水轮机课件——轴流式水轮机
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轴流转桨式水轮机 ppt课件
轴流转桨式
水轮机
第一节 概述
• 轴流式轮机的特点：水轮 机的水流在进入转轮之前， 流向已经变得与水轮机主 轴中心经平行，因此水流 在经过转轮时沿轴向进入 而又依轴向流出。
概述
• 轴流转桨式水轮机在运行时转轮的叶片是 可以转动的，并和导叶的转动保持一定的 协联关系，以适应水头和流量的变化，使 水轮机在不同的工况下都能保持有较高的 效率。
原型机工作特性曲线：
工作特性曲线
η(%)
90.0 86.0
32 28.5
24.72
35.87
35.87 32 28.5 24.72
82.0 4.00
8.00
12.00 16.00 20.00 24.00 28.00 32.00 N(MW)
第三节 特性曲线
原型机运转特性曲线：
Hs(m)
2.00
Hmin
出水设备
直锥形尾水管：
• 特点：直锥形尾水管 一般用钢板制成，其 结构简单性能良好， 在各部尺寸选得合宜 时，其动能恢复系数 可达0.8～0.85.它仅 适用于小型水轮机。
出水设备
弯锥形尾水管：
• 特点：它是由一个等 直径的90°弯管和一 直锥管组成。水力损 失较大，尾水管的动 能恢复系数一般为 0.4～0.6。适用于小 型卧轴混流式水轮机。
进水设备
混凝土蜗壳：
• 考虑到蜗壳顶部布置接力器的方便多采 用m=n和m>n的（a)、(b)两种形式。
• 当水电站的死水位较高，地基为岩基时， 为了减少进口段的开挖，多采用m<n (c) 的形式。
• n=0的平顶蜗壳可以减小厂房下部混凝土 量，但须注意由于断面的过分下伸会形 成水流的死角的情况。
进水设备
水轮机
第一节 概述
• 轴流式轮机的特点：水轮 机的水流在进入转轮之前， 流向已经变得与水轮机主 轴中心经平行，因此水流 在经过转轮时沿轴向进入 而又依轴向流出。
概述
• 轴流转桨式水轮机在运行时转轮的叶片是 可以转动的，并和导叶的转动保持一定的 协联关系，以适应水头和流量的变化，使 水轮机在不同的工况下都能保持有较高的 效率。
原型机工作特性曲线：
工作特性曲线
η(%)
90.0 86.0
32 28.5
24.72
35.87
35.87 32 28.5 24.72
82.0 4.00
8.00
12.00 16.00 20.00 24.00 28.00 32.00 N(MW)
第三节 特性曲线
原型机运转特性曲线：
Hs(m)
2.00
Hmin
出水设备
直锥形尾水管：
• 特点：直锥形尾水管 一般用钢板制成，其 结构简单性能良好， 在各部尺寸选得合宜 时，其动能恢复系数 可达0.8～0.85.它仅 适用于小型水轮机。
出水设备
弯锥形尾水管：
• 特点：它是由一个等 直径的90°弯管和一 直锥管组成。水力损 失较大，尾水管的动 能恢复系数一般为 0.4～0.6。适用于小 型卧轴混流式水轮机。
进水设备
混凝土蜗壳：
• 考虑到蜗壳顶部布置接力器的方便多采 用m=n和m>n的（a)、(b)两种形式。
• 当水电站的死水位较高，地基为岩基时， 为了减少进口段的开挖，多采用m<n (c) 的形式。
• n=0的平顶蜗壳可以减小厂房下部混凝土 量，但须注意由于断面的过分下伸会形 成水流的死角的情况。
进水设备
第二章 水轮机结构
能源动力工程学院 何宝海
1.上冠
转轮上冠：用来实现与主轴的锥度配合和连接。转轮上冠 除了具有支承叶片的作用外，还与下环一起构成过流通道。 上冠形似圆锥体，其上部中间为上冠法兰，此法兰的上面 与主轴相连；上冠下面固定泄水锥；在上冠的锥面上固定 有均匀分布的叶片；在上冠法兰的外围开有几个减压孔， 在其外侧面装有减压装置；上冠外缘装有上转动止漏环。 上冠型线的形状对转轮的性能影响较大（直线形和曲线 形） 。
能源动力工程学院 何宝海
第二节 混流式水轮机转轮的结构
一、混流式水轮机转轮的组成 二、混流式水轮机转轮的结构形式
能源动力工程学院 何宝海
一、混流式水轮机转轮的组成
右图为不同比转速的混 流式水轮机轴面投影。 比转速（ns）不同，转 轮形状不同。
一般来说，水轮机适应 水头愈高，它的比速愈 低。转轮的轴向尺寸越
梳齿式：转动部分与固定部分呈犬牙交错配合。止漏效果好，但抗磨
性能差。常与缝隙式配合使用，要求水平安放间隙不要小于1mm（稳 定性）。同心度不易保证，间隙 不易测量，安装不方便一般应用于 H>200m、水质清洁的电站。
阶梯式：具有迷宫和梳齿式的优点，止漏效果好，止漏环与转轮的同
