水電站精品ppt水輪機概述

1、水水 電電 站站第一篇第一篇 水力機械水力機械水輪機水輪機+發(fā)電機：發(fā)電機： 水輪發(fā)電機組水輪發(fā)電機組 功能：功能： 發(fā)電發(fā)電水水 泵泵+電動機：電動機：水泵抽水機組水泵抽水機組 功能：功能： 輸水輸水水水 泵泵+水輪機：水輪機： 抽水蓄能機組。抽水蓄能機組。 功能：功能： 抽水蓄能抽水蓄能水水輪輪發(fā)發(fā)電電機機組組 水輪機是將水輪機是將水水能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機械能械能，從而帶動，從而帶動發(fā)電機發(fā)出電能發(fā)電機發(fā)出電能的一種機械，是的一種機械，是水電站動力設備水電站動力設備之一。之一。第一章第一章 水輪機概述水輪機概述水輪發(fā)電機組裝置原理圖水輪發(fā)電機組裝置原理圖第一節(jié)第一節(jié) 水輪機的工作參

2、數(shù)水輪機的工作參數(shù) 定義：定義：反映水輪機工作狀況特性值的一些參數(shù)，反映水輪機工作狀況特性值的一些參數(shù)，稱水輪機的基本參數(shù)。稱水輪機的基本參數(shù)。 由水能出力公式由水能出力公式: n=9.81qh 可知，可知，基本參數(shù)基本參數(shù)不包括：不包括：工作水頭工作水頭h、流量流量q、出力出力n、效率效率，工作力矩工作力矩m、機組轉(zhuǎn)速機組轉(zhuǎn)速n。水輪機的工作參數(shù)水輪機的工作參數(shù)一、水頭一、水頭(head) 1. 毛水頭毛水頭(nominal productive head) hm=eu-ed=zu-zd 2. 反擊式水輪機的工作水頭反擊式水輪機的工作水頭 毛水頭毛水頭 - 水頭損失水頭損失=凈水頭凈水頭 h

3、g=ea- eb=hm - hi-a 3. 沖擊式水輪機的水頭沖擊式水輪機的水頭hg=zu- zz - hi-a 其中其中zu和和zz分別為上游和水輪機噴嘴處的水頭。分別為上游和水輪機噴嘴處的水頭。4.特征水頭特征水頭(characteristic head)表示水輪機的運行范圍和運行工況。表示水輪機的運行范圍和運行工況。u最大工作水頭：最大工作水頭： hmax=z正正-z下下min-hi-au最小工作水頭：最小工作水頭： hmin=z死死-z下下max-hi-a u設計水頭設計水頭(計算水頭計算水頭) hr ： 水輪機發(fā)額定出力時的最小水頭。水輪機發(fā)額定出力時的最小水頭。u平均水頭：平均水頭

4、： hav =z上上av-z下下av二、流量二、流量(m3/s)(flow quantity)u 單位時間內(nèi)通過水輪機的水量單位時間內(nèi)通過水輪機的水量 q 。u q隨隨h、n的變化：的變化： h、n一定時，一定時， q也一定；也一定； 當當h=hr、n=n額額時，時，q為最大。為最大。u 在在hr、nr、nr 運行時運行時 qr(設計流量設計流量)三、出力與效率三、出力與效率(output and efficiency)1. 出力出力(水輪機的輸出功率水輪機的輸出功率)n： 指水輪機軸傳給發(fā)電機軸的功率。指水輪機軸傳給發(fā)電機軸的功率。 水輪機的輸入功率水輪機的輸入功率 (水流傳給水輪機的能量水

