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水轮机构造
第一篇水力机械
水轮机+ 发电机:
功能:
水泵+ 电动机:
功能:
水泵+ 水轮机: 水轮发电机组发电水泵抽水机组输水抽水蓄能机组。
功能: 抽水蓄能
水轮发电机组: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。
第一章水轮机概述
第一节水轮机的工作参数
水轮发电机组装置原理图
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= 可知,基本参数:工作水头H、流量Q、出力N、效率η,工作力矩M、机组转速n。
一、水头(head)
1. (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.
HG=ZU- ZZ - hI-A
其中ZU和ZZ分别为上游和水轮机喷嘴处的水位。
4. (characteristic head)
表示水轮机的运行范围和运行工况的几个典型水头。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
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,所需流量Q最大,称为设计流量Qr
三、出力与效率(output and efficiency)
1. (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? 水轮机的输出功率:N?Nw???
2. :
η=N/Nw,一般η=80%~95%
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??M2?n??QH 60
式中 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。
数额定转速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。
第二节水轮机的主要类型及其构造
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。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。
1. 混流式
混流式水轮机特征:水流流经转轮叶片时,从径向流入,而从轴向流出。适用范围:H=30-450m , 最高水头已接近700m,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。
2. 轴流式特征: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:大流量、低水头。一般水头在50m以下。分类:
(1) :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。
(2) :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。
轴流转浆式水轮机转轮
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。
4. 贯流式特征: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。
适用:H<20m,小型河床电站。贯流式机组分类:
(1) 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。
(2) 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。
(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的方向、大