第一章-水輪機(jī)的類型構(gòu)造及工作原理PPT

1、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系1第一章第一章 水輪機(jī)的類型、構(gòu)造及工作原理水輪機(jī)的類型、構(gòu)造及工作原理n第一節(jié)第一節(jié) 水輪機(jī)主要類型水輪機(jī)主要類型n第二節(jié)第二節(jié) 水輪機(jī)工作參數(shù)水輪機(jī)工作參數(shù)n第三節(jié)第三節(jié) 水輪機(jī)的基本構(gòu)造水輪機(jī)的基本構(gòu)造n第四節(jié)第四節(jié) 水輪機(jī)型號(hào)水輪機(jī)型號(hào)n第五節(jié)第五節(jié) 水流在反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪中的運(yùn)動(dòng)水流在反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪中的運(yùn)動(dòng)n第六節(jié)第六節(jié) 水輪機(jī)的基本方程式水輪機(jī)的基本方程式n第七節(jié)第七節(jié) 水輪機(jī)效率及最優(yōu)工況水輪機(jī)效率及最優(yōu)工況四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系2123水輪發(fā)電機(jī)組的基本概念水輪發(fā)電機(jī)組的基本概念水輪機(jī)的主要類型水輪機(jī)的主要類型水輪機(jī)的工作參數(shù)

2、水輪機(jī)的工作參數(shù)本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)要求掌握水輪發(fā)電機(jī)組的基本概念。掌握水輪發(fā)電機(jī)組的基本概念。掌握各水輪機(jī)的基本類型、特點(diǎn)及適用范圍；掌握各水輪機(jī)的基本類型、特點(diǎn)及適用范圍；理解反擊式、沖擊式水輪機(jī)的劃分原則。理解反擊式、沖擊式水輪機(jī)的劃分原則。理解水輪機(jī)五個(gè)主要工作參數(shù)：水頭、流量、理解水輪機(jī)五個(gè)主要工作參數(shù)：水頭、流量、轉(zhuǎn)速、出力與效率的定義、表達(dá)式及其意義。轉(zhuǎn)速、出力與效率的定義、表達(dá)式及其意義。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系3水力發(fā)電的基本原理水力發(fā)電的基本原理1、水力發(fā)電水力發(fā)電：利用天然水資源中的水能，輸入水輪機(jī)，讓它帶動(dòng)利用天然水資源中的水能，輸入水輪機(jī)，讓它帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)

3、電，這種發(fā)電方式就稱為水力發(fā)電。發(fā)電機(jī)發(fā)電，這種發(fā)電方式就稱為水力發(fā)電。2、水力發(fā)電的轉(zhuǎn)換原理水力發(fā)電的轉(zhuǎn)換原理在天然河流上，修建水工建筑物，集中水頭，通過一定的流量將在天然河流上，修建水工建筑物，集中水頭，通過一定的流量將“載載能水能水”輸送到水輪機(jī)中，使輸送到水輪機(jī)中，使水能水能旋轉(zhuǎn)機(jī)械能旋轉(zhuǎn)機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電輸電線路輸電線路用戶用戶。天 然 水 流可 用 水 能旋 轉(zhuǎn) 機(jī) 械 能電 能水 工 建 筑和 設(shè) 備水 輪 機(jī)水 輪 發(fā) 電 機(jī)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系4天然水能天然水能可利用水能可利用水能旋轉(zhuǎn)機(jī)械能旋轉(zhuǎn)機(jī)械能電能電能建筑物和設(shè)備建筑物和設(shè)備水輪機(jī)水

4、輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系5水能水能四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系6 河段水流的出力河段水流的出力 從這個(gè)式子可以看出：從這個(gè)式子可以看出： 水頭和流量是構(gòu)成水能的兩個(gè)基本要素，它們是水水頭和流量是構(gòu)成水能的兩個(gè)基本要素，它們是水電站動(dòng)力特性的重要特征。電站動(dòng)力特性的重要特征。21211trQHtrwHEN四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系7水輪發(fā)電機(jī)組 水輪機(jī)是將水輪機(jī)是將水能轉(zhuǎn)變水能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機(jī)械能為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，從而帶，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電能的一動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電能的一種機(jī)械。種機(jī)械。 水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)聯(lián)接水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)聯(lián)接成的整體稱為成的整體稱為水輪發(fā)電水輪發(fā)