5、流傳給水輪機的能量)為為： 水輪機的輸出功率：水輪機的輸出功率：2. 效率：效率： =n/nw ， 一般一般=80%95%qhqhnw81. 9qhnnw81. 9四、工作力矩和轉(zhuǎn)速四、工作力矩和轉(zhuǎn)速v水輪機的出力可以用旋轉(zhuǎn)機械運動公式來表達水輪機的出力可以用旋轉(zhuǎn)機械運動公式來表達 m主軸力矩主軸力矩; 水輪機旋轉(zhuǎn)角速度，水輪機旋轉(zhuǎn)角速度， n 轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速，n=3000/p p 發(fā)電機磁極對發(fā)電機磁極對v額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速n：正常情況下機組的轉(zhuǎn)速保持為固定：正常情況下機組的轉(zhuǎn)速保持為固定轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速稱為轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速，并與發(fā)電機的同步，并與發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速相等。轉(zhuǎn)速相等。qhn

6、mmn81. 9602第二節(jié)第二節(jié) 水輪機的主要類型及其構(gòu)造水輪機的主要類型及其構(gòu)造水輪機沖擊式反擊式混流式軸流式斜流式貫流式水斗式雙擊式斜擊式軸流定漿式軸流轉(zhuǎn)漿式全貫流式半貫流式燈泡式軸伸式豎井式水輪機沖擊式反擊式混流式軸流式斜流式貫流式水斗式雙擊式斜擊式軸流定漿式軸流轉(zhuǎn)漿式全貫流式半貫流式燈泡式軸伸式豎井式一、主要類型一、主要類型(一一)、反擊式水輪機、反擊式水輪機 (reaction water turbine) 定義：定義：利用水流的勢能和動能做功的水輪機利用水流的勢能和動能做功的水輪機特征：特征：轉(zhuǎn)輪的葉片為空轉(zhuǎn)輪的葉片為空間扭曲面，流過轉(zhuǎn)輪的間扭曲面，流過轉(zhuǎn)輪的水流是連續(xù)的，而且在

7、水流是連續(xù)的，而且在同一時間內(nèi)，所有轉(zhuǎn)輪同一時間內(nèi)，所有轉(zhuǎn)輪葉片之間的流道都有水葉片之間的流道都有水流通過，水流充滿轉(zhuǎn)輪流通過，水流充滿轉(zhuǎn)輪室。室。反擊式水輪機原理反擊式水輪機原理水流通過轉(zhuǎn)輪葉片時，水流流速的大小、方向水流通過轉(zhuǎn)輪葉片時，水流流速的大小、方向均發(fā)生變化，因此動量也發(fā)生了改變，水流產(chǎn)均發(fā)生變化，因此動量也發(fā)生了改變，水流產(chǎn)生反作用力，作用與生反作用力，作用與每個轉(zhuǎn)輪葉片，使轉(zhuǎn)每個轉(zhuǎn)輪葉片，使轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，從輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，從而做功。而做功。1. 混流式：混流式：水流徑向流入轉(zhuǎn)輪，軸向流出。水流徑向流入轉(zhuǎn)輪，軸向流出。 適用范圍：適用范圍：h=30-450 m , 最高水頭已

8、接近最高水頭已接近700米，米，單機容量：幾萬單機容量：幾萬kw-幾十萬幾十萬kw 特點：特點：適用范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定，效適用范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定，效率高，適用高水頭小流量電站。率高，適用高水頭小流量電站。 三峽水電站即采用了這種水輪機，單機容量三峽水電站即采用了這種水輪機，單機容量70萬萬kw。是世界上單機容量最大的機組。是世界上單機容量最大的機組?；炝魇剿啓C混流式水輪機2. 軸流式：軸流式：特點：特點：水流沿轉(zhuǎn)輪軸向流入，軸向流出，水流方水流沿轉(zhuǎn)輪軸向流入，軸向流出，水流方向始終平行于主軸。向始終平行于主軸。適用適用于大流量、低水頭。一般水頭在于大流量、低水頭。一般水頭在5

