水轮发电机组培训课件
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水轮发电机组基础知识培训
2.5 混流式水轮机的导水机构： 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。 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水量，改变水轮机的出 力，使其与水轮发电机的电磁功率相应。 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地流入转轮。
1.2.2 流量： 单位时间内通过水轮机的水流体积称为流量，其代表符号为Q，单位为m³ /s. 1.2.3 出力和效率： 单位时间内水轮机主轴所输出的功称为水轮机的出力。又可以称为功率，用N表示，单 位用KW表示。 eg：具有一定水头和流量的水流通过水轮机时，水流的出力为： Ns=9.81QH（kw） 但水轮机不可能将水流的出力全部转换和输出，由于水轮机在能量转换的过程中，会 产生一定的损耗，因此水轮机的出力必然小于水流的功率。 水轮机的出力N与水流的功率Ns之比，称为水轮机的效率，用η表示，即 η=N/Ns （%） 由上可得出，水轮机的出力又可写成: N=Nsη=9.81QHη (kw)
1.3 水轮发电机的分类和型号： 1.3.1 水轮机的类型：
水流的压力能转 变为机械能
水轮机
水流的高速射流动能 转变为机械能
反击式水轮机
斜流式
贯流式
冲击式水轮机
混流式
切击式 双击式
轴流式
斜击式
1.3.1.1
反击式水轮机类型：
①、混流式水轮机：混流式水轮机结构简单，运行可靠， 效率高，应用于水头，大、中、小 型高水头电站 。
水流
水流
斜流式水轮机
1.3.1.2
冲击式水轮机类型：
①、切击式（水斗式）水轮机：结构简单，射流在转轮旋 转平面之内。用于水头大于100m的中、小型高水头小流量 电站。
水轮发电机油、水、气系统培训课件
第四部分 机组气系统结构原理
气系统由空气围带供气和发电机制动供气两部分组成
4.1 空气围带供气
当检修主轴密封或长时间停机时，操作电磁空气阀使围带充气密封。围带供气气压为 0.5～0.7MPa，供气量为3L/次，进气口设有压力开关供监视，机组启动前应关闭供气阀， 打开排气阀，排除围带中的压缩空气。 4.2 发电机制动供气
机组的稳定性。
水轮机主要由以下几个部分组成：（1）埋入部分：管型座、尾水管里衬、发电机框架 等；（2）固定部分：导水机构、转轮室等；（3）转动部分：转轮、主轴、水导水封、受油 器等；（4）油、水、气等辅助系统及辅助设备。
1.2 发电机结构特点
在发电机整体结构上，根据厂家发电机的技术优势，充分考虑石虎塘发电机中容量、低 转速的特点，采用具有足够轴系稳定裕量的两导轴承支撑结构。定子机座、转子中心体、 轴承支架、灯泡头等采用具有足够的强度和刚度，以保证机组运行的安全可靠性。同时考 虑总体布置和分部件维护的简便性。 根据发电机结构说明，发电机主要由定子、转子、组合轴承、通风冷却系统、灯泡头、 支撑、自动化系统及其他辅助部件组成。 1.3 机组辅机结构特点
第三部分 机组水系统结构原理
水系统由冷却水供水系统、机组排水系统、水力监测系统等部分组成 3.1 冷却水供水系统 （1）发电机冷却水系统的取水方式是前流道取水循环冷却机组，由技术供水泵、6只
空气冷却器、管路、管路附件及流量、压力测量等自动化元件组成。每只空气冷却器前后
设闸阀，并配有排气、排水管口。 空气冷却器水循环路径为：技术供水泵→空冷器→总出水管→进口流道。 （2）每台机组设有2台轴承油冷器，并联方式布置，布置在轴承回油箱外。技术供水 系统提供油冷器冷却水。油冷器设计裕量充分，保证油冷器能安全稳定运行，油冷却器出 口处设流量信号器和流量调节阀，前后设球阀，并配有排气、排水管路。 轴承油冷却器水循环路径为：技术供水泵→油冷却器→进口流道。
水轮发电机技术讲课PPT课件
2、轴密封系统分为工作密封和检修密封两部分。在主轴通过顶盖的部位设 置工
作密封。密封采用恒压式径向密封，其密封水压为0.8MPa～1MPa。工作 密封能
在不拆卸主轴、水轮机导轴承、导水机构、管路系统和顶盖排水设施的情 况下进
行检查、调整和更换密封元件。密封环为自补偿型。
3 、 在 机 组 停 机 导 水 叶 漏 水 较 大 时第，22页为/共防5止0页水 进 入 顶 盖 ， 在 工 作 密 封 下 方 设
片 最大轴向力4750kN，但不包括水轮机转动部分惯量 6、额定效率95.08 %及以上最高效率96.56 %及以上 7、制造厂家：上海福伊特西门子水电设备有限公司
16
第16页/共50页
第二章 水轮机的构造
概述：我厂水轮机采用上海福伊特西门子水电设备有限公司生产的 HL270-LJ-
