水轮发电机基本常识-简

水轮发电机基本常识

水轮发电机组的用途。

水轮发电机组是将具有一定高度的水头和流量的水的动能和势能转换为机械能并最终转换成电能的装置。水轮发电机设备是一种集合了多种学科和技术的工业产品，其中包括流体力学、工程力学、材料力学等多学科和机械、冶金、电子、计算机、自动控制等多门技术产物。水力发电站及其主要的设备——水轮发电机组是现代工业和现代生活的一项重要设备。发电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有广泛的用途。

水力发电站

水力发电是大自然赐给人类的一种清洁能源，就像风能、太阳能一样，是可以再生、取之不尽，用之不绝，无污染的能源。水力发电站运行费用低，便于电力调峰。尽管水力发电站造价较高，水电建设成本高于火电建设成本约40％，然而由于能满足较高的环保要求，考虑到火电厂燃料的燃烧在脱硫、脱硝、脱尘等方面所需资金约占投资的 1／3，水、火电建设成本也就相差不多了。至于运行成本，水电明显优于火电：在中国，水电为0．04-0．09元／kwh，而火电为0．19元／kwh(火电燃料的购买和运输费用就占去50％一70％)。除了上述经济效益，开发水电还具有防洪、航运、供水、灌溉、旅游等综合效益。

因此，自1888年美国人建成世界上第一座水电站以来，各国都很重视水电站的兴建。发达国家的可用水电资源在20世纪60年代即已基本开发完。到80年代,世界最大水电站──长江三峡水电站的设计装机容量为1260万千瓦（机组容量70万千瓦）。

水力发电站规模分类：按照中国水利部部颁标准分为：

1、大型水力发电站：容量大于250MW为大型水力发电站。

2、中性水力发电站：装机容量50～250MW的为中型水力发电站。

3、小型水力发电站: 装机容量小于50000kW的为小型水力发电站。

4、微型水利发电站：装机容量100KW以下的为微型水力发电站

小型水电站枢纽工程主要由哪几部分组成？

主要由挡水建筑物(坝)、泄洪建筑物(溢洪道或闸)、引水建筑物(引水渠或隧洞，包括调压井)及电站厂房(包括尾水渠、升压站) 四大部分组成。

水轮发电机的工作原理

水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。

早在公元前100年前后，中国就出现了水轮机的雏形——水轮，用于提灌和驱动粮食加工器械。现代水轮机则大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。作完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。

水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机（impules turbine）和反击式水轮机（(reaction water turbine)

两大类。冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。

冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类。斜击式水轮机的结构与水斗式水轮机基本相同，只是射流方向有一个倾角，只用于小型机组。

反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。在混流式水轮机中，水流径向进入导水机构，

轴向流出转轮；在轴流式水轮机中，水流径向进入导叶，轴向进入和流出转轮；在斜流式水轮机中，水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮，或以倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮；在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。

轴流式、贯流式和斜流式水轮机按其结构还可分为定桨式和转桨式。定桨式的转轮叶片是固定的；转桨式的转轮叶片可以在运行中绕叶片轴转动，以适应水头和负荷的变化。

轴流转桨式水轮机是奥地利工程师卡普兰在1920年发明的，故又称卡普兰水轮机。其转轮叶片一般由装在转轮体内的油压接力器操作，可按水头和负荷变化作相应转动，以保持活动导叶转角和叶片转角间的最优配合，从而提高平均效率，这类水轮机的最高效率有的已超过94％。

80年代，世界上尺寸最大的转桨式水轮机是中国东方电机厂制造的，装在中国长江中游的葛洲坝电站，其单机功率为170兆瓦，水头为18.6米，转速为54.6转／分，转轮直径为11.3米，于1981年投入运行。世界上水头最高的转桨式水轮机装在意大利的那姆比亚电站，其水头为88.4米，单机功率为13.5兆瓦，转速为375转／分，于1959年投入运行。

贯流式水轮机的导叶和转轮间的水流基本上无变向流动，加上采用直锥形尾水管，排流不必在尾水管中转弯，所以效率高，过流能力大，比转数高，特别适用于水头为3～20米的低水头电站。这种水轮机装在潮汐电站内还可以实现双向发电。这种水轮机有多种结构，使用最多的是灯泡式水轮机。

灯泡式机组的发电机装在水密的灯泡体内。其转轮既可以设计成定桨式，也可以设计成转桨式。世界上最大的灯泡式水轮机(转桨式)装在美国的罗克岛第二电站，水头12.1米，转速为85.7转/分，转轮直径为7.4米，单机功率为54兆瓦，于1978年投入运行。

混流式水轮机是世界上使用最广泛的一种水轮机，由美国工程师弗朗西斯于1849年发明，故又称弗朗西斯水轮机。与轴流转桨式相比，其结构较简单，最高效率也比轴流式的高，但在水头和负荷变化大时，平均效率比轴流转桨式的低，这类水轮机的最高效率有的已超过95％。混流式水轮机适用的水头范围很宽，为5～700米，但采用最多的是40～300米。

水轮机的种类、构造和特点

1、混流式水轮机（Francis Turbine）

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

优点：适用范围广，结构简单，运行稳定，效率高，

2、轴流式水轮机( Axial Turbine)

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。

(a)、轴流定浆式(Propeller Type or Fixed Blade Type)：叶片不能随工况的变化而转动。改变叶

片转角时需要停机进行。结构简单，效率低。适用H、Q变化不大的情况（工况较稳定），

H：3~50m。(注：H——water head水头， Q——discharge流量)

(b)、轴流转浆式（Kaplan Type or Adjustable Blade Type）：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）。适用水头流量的变化，高效率区广，大中型电站多采

用。H：3~80m。

3、贯流式水轮机(Tubular Turbine)

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。

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、灯炮式。

4、冲击式水轮机(Impulse Turbine)

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。

类型：

(1)、水斗式：( Pelton Type)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。