第一节 冲击式水轮机
第一节 冲击式水轮机
• 应用注意事项：
• 1、在设计中一般规定，当 n11＜3%n110M 时可 不作修正 n11 ，即忽略 n11 。
• 2、在一般情况下，单位流量修正值 Q11较小，Q11 可不作修正。
思考题
• 1．相似水轮机的单位参数和效率是如何换算 的？（课件为准）
2. 某混流式水轮机，模型参数为：D1M =0.46m,
• 补气：机壳内的压力要求与大气相当。为此，往往在转 轮中心附近的机壳上开设有补气孔,以消除局部真空。
• 进人孔：机壳上一般开有进人门孔。
• 净水栅（平水栅）：机壳下部应装有静水栅，以消除排 水能量。并作为机组停机观察和检修时的工作平台。
•
本节小结
• 1、由模型水轮机求原型水轮机效率分为两个步骤：
的环形过水断面面积，因而可平稳地改变喷管的过流量 及水轮机的流量和功率。 • 结构：由喷嘴、喷针（又称针阀）和喷针移动机构组成。 • 类型：外控式（弯喷管）和内控式（直喷管）。
•外控式弯喷管：结构简单、检修维护方便，但喷针操作杆 长，操作杆在喷管内影响水流流动，增加管内的水力损失
图6-6 外控式喷射机构 1-喷针接力器；2-填料压盖；3-喷嘴座；4-填料盒；5-填料；6-平 衡活塞；7-喷嘴口环；8-折向器；9-销杆；10-喷针；11-喷针座；
于大气压力。故在导水机构、转轮及转轮后的区域内， 均需有密闭的流道。 • 在冲击式水轮机中，就不需要设置密闭的流道。
• 二、冲击式水轮机和反击式水轮机的异同点
• 2、不同点
• （4） 尾水能量回收效果不同 • 反击式水轮机必须设置尾水管，以恢复压力，减小转轮
出口动能损失和进一步利用转轮至下游水面之间的水流 能量。
• 外调节机构 • 副喷嘴 • 机壳
冲击式水轮机演示ppt
冲击式水轮机演示ppt冲击式水轮机是一种利用水的冲击力进行转动的机械装置。
它由冲击式水轮、导水管和发电机组成。
冲击式水轮机通过将水射到水轮的叶片上，利用水流的冲击力产生扭矩，从而带动发电机转动，产生电能。
在冲击式水轮机的工作过程中，水流经过导水管被引导到水轮的叶片上，然后水流冲击叶片的一侧，使其产生扭矩，推动水轮转动。
而冲击式水轮机作为一种清洁能源装置，具有环保、可再生等优点，被广泛应用于水力发电领域。
在冲击式水轮机的演示中，首先要介绍冲击式水轮机的结构和工作原理。
结构包括冲击式水轮、导水管和发电机等部分，工作原理是通过水的冲击力产生转动力，从而带动发电机转动并产生电能。
其次，在演示中要展示冲击式水轮机的运行过程。
可以通过模型、视频或实物展示的方式，让观众看到水流经过导水管被引导到水轮叶片上，再经过冲击后推动水轮转动的过程。
同时，要注意演示现场的安全，确保水流的控制和导水管的稳定运行。
另外，演示中还可以通过数据分析和图表展示冲击式水轮机的性能。
例如，可以用图表展示不同水流量对水轮机转速和发电功率的影响，说明水流量与发电效果之间的关系。
最后，要对冲击式水轮机的应用进行介绍。
可以通过案例分析或真实的应用场景展示冲击式水轮机在水力发电领域的应用。
例如，可以介绍冲击式水轮机在小型水力发电站和乡村电网建设中的应用，以及其对环境保护和能源可持续发展的贡献。
综上所述，冲击式水轮机演示应包括介绍冲击式水轮机的结构和工作原理、展示其运行过程、通过数据分析和图表展示其性能，并介绍其应用。
通过完整的演示，可以使观众更好地理解和认识冲击式水轮机，加深对清洁能源的认知，促进可持续发展。
第三章_水轮机的工作原理
广泛
轴流式 轴向 轴向
3~88
几十~几十万
低水头大流 量河床式
斜流式 斜向 斜向 40~200
抽水蓄能
贯流式 轴向 轴向 2~30
几~几万
河床式 潮汐式
射流特点 适用水头H（M） 适用电站
切击式 切线方向 40~2000
广泛
斜击式 侧面
50~400
小型
双击式 二次冲击
6~150
小型
3、各型水轮机各个部件、构造及各部件的作用是什么？
3.产生强烈的噪音和振动，恶化工作环境，从而影响水轮机的安全稳定。
汽蚀破坏是机械、化学、电化学作用的共同结果，其中机械 破坏为主。
三、汽蚀类型
1、叶型汽蚀——发生在水轮机转轮叶片上的汽蚀。是反击式水轮机的主 要汽蚀形式，主要是由于叶片的几何形状造成的汽蚀。
反击式水轮机的轮叶为扭曲形，水流流经转轮时，一般叶片正面为
这种周期性的气泡产生、破灭而破坏水轮机过流金属表面的现象称为 水轮机的汽蚀现象 。
二、汽蚀的危害
1.降低低水轮机效率，减小出力。汽泡的产生破坏了水流的连续性，水 流质点相互撞击消耗部分能量从而增大了水力损失，使水轮机效率降低， 出力减小。 2.破坏水轮机过流部件，影响机组寿命。汽蚀产生，使金属表面失去光泽， 产生麻点，蜂窝，严重时轮叶上产生孔洞或大面积剥落。
η根据模型试验得到提高效率的有效方法减小水头损失、 流量损失、机械摩擦。