5、電機(jī)組機(jī)組。 水輪發(fā)電機(jī)組水輪發(fā)電機(jī)組四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系8第一節(jié)第一節(jié) 水輪機(jī)主要類型水輪機(jī)主要類型一、水輪機(jī)定義一、水輪機(jī)定義 水輪機(jī)是將水能轉(zhuǎn)換成軸的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的水力機(jī)械。能量轉(zhuǎn)換水輪機(jī)是將水能轉(zhuǎn)換成軸的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的水力機(jī)械。能量轉(zhuǎn)換是借助轉(zhuǎn)輪葉片與水流的相互作用來實(shí)現(xiàn)。是借助轉(zhuǎn)輪葉片與水流的相互作用來實(shí)現(xiàn)。二、分類二、分類按水流能量的轉(zhuǎn)換特征分為按水流能量的轉(zhuǎn)換特征分為反擊式和沖擊式水輪機(jī)反擊式和沖擊式水輪機(jī)。1 1）反擊式水輪機(jī)：利用水流的）反擊式水輪機(jī)：利用水流的勢能和動(dòng)能勢能和動(dòng)能做功的水輪機(jī)。做功的水輪機(jī)。 反擊式水輪機(jī)按轉(zhuǎn)輪區(qū)水流相對于主軸方向的不同分為混流式

6、、反擊式水輪機(jī)按轉(zhuǎn)輪區(qū)水流相對于主軸方向的不同分為混流式、軸流式、斜流式和貫流式。軸流式、斜流式和貫流式。2 2、沖擊式水輪機(jī)：主要利用水流的、沖擊式水輪機(jī)：主要利用水流的動(dòng)能動(dòng)能做功的水輪機(jī)。做功的水輪機(jī)。 沖擊式水輪機(jī)按射流沖擊轉(zhuǎn)輪的方式不同分為水斗式、斜擊式?jīng)_擊式水輪機(jī)按射流沖擊轉(zhuǎn)輪的方式不同分為水斗式、斜擊式和雙擊式。和雙擊式。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系9 一、一、反擊式水輪機(jī)反擊式水輪機(jī) (reaction water turbine) 定義：利用水流的定義：利用水流的勢能和動(dòng)能勢能和動(dòng)能做功的水輪機(jī)稱為做功的水輪機(jī)稱為 反擊式水輪機(jī)。反擊式水輪機(jī)。特征：轉(zhuǎn)輪的葉片為空間扭

7、曲面。流過轉(zhuǎn)輪的水特征：轉(zhuǎn)輪的葉片為空間扭曲面。流過轉(zhuǎn)輪的水 流是連續(xù)的，而且在同一時(shí)間內(nèi)，所有轉(zhuǎn)流是連續(xù)的，而且在同一時(shí)間內(nèi)，所有轉(zhuǎn) 輪葉片之間的流道都有水流通過，積水流輪葉片之間的流道都有水流通過，積水流 充滿轉(zhuǎn)輪室。充滿轉(zhuǎn)輪室。原理：水流通過轉(zhuǎn)輪葉片時(shí)，水流流速的大小、原理：水流通過轉(zhuǎn)輪葉片時(shí)，水流流速的大小、 方向均發(fā)生變化，因此動(dòng)量也發(fā)生了改方向均發(fā)生變化，因此動(dòng)量也發(fā)生了改 變，水流產(chǎn)生反作用力，作用與每個(gè)轉(zhuǎn)輪變，水流產(chǎn)生反作用力，作用與每個(gè)轉(zhuǎn)輪 葉片，使轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，從而做功。葉片，使轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，從而做功。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系10水流在反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪中