680型混流式水轮机。是将水能转换为机械能的的一种水力机械，主要由 引水部
2）水电厂电能生产及送出示意图：天然水流—坝—水库—取
水口—压力钢管—水轮机—发电机—输变电装置—用户
3）流量的调节过程：调节命令（上位机）—机组现地LCU—调
速器电气部分—调速器机械部分—液压接力器—控制环—导叶拐 臂—导叶开度改变—改变进入水轮机的流量。
4）请写出有功功率与水头和流量的关系式。
5）请说出我厂设计防洪水位是多少？
目的。导叶均匀布置在座环上，其断面为流线型。导水机构接力器型式有 导管直
缸式、摇摆式、双直缸式和小直缸式。我厂接力器采用双直缸式。
2、导叶采用不锈钢整体铸造，共计24个。每个导叶设有3个自润滑导轴承 支承，
1个座落在底环中，另2个在顶盖中。导叶轴上部设有一个可调整的自润滑 推力轴
承。导叶设有摩擦限位装置，在导叶轴穿过顶盖处的轴承套上设有活动导 叶轴密
《水电站水轮发电机》课件
02
水电站水轮发电机的结构与组 成
水电站水轮发电机的主体结构
01
02
03
转子
转子是水轮发电机的核心 部件，由主轴、磁轭和励 磁绕组组成，用于产生旋 转磁场。
定子
定子固定在水轮发电机机 座上，由铁芯和绕组组成 ，用于产生感应电动势。
轴承
轴承是连接水轮发电机转 子和机座的部件，用于支 撑转子并传递扭矩。
《水电站水轮发电机》 ppt课件
目录
Contents
• 水电站水轮发电机概述 • 水电站水轮发电机的结构与组成 • 水电站水轮发电机的运行与维护
目录
Contents
• 水电站水轮发电机的故障诊断与处 理
• 水电站水轮发电机的未来发展与展 望
01 水电站水轮发电机概述
水电站水轮发电机的定义与特点
监测电机电流、电压、功率等 电气参数，判断电气系统状态
。
油液分析
通过对润滑油和液压油的化验 分析，判断机械部件磨损情况
。
控制系统自诊断
利用控制系统的自诊断功能， 检测控制电路板、传感器和执
行器的工作状态。
水电站水轮发电机的故障处理措施
定期维护保养
按照规定周期对水轮发电机进 行维护保养，确保机器处于良
智能化控制技术
引入先进的传感器和控制系统，实 现水轮发电机的远程监控和智能控 制。
复合材料的应用
利用复合材料提高水轮机的耐磨、 耐腐蚀性能，延长使用寿命。
水电站水轮发电机在新能源领域的应用
抽水蓄能电站
利用水轮发电机进行抽水蓄能，解决电网调峰问题。
潮能、波浪能发电
结合水轮发电机技术，开发利用潮汐能和波浪能等新能源。
控制系统
水轮发电机组培训课件
制动系统
• 发电机采用机械制动的方式，在下机架支臂上均匀装设了 4只具有气复位功能的制动器，每个制动器上均安装了复 位信号发送装置，制动器也作为发电机转子顶起装置的一 部分。
集电环和碳刷 • 发电机最上端的集电环和碳刷，其作用是将静止
的励磁系统输出的电流送入旋转的转子线圈。
下风罩
• 下风罩安装在主轴法兰连接处，构成发电机的密闭仓，下 风罩也作为发电机的安装平台及水轮机吊车的支撑体。
• 检修密封在工作密封下方，采用空气压迫橡胶带式密封结构，当机组检修时，向空气 围带内充入0.5-0.7MPa压缩空气，橡胶围带膨胀而使围带的密封唇边与主轴贴紧起到 密封作用。正常运行中严禁将检修密封投入，否则会造成橡胶围带磨损损坏。
• 定子 • 转子 • 上机架 • 下机架 • 空气冷却系统 • 制动系统 • 集电环和刷架 • 检测保护系统 • 灭火系统 • 上盖板和下风罩 • 大轴等部分组成。
尾水管
• 尾水管结构：锥管、肘管。 • 尾水管作用：锥管主要为转轮室补气测压监视；肘管主要
作用是排水、补气测压监视。
导水机构
• 水轮机导水机构的作用，主要是形成和改变进入转轮水流 的环量，采用转动式的性能良好的多导叶控制，保证水流 以很小的能量损失，在不同的流量下沿圆周均匀进入转轮。
主轴
• 水导轴承为自循环稀油润滑筒式轴承，外循环冷却，采用巴氏合金轴 瓦，具有自润滑循环方式，运行中透平油因离心力从转动油盆自下沿 轴瓦上约45°的螺旋导油槽进入上油盆，其间对轴瓦进行润滑、冷却， 透平油在上油盆内进行冷却，冷却后因自重又回到转动油盆中，如此 往复不止从而起到润滑和冷却的效果。
轴承密封
• 主轴密封分工作密封和检修密封两种。
• 工作密封采用活塞式橡胶平板接触密封，由转环、密封座、橡胶密封环等组成，工作 时，通过技术供水将橡胶密封环顶起，与转环直接接触，达到密封的效果。橡胶密封 环通过泄漏水进行润滑、冷却，磨损后可自动调整复位，上密封座上有压力水进口和 排沙口，密封效果较好。
卧式水轮发电机组的安装精品课件
60°~90°范围内与轴颈接触，要求每平 方厘米2~3点，同时，轴瓦表面的油沟、 油槽、边沿都应修刮成圆滑的斜坡。 • (4)顶部为设计总间隙，两侧间隙应均匀 而且是顶部间隙的一半。(压铅法测量)
第12页，共31页。