反击式水轮机所提供给水流的过道并不是等断面的，有宽窄之分，这 就会使水流流速大小不同，进而引起压力低高不同，亦就是造成水轮机内 有高压区和低压区之分，若低压区的压力达到（或低于）该温度下水的汽 化压力时，水就开始局部汽化产生大量汽泡，同时水体中存在的许多眼看 不见的气核体积骤然增大也形成可见气泡，这些气泡随着水流进入高压区 （压力高于汽化力）时，气泡瞬时破灭，由于汽泡中心压力较低，气泡周 围的水质点将以很高的速度向汽泡中心撞击形成巨大的水击压力（可达几 百甚至上千个大气压力），并以很高的频率冲击金属表面，高频率冲击的 结果，使过流流道的金属表面遭到严重破坏。
冲击式水轮机
冲击式水轮机引言冲击式水轮机是一种能够将水的冲击能转化为机械能的设备。
在水力能利用中，水轮机起到了至关重要的作用。
冲击式水轮机以其独特的设计和运行原理，被广泛应用于水电站以及其他水利工程领域。
本文将介绍冲击式水轮机的工作原理、结构特点、应用领域以及优缺点等内容。
工作原理冲击式水轮机利用水的冲击力将水动能转化为机械能。
水从高处流下，经过喷嘴以较高的速度射向水轮机的叶片上。
当水流撞击叶片时，产生冲击力，推动叶片转动。
叶片与水流的相对运动使得水动能转化为机械能，驱动水轮机的转子旋转。
结构特点喷嘴冲击式水轮机的喷嘴是决定水流速度和方向的重要组成部分。
喷嘴通常位于水轮机的上方，通过管道与水源相连。
喷嘴设计合理可以使水流达到最佳的速度和方向，从而提高冲击力的效果。
转子冲击式水轮机的转子是连接叶片的部分，也是机械能的输出部分。
转子通常由多个叶片和轴组成，叶片固定在轴上，并与喷嘴方向垂直。
当水流冲击叶片时，叶片受到冲击力并转动，从而使得轴也跟着转动。
轴承冲击式水轮机的轴承用于支撑转子并减少摩擦，保证转子的稳定运转。
轴承通常采用滚动轴承、滑动轴承或磁悬浮轴承等。
轴承的选择与水轮机的转速、负荷以及使用环境等因素有关。
发电设备冲击式水轮机常常与发电设备相结合，将机械能转化为电能。
通常使用发电机将机械能输入转化为电能输出，并通过输电线路将电能传输到需要的地方。
发电设备的选择与水轮机的功率和电网接入条件等因素有关。
应用领域水电站冲击式水轮机在水电站中被广泛应用。
水电站利用水能转换为电能，为人们提供清洁、可再生的能源。
冲击式水轮机在水电站中可根据水流的特点和需求进行合理布局和设计，以最大限度地发挥水能的利用效果。
水利工程冲击式水轮机也被应用于其他水利工程领域。
例如，冲击式水轮机可用于提取水源中的压力能，为水利系统的运行提供动力。
此外，冲击式水轮机还可以用于排泄水体中的余流，减少对生态环境的影响。
优缺点优点1.高效能转换：冲击式水轮机可以将水动能转化为机械能的效率较高，能够充分利用水资源。
冲击式水轮机的工作原理和流程分析
冲击式水轮机的工作原理和流程分析冲击式水轮机是一种常见的水力发电设备，通过水流的冲击力转换为机械能，并最终转化为电能。
它是利用水流的动能转化为机械能的原理进行工作的。
本文将对冲击式水轮机的工作原理和流程进行详细分析。
首先，了解冲击式水轮机的工作原理。
冲击式水轮机利用水流的动能转化为机械能的原理进行工作。
水流经过水轮机叶片时，由于水流的高速运动，产生了冲击力。
这种冲击力作用在水轮机叶片上，使得叶片发生转动。
这个转动的过程就是冲击式水轮机的工作过程。
其次，分析冲击式水轮机的工作流程。
冲击式水轮机的工作流程包括进水、转动、水流排出等几个主要环节。
首先是进水环节。
当水流经过水轮机时，首先需要通过导水管道将水引入到水轮机中。
导水管道通常将水从远处的水源引入到水轮机的高位处。
这样可以最大限度地利用水流的高压力来增加水轮机的转动效果。
接下来是转动环节。
当水流经过导水管道进入水轮机后，水流的冲击力作用在水轮机叶片上，使得叶片发生转动。
水轮机的叶片通常由多个叶片组成，这样可以增加叶片的冲击面积，提高水轮机的效率。
水轮机的转动过程需要经过调速器的控制，以保持恒定的转速，进一步提高发电效率。
最后是水流排出环节。
当水流的冲击力作用在水轮机叶片上，使得叶片转动后，转动的叶片带动轴系转动。
最终，水流会从排水管道排出，完成了水轮机的工作。
冲击式水轮机的工作流程可以总结为：水流进入、冲击力作用、叶片转动、轴系转动、水流排出。
这个过程是循环往复的，不断将水流的动能转化为机械能。
此外，冲击式水轮机运行的效率也是一个重要的指标。
水轮机的效率是指水流转化为机械能的能量转换效率。
提高水轮机的效率，可以更充分地利用水流的能量，减少能源的浪费。
影响水轮机效率的因素主要有水轮机的设计、制造工艺、叶轮形状以及水流的流速等。
冲击式水轮机在水力发电中具有广泛的应用。
它可利用山区多水的优势，通过山区河流的水流动能进行发电。
相比于其他水轮机，冲击式水轮机具有结构简单、维护方便以及发电效率高等优点。
冲击式水轮机说明书
冲击式水轮机说明书一、概述1、冲击型水轮机适合于高水头电站，它的喷咀与转轮分水刃在同一平面上，射流方向为转轮园周的切线方向，来自压力管的水经喷咀转换为高速射流，切向冲击转轮的水斗，推动转轮旋转作功。
再通过发电机转化为电能。
该型水轮机的转轮高出尾水面，不存在因汽蚀要求开挖的问题，不用尾水管、蜗壳和复杂的导水机构。