心度好，安装测量比较方便。
能源动力工程学院 何宝海
第一节 概 述
混流式和轴流转桨式水轮机的结构，按照装配系统分为六大部分： 1.埋入部分：包括蜗壳、座环、尾水管、机坑里衬、基础环、转 轮室等。 2.导水机构：包括底环、顶盖、导叶及其传动机构、控制环、支 持盖等。 3.转动部分：包括转轮、主轴、轴承、密封、受油器等。 4.辅助部分：包括接力器、真空破坏阀、补气阀、漏油箱、排水 装置等。 5.布置部分：包括调速器油管路和回复机构、机坑内的水、气管 路。 6.工具部分：包括工具、备件等。
1.上冠
转轮上冠：用来实现与主轴的锥度配合和连接。转轮上冠 除了具有支承叶片的作用外，还与下环一起构成过流通道。 上冠形似圆锥体，其上部中间为上冠法兰，此法兰的上面 与主轴相连；上冠下面固定泄水锥；在上冠的锥面上固定 有均匀分布的叶片；在上冠法兰的外围开有几个减压孔， 在其外侧面装有减压装置；上冠外缘装有上转动止漏环。 上冠型线的形状对转轮的性能影响较大（直线形和曲线 形） 。
能源动力工程学院 何宝海
第二节 混流式水轮机转轮的结构
一、混流式水轮机转轮的组成 二、混流式水轮机转轮的结构形式
能源动力工程学院 何宝海
一、混流式水轮机转轮的组成
右图为不同比转速的混 流式水轮机轴面投影。 比转速（ns）不同，转 轮形状不同。
一般来说，水轮机适应 水头愈高，它的比速愈 低。转轮的轴向尺寸越
梳齿式：转动部分与固定部分呈犬牙交错配合。止漏效果好，但抗磨
性能差。常与缝隙式配合使用，要求水平安放间隙不要小于1mm（稳 定性）。同心度不易保证，间隙 不易测量，安装不方便一般应用于 H>200m、水质清洁的电站。
阶梯式：具有迷宫和梳齿式的优点，止漏效果好，止漏环与转轮的同
心度好，安装测量比较方便。
能源动力工程学院 何宝海
第一节 概 述
混流式和轴流转桨式水轮机的结构，按照装配系统分为六大部分： 1.埋入部分：包括蜗壳、座环、尾水管、机坑里衬、基础环、转 轮室等。 2.导水机构：包括底环、顶盖、导叶及其传动机构、控制环、支 持盖等。 3.转动部分：包括转轮、主轴、轴承、密封、受油器等。 4.辅助部分：包括接力器、真空破坏阀、补气阀、漏油箱、排水 装置等。 5.布置部分：包括调速器油管路和回复机构、机坑内的水、气管 路。 6.工具部分：包括工具、备件等。
水轮机构造实用PPT课件PPT课件
节），H、N变化时，水轮机具有较高的效率。
52
第52页/共79页
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
53
第53页/共79页
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。 ➢ 叶片数目：与H大小有关，一般为4~8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。
60
第60页/共79页
• 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310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。
45
第45页/共79页
混流式水轮机转轮
46
第46页/共79页
转轮的组成
• 在法兰盘四周开有几个减压孔，以便将经过上冠外缘渗入冠体上侧的积水排入尾 水管。
• 大型机组在与上冠连接的主轴端常装有补气装置，以便向泄水锥下侧的水流低压 区补气。
• 泄水锥的作用是引导径向水流平顺地过渡成轴向流动，以消除径向水流的撞击及 漩涡。
12
第12页/共79页
1. 混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。 ➢ 适用范围：H=30-450 m , 最高水头已接近700米，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
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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
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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。 ➢ 叶片数目：与H大小有关，一般为4~8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。