第二节 卧式混流式的安装
第13页，共31页。
第三节 卧式发电机的安装
• 质量要求： • 1、主轴法兰按水轮机法兰找正时，偏心量不大于0.04mm；
③、两支点结构。
二、卧式水轮发电机组的安装
• 1、埋设部件
• 2、机组的安装高程和轴线 方位
• 3、实际轴线检查与调整
第3页，共31页。
第二节 卧式混流式的安装
• 一、卧式涡流式水轮机的结构特点和安装程序
第4页，共31页。
第二节 卧式混流式的安装
• (1)金属蜗壳与座环作成整体，带有底座和地脚螺栓，是 安装的基准件。
NM NM2JNM
第17页，共31页。
第四节 卧式机组轴线的检查和调整
第18页，共31页。
第四节 卧式机组轴线的检查和调整
第19页，共31页。
第四节 卧式机组轴线的检查和调整
第20页，共31页。
第四节 卧式机组轴线的检查和调整
• 2、发电机轴线的检查、调整
第21页，共31页。
第四节 卧式机组轴线的检查和调整
第5页，共31页。
第二节 卧式混流式的安装
• 卧式混流式水轮机的安装程序 • (1)埋设层水管直锥段。 • (2)蜗完连同弯管、压力管水平段的埋设。 • (3)导水机构预装配。
• (4)转动部分的组合、检查。 • (5)安装轴承座、轴瓦研刮。
• (6)水轮机正式安装。
• (7)与发电机连轴，轴线检查及调整。 • (8)安装附属装置。
第12页，共31页。
第二节 卧式混流式的安装
第13页，共31页。
第三节 卧式发电机的安装
• 质量要求： • 1、主轴法兰按水轮机法兰找正时，偏心量不大于0.04mm；
③、两支点结构。
二、卧式水轮发电机组的安装
• 1、埋设部件
• 2、机组的安装高程和轴线 方位
• 3、实际轴线检查与调整
第3页，共31页。
第二节 卧式混流式的安装
• 一、卧式涡流式水轮机的结构特点和安装程序
第4页，共31页。
第二节 卧式混流式的安装
• (1)金属蜗壳与座环作成整体，带有底座和地脚螺栓，是 安装的基准件。
NM NM2JNM
第17页，共31页。
第四节 卧式机组轴线的检查和调整
第18页，共31页。
第四节 卧式机组轴线的检查和调整
第19页，共31页。
第四节 卧式机组轴线的检查和调整
第20页，共31页。
第四节 卧式机组轴线的检查和调整
• 2、发电机轴线的检查、调整
第21页，共31页。
第四节 卧式机组轴线的检查和调整
第5页，共31页。
第二节 卧式混流式的安装
• 卧式混流式水轮机的安装程序 • (1)埋设层水管直锥段。 • (2)蜗完连同弯管、压力管水平段的埋设。 • (3)导水机构预装配。
• (4)转动部分的组合、检查。 • (5)安装轴承座、轴瓦研刮。
• (6)水轮机正式安装。
• (7)与发电机连轴，轴线检查及调整。 • (8)安装附属装置。
水轮发电机组培训PPT
术语和定义
7、发电机热备用状态：系指发电机起动前的检查工作已全部完成，发电 机出口刀闸在合上，发电机处于随时能够立即起动升压并列的状态。 8、发电机冷备用状态：系指发电机起动前的检查工作已全部完成，发电 机出口刀闸在断开位置，发电机处于随时能够立即起动升压并列的状 态。 9、发电水头：水电厂水轮发电机组发电时水库水位与尾水位之差。 10、死水位：是指为满足兴利要求,在正常运行情况下允许水库消落的最 低水位。 11、正常高水位：是指水库在正常运用的情况下，为满足设计的兴利要 求允许保持的高水位。 12、防洪限制水位：是指按汛期防洪要求限制水库兴利,水库在汛期为满 足防洪等综合利用要求所允许蓄水的上限水位。 13、发电耗水率：水电厂水轮发电机组发电时每千瓦时电量所消耗的水 量（立方米/千瓦时）。
八、水轮发电机组启动具备条件
1、机组进水口闸门、检修闸门和尾水闸门应全开。 2、机组引水系统正常。 3、机组调速系统正常。 4、机组励磁系统正常。 5、机组制动系统正常。 6、机组油、气、水系统正常。 7、机组二次及所有保护正常投入。 8、机组所有辅助系统正常。 9、机组一次部分正常。 10、机组各项试验合格。
二、发电机基本参数
名 称 型 号 额定容量 额定功率 额定电压 额定电流 功率因数 额定励磁电压 额定励磁电流 额定转速 飞逸转速 额定频率 测速方式 励磁方式 通风冷却方式 单位 #1—#4发电机
MVA MW kV A V A r/min r/min HZ
311.1
15.75 11404 0.9(滞后) 353 2081 93.75 185 50 残压测频和齿盘测频 静止可控硅励磁 密封自循环无风扇空气冷却
五、水轮发电机组异常运行情况
1、水轮发电机组推力、上导、水导、下导轴承温度升高故障信号。 2、发电机冷风、热风温度升高故障信号。 3、各轴承油槽油面过高、过低故障信号。 4、各轴承冷却水中断故障信号。 5、水轮机顶盖水位过高故障信号。 6、集油槽油面过低或过高故障信号。 7、漏油箱油面过高故障信号。 8、剪断销剪断故障信号。 9、开停机未完成故障信号。 10、风闸未复归故障信号。 11、摆度、振动过大故障信号。 12、控制回路断电故障信号。 13、主轴密封润滑水中断故障信号。