因此，具有结构简单、维护管理方便、运行可靠等优点。
2、本机采用弹性联轴器和发电机直联或与发电机同轴，旋转方向从发电机向水轮机看为顺时针方向。
3、本机采用水力性能较好的62°/45°长喷咀和90°喷水弯管及引水弯管。
二、水轮机主要零部件结构和作用该型水轮机由主机、喷咀机构、引水部分、折向机构等主要部分组成。
1、主机部分包括有：转动部件，轴承部件和机壳部件。
转动部件有转轮、主轴、飞轮、弹性联轴器、甩水环等主要另件。
转轮是水轮机的心脏，转轮的特性对水轮机的性能起着决定性的作用。
转轮采用整铸结构。
水斗中间有一道分水刃，它使射向水斗的水流均匀地向两边分开，以减少水流碰撞损失，在水斗顶端有一个缺口，以免上一个水斗的射流冲击下一个水斗。
飞轮和弹性联轴器连成一体。
装设飞轮的目的在于增加机组的转动惯量和稳定性。
甩水环可以止住水流沿着轴向溢出。
轴承采用滑动轴承。
在两轴承中间支承着转轮，轴承主要用来承受机组转动部分的重量和径向力。
滑动轴承的轴瓦是上下两瓦，装在轴承座里，用46#透平油以主轴旋转带动油环旋转带油润滑。
轴承底座的油池内必须随时保持一定的润滑油。
必要时，立即补充或更换。
机壳部件有机座与机盖。
机座通过轴承来支承机组转动部分的重量。
机座前面装有咀嘴机构，在靠近折向器的地方，机座上开有圆孔，供观察水流和折向器工作情况。
2、喷咀机构装在机座前面，包括有喷咀部件和手、电动调器执行部分。
喷咀部件有喷咀、喷针、喷水弯管、导流支架、平衡活塞、封水压环、喷针杆等主要另件。
喷咀由喷咀体与喷咀口组成。
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。
水轮机概述
第一节水轮机概述一、水轮机工作参数1、水轮机工作水头（1）水轮机槪念：水流付出的能量转换成旋转机械能的机器。
（2）水轮机工作水头：水轮机进口断面与出口断面水流单位能量之差。
公式H=Hst-Δh发电机水轮机ⅠⅠγZIⅡ∏ⅡⅡα1v122g1即：水轮机工作水头等于水电站净水头。
Hst---水电站毛水头，等于上下游水位差Δh----水头损失，引水管的沿程水力与局部水力损失（3）设计水头：水轮机发额定出力是的最小水头。
2、水轮机的功率和效率（1）水轮机的功率：单位时间内，水流对水轮机所做的功。
用N表示。
公式：N=9.81QHη其中：Q为水轮机流量η为水轮机效率，现在的水轮机效率可达90%以上，而模型效率可达95%。
（2）水轮机效率：水轮机把水轮机出力与水流出力之比，主要有三方面的效率损失：①容积效率：即一部分水量没有流经转轮做功，损失了。
如：主轴漏水，下迷宫环漏水等。
用ηq表示。
2②水流效率：转轮在旋转过程中，克服水的阻力所损失的功率，用ηd表示。
③机械效率：克服主轴与轴承之间的摩擦阻力所消耗的功率，用ηm表示。
则：水轮机的效率为η=ηq×ηd×ηm3、流量单位时间内流过转轮的水量，以Q表示，单位m³／s。
两种说法：①水轮机发额定出力时的最大流量②在设计´水头下，水轮机发额定出力时的流量。
4、水轮机的转速（1）定义：单位时间内水轮机旋转次数，以n表示。
n10´Hav公式n=──────D13其中：n10´为最优单元转速Hav 为加权平均水头，在某些情况下可取设计水头。
（2）水轮机额定转速按（1）式计算结果，取相近发电机同步转速为水´轮机额定转速，可大于计算结果。
同步转速按n=f×60／P计算。
其中f=50HZ，P为磁极对数。
（3）飞逸转速：水轮机发额定出力时，突然跳闸，而调速器又失灵，不能关／闭导水机构，以致转速快速上升，并达到某一最高值后稳定，这个空转的最高转速就是水轮机的飞逸转速。
冲击式水轮机
第一节 切击式水轮机结构
贵州天生桥水电站
一、冲击式水轮机主要类型及其工作特点 二、冲击式水轮机和反击式水轮的异同点 三、切击式水轮机结构及主要工作部件
Hale Waihona Puke • 一、冲击式水轮机主要类型及其工作特点
• 冲击式水轮机是借助于特殊导水机构（喷管） 引出具有动能的自由射流，冲向转轮水斗，使 转轮旋转做功，从而完成将水能转换成机械能 的一种水力原动机。
第一章 绪论 第二章 水轮机的工作原理 第三章 水轮机的相似理论与模型试验 第四章 水轮机的空化与空蚀 第五章 反击式水轮机的结构 第六章 冲击式与贯流式水轮机 第七章 水轮机的特性曲线与选型设计 第八章 水轮机的运行与检修
第六章 冲击式与贯流式水轮机
第一节 切击式水轮机结构 第二节 贯流式水轮机结构
• 外调节机构 • 副喷嘴 • 机壳 • 排水坑渠
图6-4 卧式双喷嘴水轮机结构示意图 1-进水管；2-喷管；3-转轮；4-外调节机构；5-副喷嘴；6-机壳
• 三、切击式水轮机结构及主要工作部件
• （一）进水管
• 作用：引导水流，并将过机流量均匀分配给各喷管。
• 组成：水斗式水轮机的进水管均由直线段、肘管、分叉 管、环行收缩流道和导流体组成。多喷嘴水斗式水轮机 的进水管是一个具有极度弯曲和分叉的变断面输水管， 并在装有喷射机构的区域内设有导流体。