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• 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310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。
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混流式水轮机转轮
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转轮的组成
• 在法兰盘四周开有几个减压孔，以便将经过上冠外缘渗入冠体上侧的积水排入尾 水管。
• 大型机组在与上冠连接的主轴端常装有补气装置，以便向泄水锥下侧的水流低压 区补气。
• 泄水锥的作用是引导径向水流平顺地过渡成轴向流动，以消除径向水流的撞击及 漩涡。
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1. 混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。 ➢ 适用范围：H=30-450 m , 最高水头已接近700米，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
水轮机类型构造及工作原理培训课件课件(PPT36页)
5、转轮标称直径（cm）
我厂水轮机型号：HLA743-LJ-395
水轮机类型构造及工作原理培训课件( PPT36 页)管理 培训教 材财务 业务培 训绩效 管理PP T课件 人力资 源管理 培训
10
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水轮机类型构造及工作原理培训课件( PPT36 页)管理 培训教 材财务 业务培 训绩效 管理PP T课件 人力资 源管理 培训
三、水轮机结构简介
由于水轮机类型较多，这次培训主要讲述我厂的水轮机结构，总体来说水
轮机分为埋入部分、导水机构、转动部分、水导轴承、主轴密封、检修密封、
接力器及机组自动化等几个主要部件。
1、埋入部分
埋入部分由肘管、锥管、座环、蜗壳、机坑里衬等组成。
座环
机坑里衬
蜗壳 预留坑
基础环
尾水管里衬
埋设件安装
我厂的水轮机类型为混流式
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 头范围宽阔，水流沿径向进入转轮而轴向流出转轮。与其他型式的水轮机相 比，当运行条件相同时，混流式的能量特性比水斗式好，面抗气蚀性能比轴 流式强，额定负荷时效率高。同时，它的结构简单，制造、安装方便，运转 可靠，因而得到广泛的应用。
水轮机类型、构造及工作原理
二〇一七年八月
目录
一
水轮机概述
二
水轮机分类及型号
三
水轮机结构
四
水轮机常见问题及分析
五
小结
1
一、水轮机概述
1、水力发电基本原理
水轮机获得旋转的机械能后带动发电机旋转，发电机便将旋转的机械能 转换成电能。
2 、水轮机的基本工作参数
当水流通过水轮机时，水流的能量被转换为水轮机转轮的机械能，就 把这一能量转换的过程的参数，来作为水轮机的基本工作参数。
我厂水轮机型号：HLA743-LJ-395
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三、水轮机结构简介
由于水轮机类型较多，这次培训主要讲述我厂的水轮机结构，总体来说水
轮机分为埋入部分、导水机构、转动部分、水导轴承、主轴密封、检修密封、
接力器及机组自动化等几个主要部件。
1、埋入部分
埋入部分由肘管、锥管、座环、蜗壳、机坑里衬等组成。
座环
机坑里衬
蜗壳 预留坑
基础环
尾水管里衬
埋设件安装
我厂的水轮机类型为混流式
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 头范围宽阔，水流沿径向进入转轮而轴向流出转轮。与其他型式的水轮机相 比，当运行条件相同时，混流式的能量特性比水斗式好，面抗气蚀性能比轴 流式强，额定负荷时效率高。同时，它的结构简单，制造、安装方便，运转 可靠，因而得到广泛的应用。
水轮机类型、构造及工作原理
二〇一七年八月
目录
一
水轮机概述
二
水轮机分类及型号
三
水轮机结构
四
水轮机常见问题及分析