8、的運(yùn)動(dòng)水流在反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪中的運(yùn)動(dòng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系11混流式水輪機(jī)混流式水輪機(jī)在轉(zhuǎn)輪區(qū)內(nèi)水流徑向流入轉(zhuǎn)輪，軸向流出在轉(zhuǎn)輪區(qū)內(nèi)水流徑向流入轉(zhuǎn)輪，軸向流出。視頻1四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系12u適用范圍：適用范圍：H=20-700 m , 單機(jī)容量：幾萬單機(jī)容量：幾萬kW-幾十萬幾十萬kWu優(yōu)點(diǎn)：適用范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，效率高，適用于高優(yōu)點(diǎn)：適用范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，效率高，適用于高水頭小流量電站。水頭小流量電站。 （能適應(yīng)很寬的水頭范圍。是目前應(yīng)用最廣泛的水輪機(jī)之一）（能適應(yīng)很寬的水頭范圍。是目前應(yīng)用最廣泛的水輪機(jī)之一）混流式水輪機(jī)混流式水輪機(jī)四川農(nóng)

9、業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系13水流在導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪之間由徑向流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向流水流在導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪之間由徑向流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向流動(dòng)，而在轉(zhuǎn)輪區(qū)內(nèi)水流保持軸向流動(dòng)。動(dòng)，而在轉(zhuǎn)輪區(qū)內(nèi)水流保持軸向流動(dòng)。視頻2軸流式水輪機(jī)軸流式水輪機(jī)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系141)定槳式：葉片不能隨工況的變化而轉(zhuǎn)動(dòng)。改變?nèi)~片轉(zhuǎn)角時(shí)需要停機(jī)進(jìn)行。定槳式：葉片不能隨工況的變化而轉(zhuǎn)動(dòng)。改變?nèi)~片轉(zhuǎn)角時(shí)需要停機(jī)進(jìn)行。 u特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，效率低。適用特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，效率低。適用H、Q變化不大的情況（工況較穩(wěn)定）。變化不大的情況（工況較穩(wěn)定）。u適用范圍：功率不大，水頭變化不大適用范圍：功率不大，水頭變化不大(水頭為水頭為3-5

10、0米米)的小型電站。的小型電站。2）轉(zhuǎn)槳式：葉片能隨工況的變化而轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行雙重調(diào)節(jié)（導(dǎo)葉開度、葉片角度）轉(zhuǎn)槳式：葉片能隨工況的變化而轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行雙重調(diào)節(jié)（導(dǎo)葉開度、葉片角度）u適用范圍：水頭、流量變化大，特別是出力變化較大的大中型電站。適用范圍：水頭、流量變化大，特別是出力變化較大的大中型電站。 水頭為水頭為3-80米米軸流式水輪機(jī)軸流式水輪機(jī)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系15轉(zhuǎn)輪區(qū)水流斜向流入，斜向流出。轉(zhuǎn)輪區(qū)水流斜向流入，斜向流出。視頻3斜流式水輪機(jī)斜流式水輪機(jī)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系16 斜流式水輪機(jī)斜流式水輪機(jī)適用范圍：適用于水頭變幅大的電站，一般用于適用范圍：適用于水

11、頭變幅大的電站，一般用于40-200m水頭范圍水頭范圍特點(diǎn)：水流經(jīng)過轉(zhuǎn)輪時(shí)是斜向的。轉(zhuǎn)輪葉片隨工況變化而轉(zhuǎn)動(dòng)，特點(diǎn)：水流經(jīng)過轉(zhuǎn)輪時(shí)是斜向的。轉(zhuǎn)輪葉片隨工況變化而轉(zhuǎn)動(dòng)， 運(yùn)行效率高，強(qiáng)度高，氣蝕性好，但制造工藝復(fù)雜運(yùn)行效率高，強(qiáng)度高，氣蝕性好，但制造工藝復(fù)雜 技術(shù)要求高。技術(shù)要求高。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系17水頭4080m 60130m 120200m四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系18水流特點(diǎn)：水流特點(diǎn)：轉(zhuǎn)輪區(qū)水流軸向流入，軸向流出；轉(zhuǎn)輪區(qū)水流軸向流入，軸向流出；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：水輪機(jī)主軸裝置成水平或傾斜（臥式布置）；水輪機(jī)主軸裝置成水平或傾斜（臥式布置）； 不設(shè)蝸殼，水