水轮机过流量较小，因而在一定水头和工作轮直径条件 下，冲击式水轮机的出力比较小。另外，充实水轮机的 转速相对比较低、出力小，导致了较低的比转速，故冲 击式水轮机适用于高水头小流量的场合。
• 三、切击式水轮机结构及主要工作部件
• 切击式水轮机是冲击式水轮机应用水头最高、容量最大 的一种机型。
• 主要结构部件有： • 进水管 • 喷管 • 转轮
第一章 水轮机
1、工作内容： （1）埋件部分，包括辅助埋件、吸出管、转轮室、基础环、固定导叶、座环、护壁、蜗 壳上下钢衬板及其他埋件安装。 （2）本体部分，包括转轮安装平台及托架、转轮、底环、导水叶及其他辅助设备、顶盖 （含顶环）、接力器、调速环、主轴、导轴承、水车室辅助设备、随机到货的管路和器具等 安装
说
明
一、本章包括竖轴混流式、轴流式、冲击式、横轴混流式贯流式（灯泡式）水轮机和水 轮机/水泵安装共六节。
二、本章以“台”为计量单位，按设备自重选用子目。 三、本章按厂房内用桥式起重机进行施工，若采用其他办法施工时，人工定额乘 1.2系 数；本章内未注明桥式起重机规格的，可按电站实际选用规格计算台时单价。 四、本章不包括埋设部分所用的千斤顶、拉紧器以及其他辅助埋件的本身价值，均属设 备的一部分。 五、本章不包括吸出管锥体以下金属护壁及闷头安装，如有金属护壁及闷头时，可套用 压力钢管定额。 六、本章对700t以上机组的吸出管分片数量，按二节八片编制，超过部分可套用压力钢 管安装定额增列安装费。 七、竖轴混流式水轮机安装 工作内容： 1、埋件部分，包括吸出管、座环（含基础环）、蜗壳、护壁及其他埋件的安装。 2、本体部分，包括底环、主轴、转轮、导轴承、水车室辅助设备、随机到货的管路和 器具等安装以及与发电机联轴调整。 3、本节不包括分瓣转轮、座环的现场组焊工作。 八、轴流式水轮机安装
水电站的水击与调节保证计算 (1)
水电站的水击与调节保证计算第一节概述一、水电站的不稳定工况机组在稳定运行时，水轮机的出力与负荷相互平衡，这时机组转速不变，水电站有压引水系统(压力隧洞、压力管道、蜗壳及尾水管)中水流处于恒定流状态。
在实际运行过程中，电力系统的负荷有时会发生突然变化(如因事故突然丢弃负荷，或在较短的时间内启动机组或增加负荷)，破坏了水轮机与发电机负荷之间的平衡，机组转速就会发生变化。
此时水电站的自动调速器迅速调节导叶开度，改变水轮机的引用流量，使水轮机的出力与发电机负荷达到新的平衡，机组转速恢复到原来的额定转速。
由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。
其主要表现为：(1) 引起机组转速的较大变化由于发电机负荷的变化是瞬时发生的，而导叶的启闭需要一定时间，水轮机出力不能及时地发生相应变化，因而破坏了水轮机出力和发电机负荷之间的平衡，导致了机组转速的变化。
丢弃负荷时，水轮机在导叶关闭过程中产生的剩余能量将转化为机组转动部分的动能，从而使机组转速升高。
反之增加负荷时机组转速降低。
(2) 在有压引水管道中发生“水击”现象当水轮机流量发生变化时，管道中的流量和流速也要发生急剧变化，由于水流惯性的影响，流速的突然变化使压力水管、蜗壳及尾水管中的压力随之变化，即产生水击。
导叶关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上升，尾水管中则造成压力下降。
反之导叶开启时，在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而在尾水管中引起压力上升。
(3) 在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位波动现象。
无压引水系统中产生的水位波动计算在第八章已介绍。
二、调节保证计算的任务水击压力和机组转速变化的计算，一般称为调节保证计算。
调节保证计算的任务及目的是：(1) 计算有压引水系统的最大和最小内水压力。
最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据之一；最小内水压力作为压力管道线路布置、防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据。
冲击式水轮机-水电站
水斗: 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. 冲击转轮上的水斗作功. 目前, 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. 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 斜击式: 上的水斗. 上的水斗. 双击式:水流两次冲击转轮. 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, 斜击,双击水轮机构造简单,效率低,用于小型 电站. 电站.