五
小结
1
一、水轮机概述
1、水力发电基本原理
水轮机获得旋转的机械能后带动发电机旋转，发电机便将旋转的机械能 转换成电能。
2 、水轮机的基本工作参数
当水流通过水轮机时，水流的能量被转换为水轮机转轮的机械能，就 把这一能量转换的过程的参数，来作为水轮机的基本工作参数。
《水轮机介绍》课件
工业应用
水轮机可以通过联轴器或其他机构与其它设备实现 任意转速匹配和联动运作。
水轮机基本原理
水轮机受到水流的作用产生功率，根据能量守恒和牛顿第二定律，外出水功率等于轮机内部转化的机械功率和 内部耗散的损失。
1
流体力学基础
水轮机是流体力学和材料力学相结合的
机械运动学基础
2
产物。 流体力学研究的是液体在各种情况下运
境没有污染。 • 使用寿命长，可达数十年或更长。
缺点
• 需要大量的水资源支持，这可能对周边生态 环境造成影响。
• 需要耗费较大的资金和人力来进行安装和维护。 • 无法满足一些特定的需求，比如一些应用场
合需要更高的功率。
水轮机的维护和保养
定期的维护和保养对水轮机的运行和性能十分重要，它们可以延长水轮机的使用寿命。
可获得的能量之比，通常在80%-90%之 间。功率则是水轮机的输出功率。
流量指单位时间内通过水轮机的水量，
转速是叶轮每分钟的旋转圈数，是影响ຫໍສະໝຸດ 水轮机性能的重要因素之一。
水轮机的优缺点
水轮机具有高效、环保、耐久等优点，但也存在一些缺点，比如对水资源需求大、安装和维修成本高等。
优点
• 具有高效利用水能和发电效率高等优点。 • 使用水作为能源，无需消耗化石能源，对环
2 水轮机对环境的影响
水轮机对环境主要的贡献在于它产生的清洁能源有助于减少化石燃料的使用，从而降低 温室气体的排放。
案例分析
水轮机在发电、工业和民用领域有着广泛的应用，以下将介绍几个成功案例。
水轮机应用案例
八闽大地水利用电站是福建省最大的水利机械系统项目，水轮机的运行保障了亿万家庭的用 电需求。
水轮机维护案例
水轮机介绍
轴流式水轮机的结构
第二节 轴流式水轮机的结构一、概述轴流式水轮机与混流式水轮一样属于反击式水轮机，由于水流进入转轮和离开转轮均是轴向的，故称为轴流式水轮机。
轴流式水轮机又分为轴流定桨式和轴流转桨式两种。
轴流式水轮机用于开发较低水头，较大流量的水利资源。
它的比转速大于混流式水轮机，属于高比转速水轮机。
在低水头条件下，轴流式水轮机与混流式水轮机相比较具有较明显的优点，当它们使用水头和出力相同时，轴流式水轮机由于过流能力大（图2-15），可以采用较小的转轮直径和较高的转速，从而缩小了机组尺寸，降低了投资。
当两者具有相同的直径并使用在同一水头时，轴流式水轮机能发出更多的效率。
特别是轴流转桨式水轮机，由于转轮叶片和导叶随着工况的变化形成最优的协联关系，提高了水轮机的平均效率，扩大了运行范围，获得了稳定的运行特性，更是值得广泛使用的一种机型。
图2-15 轴流式水轮机1— 1— 1— 转轮接力器活塞；2—转轮体；3—转臂；4—叶片；5—叶片枢轴；6—转轮室图2-16所示是轴流转桨式水轮机的结构图。
它的工作过程和混流式水轮机基本相同。
水流经压力水管、蜗壳、座环、导叶、转轮、尾水管到下游。
与混流式水轮机所不同的是负荷变化时，它不但调节导叶转动，同时还调节转轮叶片，使其与导叶转动保持某种协联关系，以保持水轮机在高效区运行。
轴流式水轮机转轮位于转轮室内，轴流式水轮机转轮主要由转轮体、叶片、泄水锥等部件组成。
轴流转桨式水轮机转轮还有一套叶片操作机构和密封装置。
转轮体上部与主轴连接，下部连接泄水锥，在转轮体的四周放置悬臂式叶片。
在转桨式水轮机的转轮体内部装有叶片转动机构，在叶片与转轮体之间安装着转轮密封装置，用来止油和止水。
轴流式水轮机广泛应用于平原河流上的低水头电站，应用水头范围为3～55m ，目前最大应用水头不超过70m 。
限制轴流式水轮机最大应用水头的原因是空化和强度两方面的条件。
由于轴流式水轮机的过流能力大。
单位流量11Q 和单位转速11n 都比较大，转轮中水流的相对流速比相同直径的混流式转轮中的高，所以它具有较大的空化系数 。
水轮机介绍优质获奖课件
斜流式水轮机 灯泡式贯流式水轮机
冲击式水轮机
水斗式水轮机 转轮 喷管 折流板（折向器） 机壳
斜击式水轮机 双击式水轮机
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LET‘S HAVE A BREAK ！
课间休息
思考题
1、水轮机根据能量转换特征分为哪几类?还击式水轮机及冲击式 水轮机又是怎样分类旳?