12、流直貫轉(zhuǎn)輪；不設(shè)蝸殼，水流直貫轉(zhuǎn)輪；貫流式水輪機(jī)貫流式水輪機(jī)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系19 貫流式貫流式特點(diǎn)：水輪機(jī)的主軸裝置成水平或傾斜。特點(diǎn)：水輪機(jī)的主軸裝置成水平或傾斜。 不設(shè)蝸殼，水流直貫轉(zhuǎn)輪。不設(shè)蝸殼，水流直貫轉(zhuǎn)輪。 水流由管道進(jìn)口到尾水管出口都是軸向的。水流由管道進(jìn)口到尾水管出口都是軸向的。 H20m, H20m,小型河床電站。小型河床電站。分類分類: :全貫流式：全貫流式： 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子安裝在轉(zhuǎn)輪外緣。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子安裝在轉(zhuǎn)輪外緣。 優(yōu)點(diǎn)：水力損失小，過流量大，結(jié)構(gòu)緊湊。優(yōu)點(diǎn)：水力損失小，過流量大，結(jié)構(gòu)緊湊。半貫流式：半貫流式： 軸伸式、豎井式、燈泡式。軸伸式、豎井式、燈泡式

13、。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系20四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系21四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系22四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系23 沖擊式水輪機(jī)沖擊式水輪機(jī) 定義：利用水流的動(dòng)能來做功的水輪機(jī)。定義：利用水流的動(dòng)能來做功的水輪機(jī)。 工作原理：利用特殊的導(dǎo)水裝置，將高壓水流變?yōu)楣ぷ髟恚豪锰厥獾膶?dǎo)水裝置，將高壓水流變?yōu)?高速射流，通過射流與轉(zhuǎn)輪的相互作用高速射流，通過射流與轉(zhuǎn)輪的相互作用 將水流的動(dòng)能傳遞給轉(zhuǎn)輪。將水流的動(dòng)能傳遞給轉(zhuǎn)輪。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系24水斗式：水斗式：噴嘴出來的射流沿噴嘴出來的射流沿圓周切線圓周切線方向沖擊轉(zhuǎn)輪上的水方向沖

14、擊轉(zhuǎn)輪上的水斗作功。斗作功。視頻視頻4 4斜擊式：斜擊式：噴嘴出來的射流沿噴嘴出來的射流沿圓周斜向圓周斜向沖擊轉(zhuǎn)輪上的水斗。沖擊轉(zhuǎn)輪上的水斗。雙擊式：雙擊式：水流兩次沖擊轉(zhuǎn)輪。水流兩次沖擊轉(zhuǎn)輪。沖擊式水輪機(jī)沖擊式水輪機(jī)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系25類型：類型：(1)(1)水斗式水斗式：特點(diǎn)是由噴嘴出來的射流沿圓周切線：特點(diǎn)是由噴嘴出來的射流沿圓周切線方向沖擊轉(zhuǎn)輪上的水斗作功。適用于負(fù)荷變化大而方向沖擊轉(zhuǎn)輪上的水斗作功。適用于負(fù)荷變化大而水頭變幅不大的電站。水頭變幅不大的電站。它是唯一運(yùn)用于水頭在它是唯一運(yùn)用于水頭在700700米以上的水輪機(jī)。適用米以上的水輪機(jī)。適用H H：10020

15、00m1002000m；使用最廣泛（高水頭，小流量）；使用最廣泛（高水頭，小流量）(2)(2)斜擊式斜擊式：H H：25-300m25-300m 斜擊、雙擊水輪機(jī)構(gòu)造簡斜擊、雙擊水輪機(jī)構(gòu)造簡單，效率低單，效率低(3)(3)雙擊式雙擊式：H H：5-80m5-80m。 多用于小型電站。多用于小型電站。沖擊式水輪機(jī)沖擊式水輪機(jī)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系26四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系27 水斗式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪輪葉輪葉輪盤輪盤四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系28四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系29四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系30可逆式水輪機(jī)可逆式水輪機(jī) 可逆式水輪機(jī)：又