9、0m以下。以下。軸流定漿式：軸流定漿式：葉片不能隨工況的變化而轉(zhuǎn)動。高葉片不能隨工況的變化而轉(zhuǎn)動。高效率區(qū)較小，適用于水頭變化不大的小型電站。效率區(qū)較小，適用于水頭變化不大的小型電站。軸流轉(zhuǎn)漿式：軸流轉(zhuǎn)漿式：葉片能隨工況的變化而轉(zhuǎn)動，進行葉片能隨工況的變化而轉(zhuǎn)動，進行雙重調(diào)節(jié)（導葉開度、葉片角度雙重調(diào)節(jié)（導葉開度、葉片角度)。適用于大型水。適用于大型水電站。電站。軸流式水輪機軸流式水輪機軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(zhuǎn)輪軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(zhuǎn)輪 3. 斜流式：斜流式：水流經(jīng)過轉(zhuǎn)輪時是斜向的。轉(zhuǎn)輪葉片水流經(jīng)過轉(zhuǎn)輪時是斜向的。轉(zhuǎn)輪葉片隨工況變化而轉(zhuǎn)動，高效率區(qū)廣。隨工況變化而轉(zhuǎn)動，高效率區(qū)廣。 4. 貫流式：貫流式

10、：水輪機的主軸裝置成水平或傾斜。不水輪機的主軸裝置成水平或傾斜。不設蝸殼，水流直貫轉(zhuǎn)輪。水流由管道進口到尾水設蝸殼，水流直貫轉(zhuǎn)輪。水流由管道進口到尾水管出口都是軸向的。管出口都是軸向的。h0，葉片開，葉片開始啟動，始啟動，+20 輪轂：外部連接葉片，內(nèi)部安裝轉(zhuǎn)動機構(gòu)。輪轂：外部連接葉片，內(nèi)部安裝轉(zhuǎn)動機構(gòu)。轉(zhuǎn)動機構(gòu)：安裝在輪轂內(nèi)，由調(diào)速器控制，調(diào)整轉(zhuǎn)動機構(gòu)：安裝在輪轂內(nèi)，由調(diào)速器控制，調(diào)整導葉角度。導葉角度。2. 轉(zhuǎn)輪構(gòu)造轉(zhuǎn)輪構(gòu)造葉片轉(zhuǎn)動操作機構(gòu)葉片轉(zhuǎn)動操作機構(gòu)(三三)、斜流式水輪機構(gòu)造、斜流式水輪機構(gòu)造斜流式水輪機構(gòu)造斜流式水輪機構(gòu)造v主要部件：座環(huán)、轉(zhuǎn)輪及其葉片、導水機構(gòu)、尾水主要部件：座環(huán)

11、、轉(zhuǎn)輪及其葉片、導水機構(gòu)、尾水管、主軸、導軸承等。管、主軸、導軸承等。 v與軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機不同之處：葉片轉(zhuǎn)動軸線與主與軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機不同之處：葉片轉(zhuǎn)動軸線與主軸成軸成4560的夾角。的夾角。v毛家村電站的運行證明，斜流式水輪機可以在比較毛家村電站的運行證明，斜流式水輪機可以在比較寬闊的負荷范圍內(nèi)保持較高的平均效率，但其缺點寬闊的負荷范圍內(nèi)保持較高的平均效率，但其缺點也很突出，如結(jié)構(gòu)復雜，可靠性較低，容易漏油，也很突出，如結(jié)構(gòu)復雜，可靠性較低，容易漏油，造成污染，在吸出高度造成污染，在吸出高度hs=-8m條件下運行，其空條件下運行，其空蝕現(xiàn)象仍比較嚴重。蝕現(xiàn)象仍比較嚴重。v由于斜流水輪機無顯