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
二、水轮机旳主要构成部分及其作用
➢还击式水轮机
o混流式水轮机 –引水机构：水轮机室和座环 –导水机构：导叶及传动机构构成 –转轮：上冠、下环及叶片构成 –泄水机构：尾水管
o轴流式水轮机 –定桨式转轮 –转桨式转轮：转角与导叶开度协联动作
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
混流式水轮机：幅向流入、轴向流出 轴流式水轮机：轴向流入、轴向流出
定桨 转桨
斜流式水轮机：斜向流入、斜向流出
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
贯流式水轮机
全贯流式 半贯流式（灯泡式、轴伸式、竖井式）
冲击式水轮机 水斗式水轮机 斜击式水轮机 双击式水轮机
8、试阐明冲击式水轮机旳构造及其各构成部件旳作用。
水 电 站 HYD号
还击式
水轮机型式 + 转轮型号（比转数） +主轴布置型式 + 水轮机室特征 + 转轮标称直径（cm）
冲击式
同轴安装旳转轮数 + 水轮机型号 + 转轮型号（比转数）+ 主轴布置型 式 + 转轮标称直径（cm）+ 每个转 轮上喷嘴数 + 设计射流直径（cm）
冲击式水轮机
水斗式水轮机 转轮 喷管 折流板（折向器） 机壳
斜击式水轮机 双击式水轮机
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思考题
1、水轮机根据能量转换特征分为哪几类?还击式水轮机及冲击式 水轮机又是怎样分类旳?
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
二、水轮机旳主要构成部分及其作用
➢还击式水轮机
o混流式水轮机 –引水机构：水轮机室和座环 –导水机构：导叶及传动机构构成 –转轮：上冠、下环及叶片构成 –泄水机构：尾水管
o轴流式水轮机 –定桨式转轮 –转桨式转轮：转角与导叶开度协联动作
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混流式水轮机：幅向流入、轴向流出 轴流式水轮机：轴向流入、轴向流出
定桨 转桨
斜流式水轮机：斜向流入、斜向流出
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贯流式水轮机
全贯流式 半贯流式（灯泡式、轴伸式、竖井式）
冲击式水轮机 水斗式水轮机 斜击式水轮机 双击式水轮机
8、试阐明冲击式水轮机旳构造及其各构成部件旳作用。
水 电 站 HYD号
还击式
水轮机型式 + 转轮型号（比转数） +主轴布置型式 + 水轮机室特征 + 转轮标称直径（cm）
冲击式
同轴安装旳转轮数 + 水轮机型号 + 转轮型号（比转数）+ 主轴布置型 式 + 转轮标称直径（cm）+ 每个转 轮上喷嘴数 + 设计射流直径（cm）
轴流式水轮机
图5 转轮叶片转动角度示意图
图5 转轮叶片转动角度示意图
图5 转轮叶片转动角度示意图 轴流转桨式水轮机效率较高，目前最高效率有的已超过94％，下面是转桨式转轮的叶片转桨动画。
转桨式转轮的叶片转桨动画 葛洲坝的轴流式水轮机单机容量是17万千瓦，转轮直径11.3m，是目前世界上直径最大的轴流式水轮机；福建水口水电站 单机容量是20万千瓦，是目前世界上单机容量最大的轴流式水轮机。图6是葛洲坝水轮机转轮在吊装过程中。
叶片受水流作用力图
叶片受水流作用力图
图3 叶片受水流作用力图 先看左面图，m是靠近叶片的一个水质点，为看的清楚，把他挪到左上方，水质点的速度是V，由于水进入转轮区有环量， 在图中的方向不是垂直向下，而是向左方倾斜；叶片绕轴旋转，截面的切线速度是U，相对于叶片水质点m则是以-U的速度 向右运动；所以水质点m相对于叶片的运动速度是W，也就是说叶片受到水流的方向是W。 再看右图，叶片受到方向是W的水流作用，由于W与翼形弦线c有攻角α，会产生一个垂直于W的升力L，同时也受到阻力 D（与W同向），两力的合力R是叶片受到的力，R在水平方向的分力是F，F就是推动叶片旋转的力。 轴流式水轮机叶片数目一般为3至8片，低水头少叶片，高水头多叶片。轴流式水轮机转轮流道的过流断面面积较大，可提 高了水轮机的单位流量和单位转速，可以采用较小的转轮直径和较高的转速，从而缩小了机组尺寸，降低了投资。轴流式 水轮机适用于较低水头、较大流量的水利资源。