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三,出力与效率(output and efficiency) 出力与效率 1. 出力 水轮机的输出功率 : 出力(水轮机的输出功率 水轮机的输出功率)N: 指水轮机轴传给发电机轴的功率. 指水轮机轴传给发电机轴的功率. 水流传给水轮机的能量)为 水轮机的输入功率 (水流传给水轮机的能量 为: 水流传给水轮机的能量
设蜗壳,水流直贯转轮. 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. 管出口都是轴向的.H<20m,小型河床电站. ,小型河床电站.
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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, 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. 其密封困难,现在较少使用. 半贯流式: 半贯流式:
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水轮机是将水 水轮机是将水 能转变为旋转机
水 轮 发 电 机 组
械能, 械能,从而带动 发电机发出电能 的一种机械, 的一种机械,是 水电站动力设备 之一. 之一.
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水轮机类型及工作参数
第一节水轮机的主要类型自然界有多种能源，其中有很多式可以开发利用的，目前已被利用的能源中主要有热能、水能、风能和核能。
其中水能是一种最经济的能源，水能的开发利用已受到越来越多的关注。
我国有着丰富的水力资源，对水能的开发利用已受到社会的广泛关注，对水能最重要的开发形式就是兴建各种各样的水电站。
水轮机作为将水能转换成旋转机械能的一种水力原动机，是水电站中最重要的组成部分。
根据转轮转换水流能量方式的不同，水轮机分成两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机。
反击式水轮机包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机；冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式水轮机。
一、反击式水轮机反击式水轮机转轮区内的水流在通过转轮叶片流道时，始终是连续充满整个转轮的有压流动，并在转轮空间曲面型叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向，从而对转轮叶片产生一个反作用力，驱动转轮旋转。
当水流通过水轮机后，其动能和势能大部分被转换成转轮的旋转机械能。
1.混流式水轮机如图1-1所示，水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。
混流式水轮机应用水头范围较广，约为20～700m，结构简单，运行稳定且效率高，是现代应用最广泛的一种水轮机。
图1-1 混流式水轮机1—主轴；2—叶片；3—导叶2．轴流式水轮机如图1-2所示，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，轴流式水轮机的应用水头约为3～80m。
轴流式水轮机在中低水头、大流量水电站中得到了广泛应用。
根据其转轮叶片在运行中能否转动，又可分为轴流定桨式和轴流转桨式水轮机两种。
轴流定桨式水轮机的转轮叶片是固定不动的，因而结构简单、造价较低，但它在偏离设计工况运行时效率会急剧下降，因此，这种水轮机一般用于水头较低、出力较小以及水头变化幅度较小的水电站。
轴流转桨式水轮机的转轮叶片可以根据运行工况的改变而转动，从而扩大了高效率区的范围，提高了运行的稳定性。
但是，这种水轮机需要有一个操作叶片转动的机构，因而结构较复杂，造价较高，一般用于水头、出力均有较大变化幅度的大中型水电站。
水电厂基础知识1
第一章概述第一节、水电厂基础知识一、水电站分类水电站可分为：1.坝后式：电站主厂房紧靠坝体，与坝体为一体。
如三峡电站。
2.引水式：电站主厂房在水库下游一定距离，发电用水由引水隧洞或渠道引入厂房，这种形式最为常见。
3.混合式：就是将以上两种形式融为一体。
在我们国家不常见。
4.抽水蓄能式：在系统电力过剩时将做过功的水抽入水库在系统电力紧张时再次用于发电。
5.潮汐式：利用海水涨、退潮时的落差发电。