水轮发电机组培训PPT分解
6、发电机运行电压的变动范围在额定电压的±5%(14.962～16.537kV) 以内，而功率因数为额定值时0.95，其额定容量不变。发电机最高运 行电压不得超过额定值的110%(17.325kV)，最低运行电压不得低于 90%(14.175kV)。 7、系统频率经常保持在50Hz运行，偏差不超过±0.2 Hz，发电机可按 额定容量运行。当系统频率偏差超过50±0.2Hz时，应主动调整，使 系统频率恢复到50±0.2Hz范围内，禁止升高或降低频率运行。 8、发电机运行时,其中性点必须经接地变压器接地,不允许中性点不接地 或直接接地运行。 9、当机组运行水头低于设计水头（64m）时，发电机应按《水轮机运转 特性曲线》上的功率限制线接带有功负荷，以节约用水。 10、在额定负荷下连续运行时，发电机三相电流之差不超过额定电流的 15%，同时任一相电流不得大于额定电流值，当超过上述值时，应立 即汇报集控中心值班调度员和生产厂长。并密切监视机组的振动和转 子的温度变化情况，迅速查明原因，消除不平衡电流。 11、水轮发电机组本体、励磁系统、计算机监控系统、冷却系统等主要 附属设备应保持完好，保护装置及测量仪表和信号装置等应准确可靠。
发电机基本技术要求
11、发电机各轴承温度不得超过规定值。发电机各轴承油槽的运行油面规定值。 12、发电机推力轴承油温不得低于15℃，上导、下导和水导轴承油温不得低于 10℃否则应设法加温。 13、发电机组在备用期间，备用机组时间达10天左右，将机组空转或用高压油 泵将机组转子顶起一次。 14、机组大修或推力油槽排油后，在机组启动前，必须用高压油泵将机组转子顶 起，使推力轴瓦与镜板间形成油膜。 15、运行中出现冷却水中断应立即检查。并密切监视瓦温和油温不得超过规定值。 16、离相封闭母线外壳相序标志（A、B、C）完好。 17、离相封闭母线支持结构的金属部分应可靠接地，母线外壳短路板至少应有一 个可靠的接地点。 18、离相封闭母线与设备的连接端密封完好，以防止灰尘的侵入和设备故障波及 母线。 19、离相封闭母线中的电流互感器，应采用活动连接。 20、封闭母线与发电机出口连接处、封闭母线与发电机中性点连接处、封闭母线 与发电机出口断路器两侧连接处、封闭母线与主变连接处的每相设置的红外 线导体测温装置完好。
发电机培训课件
置等各装置投入运行正常。 1.4 检查机组制动系统正常，制动气源压力正常，
风闸在落下状态。 1.5 检查蝶阀已全开。 1.6投入机组技术供水系统，检查技术供水运行正
常。
1.7对空气围带排气降至“0”位。 1.8检查调速器现地控制柜在“手动”方式。 1.9拔出机组接力器锁锭。 1.10 在调速器现地控制柜上缓慢增加导叶开度开机
3.下机架 下机架位于立式水轮发电机转子下部与基础相连接
的支撑部件。通常用于装设下导轴承。
4.上机架 上机架位于立式水轮发电机转子上部，并与定子机
座相连接的支撑部件。上机架中心安装有上导轴承 和推力轴承，防止发电机主轴晃动，使它稳定的处 于中心位置，同时推力轴承承受整个机组的重量。
5.发电机定子 发电机定子铁芯由导磁良好的硅钢片叠成，在
至空转，监视机组转速升至额定值。（转速以齿 盘测速为准）。
1.11投入励磁，调整发电机定子电压至额定。 1.12根据要求投入自动准同期装置并网。 1.13 根据要求增加机组负荷至要求值。 1.14 监视机组运行正常。
2.开机过程中注意事项
2.1开机过程中，严密监视转速上升情况，严禁过 速。
2.2机组在建压过程中，严密监视启励建压情况， 如有异常立即停机检查。
当发电机三相定子绕组输出回路接负载时就产生
交变三相电流，此交变电流产生的磁场在发电机
定子、转子形成旋转磁场，而在发电机三相定子
绕组中产生交变感应电势。当发电机三相定子绕
组输出回路接负载时就产生交变三相电流，此交
变电流产生的磁场在发电机定子、转子形成旋转
磁场，并且定子绕组产生的旋转磁场与发电机转
子的旋转磁场同向，同速，当发电机转子磁极对 数p一定时，发电机的转速n与电势的频率f有严 格不变的关系，即同步关系，f=p·n/60；其中f---同步发电机电势的频率(Hz);p----同步发电机的 磁极对数;n----同步发电机转子的转速(r/min)。
风闸在落下状态。 1.5 检查蝶阀已全开。 1.6投入机组技术供水系统，检查技术供水运行正
常。
1.7对空气围带排气降至“0”位。 1.8检查调速器现地控制柜在“手动”方式。 1.9拔出机组接力器锁锭。 1.10 在调速器现地控制柜上缓慢增加导叶开度开机