轴流定桨式转轮和轴流转桨式转轮 轴流式水轮机分为轴流定桨式和轴流转桨式两种，图4是这两种水轮机转轮的图片。
轴流式水轮机的转轮
图4 轴流式水轮机的转轮（照片来自网络） 轴流定桨式水轮机转轮叶片是固定在轮毂上，结构简单，造价便宜，但只能通过调节导水机构控制出力，在水头与负荷变 化较大时，水轮机效率会有较大下降。轴流定桨式水轮机通常使用在水头25m以下，功率不超过5万千瓦。 轴流转桨式水轮机转轮叶片是可按水头和负荷变化作相应转动，改变叶片的攻角α，可在水头和负荷有较大变化时仍有良好 的运行性能。图5是轴流转桨式水轮机转轮叶片转动的示意图，左图是叶片在关闭状态；中间是计算位置，是正常运转时的 设计位置；右图是全开位置。
图5 转轮叶片转动角度示意图
图5 转轮叶片转动角度示意图 轴流转桨式水轮机效率较高，目前最高效率有的已超过94％，下面是转桨式转轮的叶片转桨动画。
转桨式转轮的叶片转桨动画 葛洲坝的轴流式水轮机单机容量是17万千瓦，转轮直径11.3m，是目前世界上直径最大的轴流式水轮机；福建水口水电站 单机容量是20万千瓦，是目前世界上单机容量最大的轴流式水轮机。图6是葛洲坝水轮机转轮在吊装过程中。
叶片受水流作用力图
叶片受水流作用力图
图3 叶片受水流作用力图 先看左面图，m是靠近叶片的一个水质点，为看的清楚，把他挪到左上方，水质点的速度是V，由于水进入转轮区有环量， 在图中的方向不是垂直向下，而是向左方倾斜；叶片绕轴旋转，截面的切线速度是U，相对于叶片水质点m则是以-U的速度 向右运动；所以水质点m相对于叶片的运动速度是W，也就是说叶片受到水流的方向是W。 再看右图，叶片受到方向是W的水流作用，由于W与翼形弦线c有攻角α，会产生一个垂直于W的升力L，同时也受到阻力 D（与W同向），两力的合力R是叶片受到的力，R在水平方向的分力是F，F就是推动叶片旋转的力。 轴流式水轮机叶片数目一般为3至8片，低水头少叶片，高水头多叶片。轴流式水轮机转轮流道的过流断面面积较大，可提 高了水轮机的单位流量和单位转速，可以采用较小的转轮直径和较高的转速，从而缩小了机组尺寸，降低了投资。轴流式 水轮机适用于较低水头、较大流量的水利资源。
轴流定桨式转轮和轴流转桨式转轮 轴流式水轮机分为轴流定桨式和轴流转桨式两种，图4是这两种水轮机转轮的图片。
轴流式水轮机的转轮
图4 轴流式水轮机的转轮（照片来自网络） 轴流定桨式水轮机转轮叶片是固定在轮毂上，结构简单，造价便宜，但只能通过调节导水机构控制出力，在水头与负荷变 化较大时，水轮机效率会有较大下降。轴流定桨式水轮机通常使用在水头25m以下，功率不超过5万千瓦。 轴流转桨式水轮机转轮叶片是可按水头和负荷变化作相应转动，改变叶片的攻角α，可在水头和负荷有较大变化时仍有良好 的运行性能。图5是轴流转桨式水轮机转轮叶片转动的示意图，左图是叶片在关闭状态；中间是计算位置，是正常运转时的 设计位置；右图是全开位置。
水轮机概论及工作原理ppt课件
9～ 22叶片（固定不动）。 优点：结构紧凑，运行稳定，高效区宽广，适用高水头
小流量电站（如刘家峡）。 适用范围：H=30～ 700m，单机容量：几十kW～几十万
kW
三峡转轮
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
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水轮机的牌号及装置形式
一. 型号(由三部分组成)
Ⅰ
Ⅱ
型式 型号
主轴布 引水室 置型式 型式
容积式：依靠运动元件改变 工作容积来实现能量转化 。
（2）按结构分
叶片式 ：依靠高速旋转叶片 与流体之间力的相互作用来 转换能量，又称透平机械 。
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