二、水电站主要工作方式：水电站主要工作方式及电能的产生过程：水库引水隧洞（或明渠）调压井（或前池）压力钢管主阀水轮机导流部件水轮机转轮（转动：这是水电站对水能的利用过程）主轴发电机转子发电机定子出口断路器主变压器（升压变压器）开关站（电站生产过程完结）电力系统注解：水库集存水能能量，水能从取水口进入引水隧洞（或明渠），再由引水隧洞（或明渠）引入调压井（或前池），经过调压闸（只有调压井有，前池没有该设备）进入压力钢管，再经过主阀（有蝴蝶阀和球阀之分）进入水轮机的导水机构，冲动水轮机转轮，使其转动。
水轮机转轮带动主轴（主轴是连接发电机转子的）旋转，使发电机转子与其做同步旋转，由发电机定子绕着切割转子磁极的磁力线产生交流电能（电能产生），发电机生产的电能经过出口断路器进入主变压器（升压变压器）升压后经开关站分配给系统，再由变电站降压后分配给用户线路，最后经线路变压器（我们在路边可以看到的变压器）分配给用户。
三、水电站设备分类水电站设备分为：水文、水工、水动、电气一次、电气二次和计算机监控（现代设备）设备。
1.水文设备：提供水能资源的实时和预报数据，用于水库的实时调度（发电用水和防洪泄水依据）。
2.水工设备：保证水电站建筑的安全的设备（如：泄洪闸门、取水口闸门、栏污栓等）。
3.水动设备：把水能转换为旋转机械能的设备及其控制他的机械设备（如水轮机、调速器等）。
4.电气一次设备：是生产、传输电能的设备及其测量、使用电能的机械设备（如断路器、变压器、互感器、电动机等）。
水能的组成,反击式、冲击式水轮机的分类、工作原理及特点
第一节 水轮机的主要类型
水能构成
动能 位置势能
压力势能
第一节 水轮机的主要类型
运动的水体
动能
势能
水力机械旋转运动
压力势能 位置势能
第一节 水轮机的主要类型
水能减少（水轮机） 水力原动机
水能
机械能
水力工作机 水能增加（水泵）
第一节 水轮机的主要类型
水轮机发电机组工作原理
第一节 水轮机的主要类型
水电站
第一篇 水轮机 第二篇 水电站输水系统
第三篇 水电站厂房
第一节 水轮机的主要类型
第一节 水轮机的主要类型
水力机械（hydraulic machinery）：将水流的运动及能量与机械的运动及能量进行 转换的机器
水轮机（hydraulic turbine）：将水流的能量转换为旋转机械能的水力原动机 水泵（pump）：将机械能传递给水流，使水流的能量增加的水力工作机
H
(zA
pA
A v 2A 2g
)
(zB
pB
B v 2B 2g
)
一、水头 （Head）
第二节 水轮机的工作参数
毛水头Hg (gross head)：水电站上下游水位之差，单位：m
H g EU ED ZU Z D
落差
一、水头 （Head）
第二节 水轮机的工作参数
最大水头Hmax: 允许水轮机运行的净水头的最大值，单位： m 。对水轮机结构的强度设计有决定性的影响。
翼型
第一节 水轮机的主要类型
一、反击式水轮机( Reaction turbine)
环列叶栅绕流 蜗壳、导叶、尾水管等部件与优化形状和尺寸的环列叶栅配合， 使得反击式水轮机高效率、高稳定性地利用水能
冲击式水轮机
水轮机课程总结学院：能源学号：姓名：浅谈冲击式水轮机早在古代，我国就开始使用水车提供生产动力。
现如今，以水车为原型的水轮机——冲击式水轮机正在成为水轮机领域一个新的热门领域。
在其他各种水轮机都相对成熟了的时候，冲击式水轮机正在受到越来越多的关注。
现代冲击式水轮机是借助于特殊导水机构引出具有动能的自由射流，冲向转轮水斗，使转轮旋转做功，从而完成讲水能转换成机械能的一种水力原动机。
在冲击式水轮机中，以工作射流与转轮相对位置和做工次数的不同，可分为切击式水轮机、斜击式水轮机和双击式水轮机。
切击式水轮机工作射流中心线与转轮节圆相切，故名切击式水轮机。
其转轮叶片均由一系列呈双碗状水斗组成，故又称水斗式水轮机。
切击式水轮机是目前冲击式水轮机中应用最广泛的一种机型。
其应用水头一般为300-2000m，目前最高应用水头已达到1771.3m（澳大利亚的列塞克-克罗依采克水力蓄能电站，水轮机出力P=22.8MW）。
斜击式水轮机主要工作部件和切击式水轮机基本相同，只是工作射流与转轮进口平面呈某一角度α，射流斜着射向转轮。
斜击式水轮机适用于水头在35-350m、轴功率为10-500kW、比转速为18-45的中小型水电站。
双击式水轮机水流先从转轮外周进入部分叶片流道，消耗了大约70%-80%的动能，然后离开叶道，穿过转轮中心部分的空间，又一次进入转轮另一部分叶道消耗余下大约20%-30%的动能。
这种水轮机效率低，一般适用于H<60m，N<150kW 的小型水电站。
随着水力资源的深入开发，有许多高落差的流域需要进行开发，如我国的雅鲁藏布江，落差达到两千多米，同时修筑水坝又不现实（考虑到这时一条国际河流）。
因此冲击式水轮机便成为了首选。
冲击式水轮机主要有以下优点：1.适应流量和水头比值比较小的情况。
2. 加权平均效率很高，在整个运行区间都有很高的效率。