3.下机架 下机架位于立式水轮发电机转子下部与基础相连接
的支撑部件。通常用于装设下导轴承。
4.上机架 上机架位于立式水轮发电机转子上部，并与定子机
座相连接的支撑部件。上机架中心安装有上导轴承 和推力轴承，防止发电机主轴晃动，使它稳定的处 于中心位置，同时推力轴承承受整个机组的重量。
5.发电机定子 发电机定子铁芯由导磁良好的硅钢片叠成，在
至空转，监视机组转速升至额定值。（转速以齿 盘测速为准）。
1.11投入励磁，调整发电机定子电压至额定。 1.12根据要求投入自动准同期装置并网。 1.13 根据要求增加机组负荷至要求值。 1.14 监视机组运行正常。
2.开机过程中注意事项
2.1开机过程中，严密监视转速上升情况，严禁过 速。
2.2机组在建压过程中，严密监视启励建压情况， 如有异常立即停机检查。
当发电机三相定子绕组输出回路接负载时就产生
交变三相电流，此交变电流产生的磁场在发电机
定子、转子形成旋转磁场，而在发电机三相定子
绕组中产生交变感应电势。当发电机三相定子绕
组输出回路接负载时就产生交变三相电流，此交
变电流产生的磁场在发电机定子、转子形成旋转
磁场，并且定子绕组产生的旋转磁场与发电机转
子的旋转磁场同向，同速，当发电机转子磁极对 数p一定时，发电机的转速n与电势的频率f有严 格不变的关系，即同步关系，f=p·n/60；其中f---同步发电机电势的频率(Hz);p----同步发电机的 磁极对数;n----同步发电机转子的转速(r/min)。
第一章-水轮机的类型构造及工作原理PPT课件
分类: 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、灯泡式。
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四川农业大学水建系
20
四川农业大学水建系
21
四川农业大学水建系
22
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。
6
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
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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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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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贯流式
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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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
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水能
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河段水流的出力
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rwH12
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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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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
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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
水电站培训资料(PPT52页)
湖北二电电气有限公司 14
6.多级节能水轮机
我公司在管道 供水系统成功替
代减压井
湖北二电电气有限公司 15
五、 水轮机蜗壳的形式
一、蜗壳的功用及型式 (一) 功用
蜗壳是水轮机的进水部件，把水流以较小的水头 损失，均匀对称地引向导水机构，进入转轮。设 置在尾水管末端。 (二) 型式 混凝土蜗壳和钢蜗壳。
❖ 铸钢蜗壳：H>200m时，钢板太厚，不易焊接，与