4. 转轮（工作核心）——能量转换。决定水轮机的 尺寸、性能、结构。 5. 泄水部件（尾水管）—— ①回收能量；②排水至 下游。 6. 主轴——将转轮机械能传递给发电机。 7. 轴承——承受水轮机轴上的荷载（径向力和轴向 力），并传递给基础。如水轮机导轴承。
水流流动方向：
水流→蜗壳→座环→导叶→转轮→尾水管→下游
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小流量电站（如刘家峡）。 适用范围：H=30～ 700m，单机容量：几十kW～几十万
kW
三峡转轮
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水轮机的牌号及装置形式
一. 型号(由三部分组成)
Ⅰ
Ⅱ
型式 型号
主轴布 引水室 置型式 型式
容积式：依靠运动元件改变 工作容积来实现能量转化 。
（2）按结构分
叶片式 ：依靠高速旋转叶片 与流体之间力的相互作用来 转换能量，又称透平机械 。
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
4. 转轮（工作核心）——能量转换。决定水轮机的 尺寸、性能、结构。 5. 泄水部件（尾水管）—— ①回收能量；②排水至 下游。 6. 主轴——将转轮机械能传递给发电机。 7. 轴承——承受水轮机轴上的荷载（径向力和轴向 力），并传递给基础。如水轮机导轴承。
水流流动方向：
水流→蜗壳→座环→导叶→转轮→尾水管→下游
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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。
19
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
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
16
四川农业大学水建系
水头 40—80m
60—130m
120—200m
17
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；
18
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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
5
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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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水 轮 发 电 机 组
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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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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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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
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
水轮机结构介绍PPT课件
第53页/共97页
密封圈 油槽盖
推力瓦 托瓦
支筒 支铁 弹性油箱
推力轴承结构
推力头
卡环
底盘 推力轴承座 挡油管
第54页/共97页
镜板 油冷器
推力油箱
与油槽盖 配合面
推力油箱
与推力轴承柱 段配合面
油冷却器 安装孔
推力油箱由二瓣组成，两者组装后吊入机坑与推力轴承支 架柱段通过螺栓紧固在一起。
第55页/共97页
第31页/共97页
泄水锥安装
装配步骤：