特别是水斗式水轮机现在先进的可以在30％～110％负荷区间可以平均91％以上的效率。
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•外控式弯喷管：结构简单、检修维护方便，但喷针操作杆 长，操作杆在喷管内影响水流流动，增加管内的水力损失
图6-6 外控式喷射机构 1-喷针接力器；2-填料压盖；3-喷嘴座；4-填料盒；5-填料；6-平 衡活塞；7-喷嘴口环；8-折向器；9-销杆；10-喷针；11-喷针座；
•内控式直喷管：结构紧凑，喷管内水力条件好，水力损失 小，效率高。根据试验，其效率比外控式高，一般用在大 型立式冲击式水轮机上。弹簧用来平衡喷针上向开启方向 的水推力。进油时关闭喷针，排油时开启喷针。
• 三、切击式水轮机结构及主要工作部件
• （三）转轮 • 作用：将水流动能转换为旋转机械能。 • 组成：它由轮辐及由若干呈双碗状的水斗组成。 • 转轮每个斗叶的外缘均有一个缺口，缺口的作用则使其
第一节 切击式水轮机结构
贵州天生桥水电站
一、冲击式水轮机主要类型及其工作特点 二、冲击式水轮机和反击式水轮的异同点 三、切击式水轮机结构及主要工作部件
• 一、冲击式水轮机主要类型及其工作特点
• 冲击式水轮机是借助于特殊导水机构（喷管） 引出具有动能的自由射流，冲向转轮水斗，使 转轮旋转做功，从而完成将水能转换成机械能 的一种水力原动机。
• 外调节机构 • 副喷嘴 • 机壳
• 排水坑渠
图6-4 卧式双喷嘴水轮机结构示意图 1-进水管；2-喷管；3-转轮；4-外调节机构；5-副喷嘴；6-机壳
• 三、切击式水轮机结构及主要工作部件
• （一）进水管
• 作用：引导水流，并将过机流量均匀分配给各喷管。
• 组成：水斗式水轮机的进水管均由直线段、肘管、分叉 管、环行收缩流道和导流体组成。多喷嘴水斗式水轮机 的进水管是一个具有极度弯曲和分叉的变断面输水管， 并在装有喷射机构的区域内设有导流体。
12-喷嘴；13-导叶栅；14-杆体；15-喷管弯段
•导水叶栅：用来引导压力水流使之沿喷针杆轴线方向移动， 消除水流在引水管道中因转弯引起的旋转所造成的水往分 散而降低水力效率。导水叶栅还可作为喷针杆的支柱。
•平衡活塞：用来平衡作用在喷针头部上、作用于喷针关闭 方向的水推力。因为作用在平衡活塞上的水推力与喷针上 的水推力相反。
于大气压力。故在导水机构、转轮及转轮后的区域内， 均需有密闭的流道。 • 在冲击式水轮机中，就不需要设置密闭的流道。
• 二、冲击式水轮机和反击式水轮机的异同点
• 2、不同点
• （4） 尾水能量回收效果不同 • 反击式水轮机必须设置尾水管，以恢复压力，减小转轮
出口动能损失和进一步利用转轮至下游水面之间的水流 能量。
• 形状：根据进水管主干管部分和叉管处的水流速度相等 的要求可知，进水管的断面尺寸自进口至出口逐渐减小 呈收缩状。进水管的断面形状有圆形和椭圆形两种。
卧式双喷嘴切击式水轮机进水管方案
立式6喷嘴切击式水轮机进水管方案
• 三、切击式水轮机结构及主要工作部件
• （二）喷射机构（简称喷管） • 作用： • ①将水流的压力势能转换为射流动能。 • ②起着导水机构的作用。 • 当喷针移动时，即可以渐渐改变喷嘴出口与喷作部件
• （四）外调节机构（折向器或分流器） • 作用：控制已离开喷嘴后的射流大小和方向。
• 双重调节：当机组负荷骤减或甩负荷时，水轮机调速器， 一方面操作喷针接力器，使喷针慢慢向关闭方向移动， 同时又操作外调解机构接力器，使外调节机构（折向器 或分流器）快速投入，迅速减小或全部截断因针阀不能 立即关闭而继续冲向转轮水斗的射流。这样：
过程，始终在空气中进行，则位于各部分的水流压力保 持不变（均等于大气压力）。
• 反击式水轮机那样，在导水机构、工作轮以及转轮后的 流道中，水流压力是变化的。故冲击式水轮机又称为无 压水轮机，而反击式水轮机，称之为有压水轮机。
• 二、冲击式水轮机和反击式水轮机的异同点
• 2、不同点
• （2）流道密闭要求不同 • 在反击式水轮机中，由于各处水流压力不等，并且不等
图6-11 防飞逸反射器简图 （a）单喷嘴水轮机；（b）喷嘴按1200布置的水轮机
1-外调节机构；2-喷嘴；3-反射器
• 三、切击式水轮机结构及主要工作部件
• （六）机壳
• 作用：把从水斗排出的水引至尾水渠，另外机壳还是一 个承重部件，喷管、轴承等部件固定于机壳上。
• 水力性能要求：要求立轴机组的机壳型线应使从水斗流 出的水流不会从机壳反射回去，以免影响射流和转轮的 工作。 对卧式机组，在机组转速上升时，有部分水流来 不及与水斗作用而直接冲击到机壳上，为此在机壳中设 置引流板。
• A、即解决了因针阀快速关闭而引水压力钢管中将产生 的较大水锤压力；
• B、又解决了因针阀不能及时关闭而使机组转速上升过 高。