座环一起铸造而成的铸钢蜗壳，其运输困难。
湖北二电电气有限公司 18
六、尾水管的型式 一、尾水管型式
1.直锥形——用于小型水轮机 2.弯锥形——用于卧轴水轮机 3.弯肘形——（大中型电站）
湖北二电电气有限公司 19
二、常见尾水管的形式
湖北二电电气有限公司
❖ 定子线圈嵌放在定子槽内，组成三相绕组，每相 绕组由多个线圈组成，按一定规律排列，见图。
29
1、定子
a、定子铁芯
湖北二电电气有限公司
定子铁芯是定子的—个重要部件。它是磁路的主要 组成部分并用以固定线圈。在发电机运行时，铁芯 要受到机械力、热应力及电磁力的综合作用。由于 铁芯中的磁通量是随着转子的旋转而交变的，为提 高效率、减少铁芯涡流损耗，铁芯一般由0.350.5mm厚的两面涂有绝缘漆的扇形硅钢片叠压而成。 空冷式发电机铁芯沿高度方向分成若干段，每段高 40-45mm，段与段间以“工”字形衬条隔成通风沟， 供通风散热之用。铁芯上、下端有齿压板，通过定 子拉紧螺杆将叠片压紧。通过定位筋和托板将整个 铁芯固定在机座的内侧。铁芯内圆有矩形嵌线槽， 用以嵌放线圈绕组。
《水 电 站》
水力发电是当今可再生资源发电技术中最成熟，最具有大 规模开发条件和商业化的发展方式，我国水力资源蕴藏量世界 第一，水力发电是我国最重要的可再生能源，是第一大清洁能 源，1949年全国水电装机容量仅有163MW，现已突破2.3亿 KW，居世界首位。
6.多级节能水轮机
我公司在管道 供水系统成功替
代减压井
湖北二电电气有限公司 15
五、 水轮机蜗壳的形式
一、蜗壳的功用及型式 (一) 功用
蜗壳是水轮机的进水部件，把水流以较小的水头 损失，均匀对称地引向导水机构，进入转轮。设 置在尾水管末端。 (二) 型式 混凝土蜗壳和钢蜗壳。
❖ 铸钢蜗壳：H>200m时，钢板太厚，不易焊接，与
座环一起铸造而成的铸钢蜗壳，其运输困难。
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六、尾水管的型式 一、尾水管型式
1.直锥形——用于小型水轮机 2.弯锥形——用于卧轴水轮机 3.弯肘形——（大中型电站）
湖北二电电气有限公司 19
二、常见尾水管的形式
湖北二电电气有限公司
❖ 定子线圈嵌放在定子槽内，组成三相绕组，每相 绕组由多个线圈组成，按一定规律排列，见图。
29
1、定子
a、定子铁芯
湖北二电电气有限公司
定子铁芯是定子的—个重要部件。它是磁路的主要 组成部分并用以固定线圈。在发电机运行时，铁芯 要受到机械力、热应力及电磁力的综合作用。由于 铁芯中的磁通量是随着转子的旋转而交变的，为提 高效率、减少铁芯涡流损耗，铁芯一般由0.350.5mm厚的两面涂有绝缘漆的扇形硅钢片叠压而成。 空冷式发电机铁芯沿高度方向分成若干段，每段高 40-45mm，段与段间以“工”字形衬条隔成通风沟， 供通风散热之用。铁芯上、下端有齿压板，通过定 子拉紧螺杆将叠片压紧。通过定位筋和托板将整个 铁芯固定在机座的内侧。铁芯内圆有矩形嵌线槽， 用以嵌放线圈绕组。
《水 电 站》
水力发电是当今可再生资源发电技术中最成熟，最具有大 规模开发条件和商业化的发展方式，我国水力资源蕴藏量世界 第一，水力发电是我国最重要的可再生能源，是第一大清洁能 源，1949年全国水电装机容量仅有163MW，现已突破2.3亿 KW，居世界首位。
水轮机教学课件PPT
• 表3-3，表3-4（p73): 反击式水轮机转轮暂行系列型谱 • 可根据电站水头直接从型谱表中选择适用的机型 • 有两种以上的机型可选时，应做方案比较
（2）采用套用机组和通用机型
• 要求设备系列化、标准化、通用化 • 水轮发电设备制造和已建电站的运行情况
N 3000kW
大中型机组
D1 2.75m
三、用主要综合特性曲线选择水轮机的主要参数
• 过程：
• 根据相似公式计算出原形水轮机的主要参数（D1、n) • 把已选定的原形水轮机参数反过来换算成模型参数 • 将模型参数放置到模型主要综合特性曲线上，检验所选水轮机工作
条件是否合理（即检验高效区）
• 步骤：
• 选择计算点→n’1, D’1 → D1，n
用此△η对一般效率进行修正，即 p m • 转桨式：由于ηmmax= ηm（φ），故每个φ应分别修正
在不同的φ角下， △η值也不同
• 单位转速n‘1和单位流量Q’1的修正
• 前一节中，理论上认为原、模型n’ 、Q’1一致 • 实际上，考虑原、模型水轮机的效率差别后，原、模
型n’1 、Q’1就不一致 • 原、模型n’1 、Q’1的修正原因：水轮机的效率差别，特
D1,m D1, p
• •
轴流式 说明
p max
1 0.3(1mmax ) 0.7(1mmax )5
D1,m D1, p
10 Hm Hp
1. 已知ηmmax→ηpmax 2. 公式中ηm 应取最大值 3. 对于混流式水轮机， 最优效率点是唯一的