12、著特點，在設計中很少采用。由于斜流水輪機無顯著特點，在設計中很少采用。(四四)、燈泡貫流式水輪機、燈泡貫流式水輪機 實際上是實際上是臥軸安裝的臥軸安裝的軸流式水輪軸流式水輪機，發(fā)電機機，發(fā)電機安裝在燈泡安裝在燈泡體內(nèi)。體內(nèi)。 燈泡貫流式水輪機燈泡貫流式水輪機v我國開發(fā)采用燈泡貫流式水輪機的時間相對較晚，我國開發(fā)采用燈泡貫流式水輪機的時間相對較晚，近年來燈泡貫流式水輪機的導葉都采用了重錘式近年來燈泡貫流式水輪機的導葉都采用了重錘式關閉機構(gòu)來防飛逸，從而可節(jié)約引水系統(tǒng)的快速關閉機構(gòu)來防飛逸，從而可節(jié)約引水系統(tǒng)的快速閘門。閘門。v目前采用的燈泡貫流式水輪機使用水頭高達目前采用的燈泡貫流式水輪機使用水

13、頭高達27.3m，轉(zhuǎn)輪直徑轉(zhuǎn)輪直徑7.5m，單機容量達，單機容量達48mw。v廣東飛來峽廣東飛來峽(435mw)、寧夏沙坡頭、寧夏沙坡頭(430mw)、甘肅炳靈甘肅炳靈(548mw)等電站，均為燈泡貫流機組。等電站，均為燈泡貫流機組。v當水頭較低而機組容量又較大時，若水輪機與發(fā)電當水頭較低而機組容量又較大時，若水輪機與發(fā)電機的主軸直接聯(lián)接，則發(fā)電機將因轉(zhuǎn)速較低而直徑機的主軸直接聯(lián)接，則發(fā)電機將因轉(zhuǎn)速較低而直徑較大，這會導致燈泡體尺寸過大而使流道水力損失較大，這會導致燈泡體尺寸過大而使流道水力損失增加。為此常在水輪機與發(fā)電機之間設置齒輪增速增加。為此常在水輪機與發(fā)電機之間設置齒輪增速傳動機構(gòu)，使

14、發(fā)電機轉(zhuǎn)速比水輪機轉(zhuǎn)速大傳動機構(gòu)，使發(fā)電機轉(zhuǎn)速比水輪機轉(zhuǎn)速大3-10倍，倍，從而縮小發(fā)電機尺寸，減小燈泡體尺寸，改善流道從而縮小發(fā)電機尺寸，減小燈泡體尺寸，改善流道的過流條件。但這種增速機構(gòu)結(jié)構(gòu)復雜，加工工藝的過流條件。但這種增速機構(gòu)結(jié)構(gòu)復雜，加工工藝要求較高，傳動效率一般較低，因此目前僅應用于要求較高，傳動效率一般較低，因此目前僅應用于小型貫流式機組。小型貫流式機組。(五五)、水斗式水輪機構(gòu)造、水斗式水輪機構(gòu)造水斗式水輪機的組成：水斗式水輪機的組成：噴管、折流板、轉(zhuǎn)輪、機噴管、折流板、轉(zhuǎn)輪、機殼、尾水槽殼、尾水槽(1). 轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)輪組成：組成：輪盤、斗葉（沿輪盤均勻分布）。輪盤、斗葉（沿輪盤均

15、勻分布）。連接方式：連接方式：螺拴、螺拴、整體鑄造、焊接。整體鑄造、焊接。水斗的形狀水斗的形狀(2). 噴管噴管組成：組成：噴嘴、噴管體、針閥、噴桿、操作機構(gòu)噴嘴、噴管體、針閥、噴桿、操作機構(gòu)針閥：針閥：控制水輪機的過水流量，以行程表示。控制水輪機的過水流量，以行程表示。廣泛應用的噴嘴廣泛應用的噴嘴(3). 折流板折流板 使針閥緩慢關閉，降低水錘壓力，使水流偏離水斗，使針閥緩慢關閉，降低水錘壓力，使水流偏離水斗，避免機組轉(zhuǎn)速升高。避免機組轉(zhuǎn)速升高。(4). 機殼機殼 把水斗中排出的水引導入尾水槽內(nèi)。一般為鑄鋼件。把水斗中排出的水引導入尾水槽內(nèi)。一般為鑄鋼件。(5). 引水板引水板 防止水流隨轉(zhuǎn)