• 三、切击式水轮机结构及主要工作部件
• （四）外调节机构（折向器或分流器） • 通常，针阀与折向器或分流器的行程要保持协联关系，
使针阀在任何开度下，外调节机构的截流板都位于射流 水柱边缘，以达到其快速偏流或截流的作用。 • 类型：折向器和分流器。
水轮机过流量较小，因而在一定水头和工作轮直径条件 下，冲击式水轮机的出力比较小。另外，充实水轮机的 转速相对比较低、出力小，导致了较低的比转速，故冲 击式水轮机适用于高水头小流量的场合。
• 三、切击式水轮机结构及主要工作部件
• 切击式水轮机是冲击式水轮机应用水头最高、容量最大 的一种机型。
• 主要结构部件有： • 进水管 • 喷管 • 转轮
• 在冲击式水轮机中，以工作射流与转轮相对位 置和做功次数的不同，可分为：
• 切击式水轮机（水斗式，应用最广） • 斜击式水轮机 • 双击式水轮机
图6-1 切击式水轮机的结构示意图 1-喷嘴；2-针阀；3-喷针移动机构；4-转轮；5-外调节机构；6-机壳
图6-2 斜击式水轮机的射流、转轮工作示意图
•喷嘴： 喷嘴是出喷嘴口、喷嘴头和喷针头组成。其作用 是将水流能量转变为动能，并启闭机组和调节流量。
•喷嘴口是一个惭缩断面的结构，由于流速迅速增高，在喷 嘴出口处会产生严重的气蚀，因此喷嘴口和哨嘴头采用螺 栓把合的组合结构，允许在不拆喷嘴头的情况下更换易损 的喷嘴门。喷嘴口的材料采用抗蚀的不锈钢。
•喷针头亦为可拆卸结构。
HM H
)
• 2、模型水轮机求原型水轮机单位分为两个步骤： • （1）求单位参数修正量
n11=n110M (
0 0M
-1)，Q11 =Q110M
(
0 -1) 0M
• （2）由模型水轮机单位参数加上单位参数修正 量得到原型水轮机对应相似工况的单位参数， 即 n11 n11M n11, Q11 Q11M Q11
后的斗叶不进入先前射流作用的区域,并且不防碍先前 的水流。 • 结构类型：装配组合式转轮、整铸转轮和铸焊转轮。
射流作用于斗叶
图6-8 转轮结构图
图6-9 水斗水轮机的转轮斗叶 （B-宽度；L-长度；h-深度） 1-工作面；2-切水刃；3-侧面；4-尾部；5-出水边；6-进水边； 7-横向筋板；8-纵向筋板；9-背面
构，其作用是：引导水流，调节流量，并将液体机械能 转变为射流动能。
• 反击式水轮机的导水机构，除引导水流，调节流量外， 在转轮前形成一定的旋转水流，以满足不同比转速水轮 机对转轮前环量的要求。
• 二、冲击式水轮机和反击式水轮机的异同点
• 2、不同点
• （2）水流压力变化规律不同 • 冲击式水轮机中，水流自喷嘴出口直至离开转轮的整个
水轮机
第一章 绪论 第二章 水轮机的工作原理 第三章 水轮机的相似理论与模型试验 第四章 水轮机的空化与空蚀 第五章 反击式水轮机的结构 第六章 冲击式与贯流式水轮机 第七章 水轮机的特性曲线与选型设计 第八章 水轮机的运行与检修
第六章 冲击式与贯流式水轮机
第一节 切击式水轮机结构 第二节 贯流式水轮机结构
分流器
折向器
• 三、切击式水轮机结构及主要工作部件
• （五）副喷嘴（反向制动喷嘴）与防飞逸反射器
• 1、副喷嘴的作用 ：
• ①制动。当机组转速度降低到一定程度时（通常为额定 转速的30%～40%），为使机组能很快停下来，即打开 副喷嘴，从副喷嘴引出的射流直接冲向转轮水斗背面， 形成作用与转轮的一个与转轮旋转方向相反的制动力矩， 机组在该力矩作用下迅速停止运转；
其内，而仅在一个或几个局部的地方，通过一个或几个 喷嘴进入工作轮。由于工作叶片流道仅对着某个喷嘴时 被水充满，而当它转到下一个喷嘴之前，该叶片流道中 的水已倾尽，故水流沿叶片流动不会发生紊乱。
• 二、冲击式水轮机和反击式水轮机的异同点
• 2、不同点
• （7） 流量、出力、水头、比转速大小不同 • 冲击式水轮机的工作轮仅部分过水，部分水斗工作，故
n110M =70r/min, Q110M =1.15m3 /s, 110M 0.9。
求最优工况下相似水轮机在D1=4.1m, H 73m时
的110，n,Q, P。
• 补气：机壳内的压力要求与大气相当。为此，往往在转 轮中心附近的机壳上开设有补气孔,以消除局部真空。
• 进人孔：机壳上一般开有进人门孔。
• 净水栅（平水栅）：机壳下部应装有静水栅，以消除排 水能量。并作为机组停机观察和检修时的工作平台。
•
本节小结
• 1、由模型水轮机求原型水轮机效率分为两个步骤：
• ②防飞车。当机组突然甩负荷调节系统又失灵时，副喷 嘴即投入工作。从副喷嘴引出一股射流直接冲向水斗背 面，形成制动力矩，这样可避免机组转速急剧上升以至 机组发生飞逸。
• 制动喷嘴可以自动或手动开启。为防止转轮反转，装设 有专门的联锁装置。
• 三、切击式水轮机结构及主要工作部件 • （五）副喷嘴（反向制动喷嘴）与防飞逸反射器 • 2、防飞逸反射器：