轴流转桨式， ηmmax= ηm（φ），每一个φ→ ηmmax 效率修正时应分别对待
• N总、Hr 已定的情况下 • 不同机组台数，则单机容量、转轮直径、转速、型号
（2）采用套用机组和通用机型
• 要求设备系列化、标准化、通用化 • 水轮发电设备制造和已建电站的运行情况
N 3000kW
大中型机组
D1 2.75m
三、用主要综合特性曲线选择水轮机的主要参数
• 过程：
• 根据相似公式计算出原形水轮机的主要参数（D1、n) • 把已选定的原形水轮机参数反过来换算成模型参数 • 将模型参数放置到模型主要综合特性曲线上，检验所选水轮机工作
条件是否合理（即检验高效区）
• 步骤：
• 选择计算点→n’1, D’1 → D1，n
用此△η对一般效率进行修正，即 p m • 转桨式：由于ηmmax= ηm（φ），故每个φ应分别修正
在不同的φ角下， △η值也不同
• 单位转速n‘1和单位流量Q’1的修正
• 前一节中，理论上认为原、模型n’ 、Q’1一致 • 实际上，考虑原、模型水轮机的效率差别后，原、模
型n’1 、Q’1就不一致 • 原、模型n’1 、Q’1的修正原因：水轮机的效率差别，特
D1,m D1, p
• •
轴流式 说明
p max
1 0.3(1mmax ) 0.7(1mmax )5
D1,m D1, p
10 Hm Hp
1. 已知ηmmax→ηpmax 2. 公式中ηm 应取最大值 3. 对于混流式水轮机， 最优效率点是唯一的
轴流转桨式， ηmmax= ηm（φ），每一个φ→ ηmmax 效率修正时应分别对待
• N总、Hr 已定的情况下 • 不同机组台数，则单机容量、转轮直径、转速、型号
水轮发电机的结构(讲义) ppt
概述
❖ 水轮发电机组的型式
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。
其主要作用是承受立轴水轮发电机组转动部分全部重 量及水推力等负荷，并将这些负荷传给负荷机架。
❖ 推力轴承的分类
推力轴承支承结构方式主要有弹性垫支承式、刚性抗 重螺栓支承式、弹性油箱支承和平衡块支承式四种。
弹性垫支承式只用于小容量的立轴发电机；弹性油箱 支承和平衡块支承式用于大中型发电机；中小型水轮 发电机的推力轴承一般采- 用刚性抗重螺栓支承方式。
❖ 机架由中心体和支臂组成，一般采用钢 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、下机架， 按承载性质分为负荷机架和非负荷机架 。
-
推力轴承
❖ 推力轴承的组成和作用
推力轴承是应用液体润滑承载原理的机械结构部件， 主要由轴承座及支承、轴瓦、镜板、推力头、油槽及 冷却装置等部件组成。
三相绕组接成Y形，它的作用是当转子磁极 旋转时，定子绕组切割磁力线而感应出电势。
-
-
-
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定子叠片加固
-
传递转矩的 主要部件，一般由主轴、转子支架、磁轭、 磁极等部件组成。
立轴水轮发- 电机转子结构
❖ 主轴
主轴的作用是用来传递扭矩，应具有一 定的强度和刚度。
机座应有足够的刚度，同时还应能适应 铁心的热变形。
❖ 水轮发电机组的型式
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。
其主要作用是承受立轴水轮发电机组转动部分全部重 量及水推力等负荷，并将这些负荷传给负荷机架。
❖ 推力轴承的分类
推力轴承支承结构方式主要有弹性垫支承式、刚性抗 重螺栓支承式、弹性油箱支承和平衡块支承式四种。
弹性垫支承式只用于小容量的立轴发电机；弹性油箱 支承和平衡块支承式用于大中型发电机；中小型水轮 发电机的推力轴承一般采- 用刚性抗重螺栓支承方式。
❖ 机架由中心体和支臂组成，一般采用钢 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、下机架， 按承载性质分为负荷机架和非负荷机架 。
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推力轴承
❖ 推力轴承的组成和作用
推力轴承是应用液体润滑承载原理的机械结构部件， 主要由轴承座及支承、轴瓦、镜板、推力头、油槽及 冷却装置等部件组成。
三相绕组接成Y形，它的作用是当转子磁极 旋转时，定子绕组切割磁力线而感应出电势。
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定子叠片加固
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传递转矩的 主要部件，一般由主轴、转子支架、磁轭、 磁极等部件组成。