16、輪飛濺到上方，造成附加損失防止水流隨轉(zhuǎn)輪飛濺到上方，造成附加損失水斗水輪機的裝置方式水斗水輪機的裝置方式(1)為了提高機組轉(zhuǎn)速及過流量，常在一個轉(zhuǎn)輪上為了提高機組轉(zhuǎn)速及過流量，常在一個轉(zhuǎn)輪上裝設裝設兩個或更多個噴嘴兩個或更多個噴嘴。有時又在一根軸上裝。有時又在一根軸上裝設設兩個兩個(或多個或多個)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)輪，以提高機組的單機出力。，以提高機組的單機出力。(2)大中型水斗式水輪機多采用立式布置，這樣不大中型水斗式水輪機多采用立式布置，這樣不僅可使廠房面積縮小，也便于裝設多噴嘴。僅可使廠房面積縮小，也便于裝設多噴嘴。(3)中小型水斗式水輪機通常采用臥式布置，這樣中小型水斗式水輪機通常采用臥式布置，這

17、樣可簡化結(jié)構(gòu)、降低造價，并便于安裝和維護。可簡化結(jié)構(gòu)、降低造價，并便于安裝和維護。多噴嘴安裝多噴嘴安裝第三節(jié)第三節(jié) 水輪機的型號及標稱直徑水輪機的型號及標稱直徑型號第三部分的說明型號第三部分的說明第三部分為數(shù)字：第三部分為數(shù)字：v對反擊式水輪機：表示轉(zhuǎn)輪的標稱直徑對反擊式水輪機：表示轉(zhuǎn)輪的標稱直徑v水斗式或斜擊式水輪機，其表示方法為：水斗式或斜擊式水輪機，其表示方法為： 轉(zhuǎn)輪標稱直徑轉(zhuǎn)輪標稱直徑d1 作用在每個轉(zhuǎn)輪上的噴嘴數(shù)作用在每個轉(zhuǎn)輪上的噴嘴數(shù)設計射流直徑設計射流直徑d0v對雙擊式水輪機，其表示方法為：對雙擊式水輪機，其表示方法為： 轉(zhuǎn)輪標稱直徑轉(zhuǎn)輪標稱直徑d1 轉(zhuǎn)輪軸向長度轉(zhuǎn)輪軸向長度l

18、水輪機的型號舉例水輪機的型號舉例v反擊式水輪機的型號反擊式水輪機的型號 （由三部分組成）（由三部分組成） hl240 lj 410 混流式水輪機，型號混流式水輪機，型號240（比轉(zhuǎn)速（比轉(zhuǎn)速)，立軸，金屬，立軸，金屬蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑為蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑為410cm。 zz440 lh 430 軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機，型號軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機，型號440，立軸，混凝土蝸，立軸，混凝土蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑殼，轉(zhuǎn)輪直徑430cm。 v沖擊式水輪機的型號沖擊式水輪機的型號 2cj30 w 120/210 轉(zhuǎn)輪型號為轉(zhuǎn)輪型號為30，水斗式水輪機，臥軸，一根軸，水斗式水輪機，臥軸，一根軸上裝設上裝設兩個兩個轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪直徑為轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪直徑為120cm，每個轉(zhuǎn)輪每個轉(zhuǎn)輪兩兩個個噴嘴，設計噴嘴，設計射流射流直徑為直徑為10cm。vgz440wp750：表示貫流轉(zhuǎn)漿式水輪機，轉(zhuǎn)：表示貫流轉(zhuǎn)漿式水輪機，轉(zhuǎn)輪型號輪型號440，臥軸，燈泡