水轮发电机组

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
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。
(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 ➢ 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。不适宜调峰运行。 ➢ 适用：水头高，流量小，多用于400m以上，最高 接近2000m。
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4. 贯流式：水轮机的主轴装置成水平或倾斜。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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灯泡式水轮机组
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轴伸式贯流机组
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竖井贯流式水轮机
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➢ 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。
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水轮机是将水
能转变为旋转机
水
械能，从而带动
轮
发
发电机发出电能
电
机
的一种机械，是
组
水电站动力设备
之一。
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第一章 水轮机概述
第一节 水轮机的工作参数
水轮发电机组装置原理图
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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， 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。
➢ 竖井式贯流机组：发电机安装在竖井内。
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。
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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大的机组。
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混流式水轮机
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蜗壳组装
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2. 座环 ➢ 位于导水叶的外围。由上、下环和立柱组成。 ➢ 作用：是水轮机的骨架，承受机墩及传来的荷载，
并传到下部基础；支承活动导叶；故必须有足够 的强度和刚度。 ➢ 断面设计：流线形，保证强度、刚度。数目为活 动导叶的一半。
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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
(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
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1. 蜗壳：其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。
三门峡水电站水轮机蜗壳
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(2) 导叶相对高度b0/D1： HL：0.1~0.39; ZL：0.35~0.45
(3) 导叶转动轴分布圆直径D0，应满足导叶在最大 可能开度时不碰到固定导叶和转轮。一般取 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。
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2. 效率： η=N/Nw ， 一般η=80%~95%
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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。
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
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。
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水斗式水轮机转轮
轮叶 轮盘
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斜击式水轮机转轮
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双击式水轮机转轮
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水轮机的类型
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冲击式水轮机运行中
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单喷嘴运行中
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➢ 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。
《水 电 站》
2009年2月
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第一篇 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
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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
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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
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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
导叶的开度
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5. 转轮 ➢ 水能机械能 ➢ 组成：轴、上冠、叶片、下环、止漏环、泄水锥
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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 不包括：工作水头H、流量Q、出力N、效率η， 工作力矩M、机组转速n。
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Βιβλιοθήκη Baidu
一、水头(head)
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3. 导水机构
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导水机构结构图
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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；
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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)
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。
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➢ 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。
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接力器
1. 毛水头(nominal productive head) HM=EU-ED=ZU-ZD
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。
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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 ：
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
❖ 接力器用于操作控制环的转动
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接力器示意图
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导叶的主要几何参数
(1) 导叶数Z0：与D1有关。D1 =1.0~2.25m时， Z0=16；D1 =2.5~8.5m时， Z0 =24 。
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轴流式水轮机
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轴流转浆式水轮机转轮
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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。