首先将泄水锥固定在地 面上，基本保证其轴心与地 面垂直；用桥机调起转轮体 与泄水锥进行对接；调整位 置使得二者的轴心在同一条 直线上，然后用固定螺栓将 二者把合在一起；连接体外 部安装封围板（图中没有表 示）。
在二者的配合面上注意 按照设计要求安装橡皮密封 圈（图中没有表示）。
上机架
第8页/共97页
永磁机
三维效果图
机组基础部分
正视结构图
第9页/共97页
风洞 蜗壳
座环 转轮室 尾水管
水轮机底环
活动导叶 固定孔
与基础结 合部位
作用：水轮机过流部件之一，固定活动导叶。
第10页/共97页
水轮机底环安装
1. 将底环吊入机坑，调 整底环位置符合设计要 求；
2. 将底环固定在水泥基 础上，保证其过流面与 座环和转轮室上环过流 面光滑过渡。
第61页/共97页
方键安装位置
推力头
与镜板结合部位
第62页/共97页
油槽盖
油槽盖
挡油板
第63页/共97页
外形图
密封圈
截面图
与推力头侧面结合处
第64页/共97页
推 力 轴 承 装 配（一）
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➢水轮机的特性
（１）轴流定桨式水轮机的特性
１、效率线
n11
窄长，负荷
变化适应性
差。
a
２、等开度
线为上升曲
线，单位转
速增大时流
Q11
量增大。
(２)转桨式水轮机的特性
特点：高效区宽；叶片与水头、导叶双协联
定桨、转桨比较
n11
等开度线
等叶片转角线
Q11
转桨式水轮机桨叶与导叶的协联 导叶开度增大时叶片角度增大
Tz TZ11D12H max TZ11 : 单位轴向水推力，查实验曲线
➢混流式水轮机的轴向水推力
• 公式
Ft
9.81103
4
D12Hmax (N )
K
4
D12
H
max
(104
)(N
)
转轮型号 HL310 HL240
K
0.37-0.45 0.30-0.41
HL100 0.08-0.14
1.图中没有安装轮叶 操作架；
2.图中没有标出所有 的连接螺钉和轴套。
轮叶连杆转壁
轮叶操作机构
铜瓦
枢轴
转臂
铸铁瓦
操作架连接处
连杆 图中尚缺乏轮叶操作架
➢轴流式水轮机的性能特点
转速高，过流能力强，同样条件下，出力大。 转桨式可随水头与负荷的变化自动调整叶片角 度，有宽广的高效率区。 单位流量大，空化系数大，同样工作条件下比 混流式空化严重。
大
Q11
(3)转桨式水轮机的轴向水推力
Tz=K
4
D12Hmax (104
N
)
Do
bo Vm
T
➢轴向水推力的计算
１一般由实验确定水推力系数（水轮机型谱或模型 特性曲线）
２或经验公式计算（经验系数）
Tz
k
4
D12H
max
(104
N
)
叶片数
４
５
Ｋ
0.85
0.87
６ 0.90
７ 0.93
８ 0.95
３由单位轴向水推力曲线换算
桨叶反馈信号 去调速器
操作油管
叶片
泄水锥
受油器结构与工作原理
操作油管及连接法兰
操作油管
外形图
上操作油管
连接轮叶接 力器上腔
中操作油管 下操作油管
连接轮叶接 力器下腔
端面图
转轮体内部结构
导轴 活塞环 活塞 轮毂
枢轴
转臂 连杆 连接体 下盖 放油阀 泄水锥
转轮体内部结构
缸体 护盖
轮叶密封 轮叶
注：
操作油 管
水轮机大轴 顶盖
水导轴承
支持 盖
转轮体
主轴密封
轮叶接力器 叶片操 作机构
泄水锥
轴流式水轮机的导轴承——分块瓦式 稀油润滑水导轴承
水导轴承 箱
轴瓦
轴领
抗重螺 钉
给 水
排水
○○○ ○
○○○ ○
油冷却器
叶片操作机构
接力器 轮叶
操作架
桨 叶 操 作 系 统
回油 压力油
漏油 水轮机大轴
桨叶接力器 转轮体 操作架
轴流式水轮机的结构 轴流式水轮机的特性 轴流式水轮机的安装
➢轴流式水轮机的结构特点
• 分定桨和转桨两种型式。 • 定桨式结构简单，叶片角度固定，高效区窄。
转桨式叶片角度可随工况调整，具有宽广的 高效区。转轮结构复杂，造价高。 • 应用水头低，转速低，水导轴承处设轴领， 轴承多为分块瓦式。
轴流转桨式水轮机结构简图
ao ao
转桨式水轮机桨叶与水头
水头不变时， n11
ao ao
导叶开度不变时，
H H
等开度线
等叶片转角线
5o......0o......10o
导叶开度增 大
水 头
增 ao 10......20.......30