立轴水轮发- 电机转子结构
❖ 主轴
主轴的作用是用来传递扭矩，应具有一 定的强度和刚度。
机座应有足够的刚度，同时还应能适应 铁心的热变形。
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轴承密封
• 主轴密封分工作密封和检修密封两种。
• 工作密封采用活塞式橡胶平板接触密封，由转环、密封座、橡胶密封环等组成，工作 时，通过技术供水将橡胶密封环顶起，与转环直接接触，达到密封的效果。橡胶密封 环通过泄漏水进行润滑、冷却，磨损后可自动调整复位，上密封座上有压力水进口和 排沙口，密封效果较好。
定子
• 发电机定子由定子机座、定子铁芯、定子 线圈等组成，发电机定子线圈采用F级绝缘， 有防晕措施。
转子
• 转子由磁轭和磁极等部件组成，磁轭下端装有制动环。转子绝缘为F 级，磁极线圈由五边形铜排绕成，匝间采用环氧玻璃布绝缘，两端用 环氧玻璃布板经热压成整体，极身绝缘为特制的环氧玻璃布绝缘套。 转子磁轭用铸钢，分两段热套于轴上，转子上装有纵横阻尼绕组、扇 形阻尼环及极间不连接阻尼环，发电机主轴为中空结构，内部安装了 转子电流输入电缆。
上机架
• 上机架是发电机的承重机架，用来支撑水 轮发电机组轴向负荷及部分径向负荷，上 机架中心油盆内安装了推力轴承和上导轴 承。
下机架
• 下机架是用来支撑下导轴承及制动器，下 机架中心油盆内安装了下导轴承，在顶转 子时，下机架要承受机组转动部分的重量。
空气冷却系统
• 发电机采用双路自循环密闭通风空气冷却方式，在转子两端装有螺旋 浆式风扇、旋转时向转子磁轭内送风，由离心作用通过磁极，气隙和 定子通风沟，通过空气冷却器，将机组运行中产生的热量带走，热空 气被冷却后再进入循环风路中。发电机定子机座外均匀装设了4只空 气冷却器，运行过程中，在定子温度不超限的前提下，可退出一只。
转轮
• 转轮是水轮机的重要部件，通过它将水流 的能量转换为机械能。
座环
• 座环是机组的重要支撑部件，由上、 下环与13只固定导叶焊接而成，其中 有一只固定导叶与蜗壳进口端及尾部 焊在一起。
转轮室
• 转轮室座环装有20只活动导叶，以及顶盖、控制环及操作 传动机构和限位限制机构等组成了机组的导水机构，支持 环与水导导轴承都固定在顶盖上。控制环安装在支持环上， 控制环与推拉杆及调速轴相连用来控制20只活动导叶。
制动系统
• 发电机采用机械制动的方式，在下机架支臂上均匀装设了 4只具有气复位功能的制动器，每个制动器上均安装了复 位信号发送装置，制动器也作为发电机转子顶起装置的一 部分。
集电环和碳刷 • 发电机最上端的集电环和碳刷，其作用是将静止
的励磁系统输出的电流送入旋转的转子线圈。
下风罩
• 下风罩安装在主轴法兰连接处，构成发电机的密闭仓，下 风罩也作为发电机的安装平台及水轮机吊车的支撑体。
尾水管
• 尾水管结构：锥管、肘管。 • 尾水管作用：锥管主要为转轮室补气测压监视；肘管主要
作用是排水、补气测压监视。
导水机构
• 水轮机导水机构的作用，主要是形成和改变进入转轮水流 的环量，采用转动式的性能良好的多导叶控制，保证水流 以很小的能量损失，在不同的流量下沿圆周均匀进入转轮。
主轴
• 水导轴承为自循环稀油润滑筒式轴承，外循环冷却，采用巴氏合金轴 瓦，具有自润滑循环方式，运行中透平油因离心力从转动油盆自下沿 轴瓦上约45°的螺旋导油槽进入上油盆，其间对轴瓦进行润滑、冷却如此 往复不止从而起到润滑和冷却的效果。
• 下风罩上装设大轴接地碳刷和顶转子限位装置，防止轴 电流经瓦面接地造成烧瓦和顶转子过高造成设备损坏。
灭火系统
• 发电机采用水喷雾灭火系统，机组内设置感温感烟式探测 器及专用喷雾头，并配有专用的自动报警装置。当自动报 警装置报警时，电站工作人员确认发电机已失火后，打开 灭火装置水管进行灭火，使用水压为0.2—0.25Mpa。
• 检修密封在工作密封下方，采用空气压迫橡胶带式密封结构，当机组检修时，向空气 围带内充入0.5-0.7MPa压缩空气，橡胶围带膨胀而使围带的密封唇边与主轴贴紧起到 密封作用。正常运行中严禁将检修密封投入，否则会造成橡胶围带磨损损坏。
• 定子 • 转子 • 上机架 • 下机架 • 空气冷却系统 • 制动系统 • 集电环和刷架 • 检测保护系统 • 灭火系统 • 上盖板和下风罩 • 大轴等部分组成。
水轮发电机组培训讲义 01 一、水轮机结构
02 二、发电机结构 03 三、运行操作
• 蜗壳 • 转轮 • 座环 • 转轮室 • 尾水管 • 导水机构 • 主轴 • 轴承密封 • 辅助设备
蜗壳
• 蜗壳用来引导水流沿园周均匀地进入导水机构，在 进入转轮之前形成一定的环流量，提高水的利用率。 蜗壳进入段装设有压力测量和流量测量装置。蜗壳 进口段装有进人孔和真空破坏阀，进入段还装有蜗 壳排水阀，用于将蜗壳内的水排到尾水肘管。