水利水电工程专业水电站课程1

导叶的主要几何参数
（1）导叶数Z0：与D1有关，一般16~24。
（2）导叶相对高度b0/D1：
HL：0.1~0.39;
ZL:0.35~0.45
（3）导叶轴分布圆直径D0 一般D0=1.13~1.16D1
(4) 导叶开度a0：两导叶之间的垂直距离，最大开 度为amax。
转轮
作用：水能→机械能 组成：轴、上冠、叶片、下环、止漏环、泄水锥
尾水管
尾水管的作用是引导水流进入下游河道，并回收 部分动能和势能。
§1-4 水轮机的型号及标称直径
反击式水轮机的型号 （由三部分组成）
HL240 —— LJ —— 410
混流式水轮机，型号240（比转速)，立轴，金属 蜗壳，转轮直径为410cm

ZZ440 ——WH —— 430
轴流转浆式水轮机，型号440，卧轴，混凝土蜗壳 ，转轮直Biblioteka Baidu430cm
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
第一篇 水轮机
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 水轮机的类型、构造及工作原理
小净水头； 设计水头(计算水头) Hr：
水轮机发出额定出力时的最小净水头。 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随H、N的变化而变化，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
导水机构
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、调速器、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。 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
轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。
轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转动。
在中低水头（3-80m）、大流量的电站中得到广泛应 用。
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。但由于结构 特别复杂、造价高，一般只应用于大中型电站。
4. 贯流式：水轮机的主轴装置成水平或倾斜。
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称为 反击式水轮机。
特征：转轮的叶片为空间扭曲面，流过转轮的水 流式连续的，而且在同一时间内，所有转轮叶片 之间的流道都由水流通过，积水流充满转轮室。
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。
类型
水斗式（切击式）:特点是由喷泉嘴出来的射流沿圆 周切线方向冲击转轮上的水斗作功。 水斗式水轮机是冲击式水轮机中目前在高水头 （300-1700m)、小流量电站中应用最广泛的一种机型 。
斜击式：射流沿与转轮平面成一角度方向冲击转轮 双击式：射流两次经过转轮
斜击、双击水轮机构造简单，效率低，多用于小型电 站
§1.2 水轮机的工作参数
水轮发电机组装置原理图
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， 其基本参数包括工作水头H、流量Q、出力 N、效率η，此外还有工作力矩M、机组转 速n。
一、水头(head)
定义：单位重量的水体通过水轮机时的能量减小值 1.毛水头(nominal productive head)
反击式水轮机的主要组成部件：
(1) 进水(引水)部件—蜗壳：将水流均匀、旋转， 以最小水头损失送入转轮。 (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。
一、 混流式水轮机基本构造
HL：转轮叶片进口边上最大直径 ZL、XL：转轮叶片轴心线相交处的转轮室直径 CJ：转轮与射流中心线相切处节圆直径
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， 转速n：单位时间内水轮机转轮的旋转周数。
n=60f/P=3000/P n ——转速，n=3000/p p ——发电机磁极对
第三节 水轮机的基本构造
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：
Nw QH 9.81QH
水轮机的输出功率： N Nw 9.81QH
2. 效率： η=N/Nw 一般η=80%~95%
类型
1.混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。
适用范围：H=30-700 m , 单机容量：几万kW-几 十万kW（三峡70万Kw，向家坝80万Kw）
适用范围广，结构简单，运行稳定，效率高，是目 前应用最广泛的机型之一。
2. 轴流式：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流
方向始终平行于主轴。
冲击式水轮机的型号
2CJ30——W——120/2×10
转轮型号为20，水斗式水轮机，卧轴，一根轴上 两个转轮，转轮直径为120cm,每个转轮两个喷嘴 ，设计射流直径为10cm。
SJ150——W——60/20
转轮型号为150，双击式水轮机，卧轴，转轮直径 为60cm，转轮宽度为20cm。
各种水轮机转轮标称直径D1
不设蜗壳，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。
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电气设备
二、冲击式水轮机(Inpulse water tubine)
定义：利用水流的动能来做功的水轮机为冲 击式水轮机。
特征： 由喷管和转轮组成。水流以自由水流 的形式(P=Pa)冲击转轮，利用水流动能(V方 向、大小改变)产生旋转力矩使转轮转动。在 同一时刻内，水流只冲击着转轮的一部分， 而不是全部
§1.1 水轮机的主要类型
机型归纳如下： 水轮机

混流式

轴流式定 转浆 浆式 式
反击式贯 斜流 流式 式半 全贯 贯流 流式 式竖 轴 灯井 伸 泡式 式 式



冲击式双 水 斜击 斗 击式 式 式
Hg=EU-ED=ZU-ZD
2.水轮机的工作水头 毛水头 - 水头损失=净水头
H=EA- EB=Hg - △hI-A
注意：工作水头不是特定的某个水头，而是能使水 轮机正常工作的一个范围值
3.特征水头(characteristic head)
最大工作水头：允许水轮机运行的最大净水头； 最小工作水头：保证水轮机安全、稳定运行的最
水流→蜗壳→座环→导叶→转轮→尾水管→下游
蜗壳
蜗壳的作用是使水流产生圆周运动，并引导水流 均匀地、轴对称地进入水轮机。
座环
位于导水叶的外围。由上、下环和立柱组 成。
作用：水轮机的骨架，承受机墩及传来的 荷载，并传到下部基础；支承活动导叶；
断面设计：流线形，保证强度、刚度。数 目为活动导叶的一半。
冲击式水轮机结构
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机型归纳如下： 水轮机

混流式

轴流式定 转浆 浆式 式
反击式贯 斜流 流式 式半 全贯 贯流 流式 式竖 轴 灯井 伸 泡式 式 式



冲击式双 水 斜击 斗 击式 式 式