泛应用的喷嘴
(3). 折流板 使针阀缓慢关闭，降低水锤压力，使水流偏离水斗， 避免机组转速升高。
(2) 轴流转浆式多用于低水头大流量的大型电站， 其转轮叶片可以转动（双调节），H、N变化时， 水轮机具有较高的效率。
2. 转轮构造
轴流式水轮机除转轮外，其它部件与混流式相似 组成：叶片、轮毂、主轴、泄水锥、转动机构
2. 转轮构造
叶片 ：表面为曲面，断面为翼形，根部厚，边缘 薄，以承受水流作用的抟矩。
最小水头损失送入转轮室。 (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(尾水管)：回收能量、排水至下游。 2、冲击式水轮机的主要组成部件：喷管，转轮，折
流器，机壳，射流制动器等组成。
(一)、混流式水轮机基本构造 水流—蜗壳—座环—导叶—转轮—尾水管—下游
间扭曲面，流过转轮的 水流是连续的，而且在 同一时间内，所有转轮 叶片之间的流道都有水 流通过，水流充满转轮 室。
反击式水轮机原理
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：水流径向流入转轮，轴向流出。 适用范围：H=30-450式水轮机通常采用卧式布置，这样 可简化结构、降低造价，并便于安装和维护。
1.4 水轮机的型号
水轮机的牌号就是水轮机的姓名，其目的是为了统一产品 规格，提高产品质量，便于选择使用。
表明水轮机性能有两个主要参数：转轮直径D1和水轮机的 比转速ns，所以在水轮机牌号上不仅要表明是什么类型的 水轮机，而且要表示它的转轮直径和比转速。
3. 导水机构
导水机构结构图
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、接力器。 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。也称为活动导叶。 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。
水轮机发额定出力时的最小水头。 平均水头： Hav =Z上av-Z下av
二、流量(m3/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=Hr、N=N额时，Q为最大。 在Hr、nr、Nr 运行时—— Qr(设计流量)
接力器
接力器用于操作控制环的转动
5. 转轮
水能机械能 组成：轴、上冠、叶片、下环、止漏环、泄水锥
6. 尾水管
作用：引导水流进入下游河道，并回收部分动能 和势能。
龙滩水电站尾水管施工
(二)、轴流式水轮机的构造
1. 轴流式水轮机特点
(1)转速高，当H，N相同时，转速是混流式水轮机 的2倍，尺寸较小。
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。