16、稱水泵水輪機(jī)、發(fā)電電動(dòng)機(jī)。它既可可逆式水輪機(jī)：又稱水泵水輪機(jī)、發(fā)電電動(dòng)機(jī)。它既可作水輪機(jī)運(yùn)行，又可作水泵運(yùn)行，主要用于作水輪機(jī)運(yùn)行，又可作水泵運(yùn)行，主要用于抽水蓄能電抽水蓄能電站站。可逆式水輪機(jī)也分為混流式、斜流式和軸流式?？赡媸剿啓C(jī)也分為混流式、斜流式和軸流式3種。其中以混流式應(yīng)用最廣種。其中以混流式應(yīng)用最廣,因?yàn)樗膽?yīng)用水頭范圍廣因?yàn)樗膽?yīng)用水頭范圍廣（30600米）。米）。 世界上最高水頭的混流式可逆水輪機(jī)裝于南斯拉夫巴伊世界上最高水頭的混流式可逆水輪機(jī)裝于南斯拉夫巴伊納巴什塔電站納巴什塔電站,水頭為水頭為600.3米，水泵揚(yáng)程為米，水泵揚(yáng)程為623.1米，米，單機(jī)功率為單機(jī)功率為31

17、5兆瓦。兆瓦。 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系31總結(jié)：水輪機(jī)的分類水輪機(jī)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(jī)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利用水流的勢能和動(dòng)能進(jìn)行工作；利用水流的勢能和動(dòng)能進(jìn)行工作；轉(zhuǎn)輪完全淹沒在密閉的水體中。轉(zhuǎn)輪完全淹沒在密閉的水體中。 利用水流的動(dòng)能進(jìn)行工作；利用水流的動(dòng)能進(jìn)行工作；轉(zhuǎn)輪露在空氣中。轉(zhuǎn)輪露在空氣中。 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系32小結(jié)小結(jié)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系33第二節(jié)第二

18、節(jié) 水輪機(jī)的工作參數(shù)水輪機(jī)的工作參數(shù)1 1、水輪機(jī)的工作參數(shù)是表征水流通過水輪機(jī)時(shí)水流能量、水輪機(jī)的工作參數(shù)是表征水流通過水輪機(jī)時(shí)水流能量轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)輪機(jī)械能過程中的一些特性數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)輪機(jī)械能過程中的一些特性數(shù)據(jù)。2 2、水輪機(jī)的基本工作參數(shù)主要有水頭、流量、轉(zhuǎn)速、出、水輪機(jī)的基本工作參數(shù)主要有水頭、流量、轉(zhuǎn)速、出力、效率。力、效率。 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系34工作水頭工作水頭(working head)1、 水電站的毛水頭水電站的毛水頭(靜水頭靜水頭) Hg=Z上-Z下2 、水輪機(jī)的工作水頭水輪機(jī)的工作水頭(凈水頭凈水頭) H=Hg - hA-B (即毛水頭 - 水頭損失=凈水

19、頭) hA-B：水電站引水建筑物中的水力損失3 、特征水頭特征水頭(characteristic head) 水輪機(jī)的工作水頭隨上下游水位而變化，因此提出特征水頭的概念，用于表示水輪機(jī)的運(yùn)行工況和運(yùn)行范圍。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系35工作水頭（凈水頭）工作水頭（凈水頭） 如圖所示，A-A為引水道進(jìn)口，B-B為水輪機(jī)進(jìn)口，C-C為尾水管出口，D-D為尾水渠。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系36u 最大工作水頭Hmax： Hmax=Z正Z下minhA-BZ正為上游正常設(shè)計(jì)水位，Z下min為下游最低水位，一般取一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)下游水位。u最小工作水頭Hmin: Hmin=Z死Z下max

20、hA-B Z死為上游死水位，Z下max為下游最高水位，一般取全部機(jī)組發(fā)電時(shí)的下游水位或汛期下泄安全泄量時(shí)的水位。u設(shè)計(jì)水頭(計(jì)算水頭)Hr水輪機(jī)發(fā)額定出力時(shí)的最小水頭，一般由設(shè)計(jì)者根據(jù)電站情況確定。u平均水頭: Ha=Z上aZ下a 即上下游平均水位差。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系37 流量流量單位時(shí)間內(nèi)通過水輪機(jī)的水量Q(m3/s)。Q=f(H，N)，Q隨H、N的變化而變化，H、N一定時(shí)，Q也一定。設(shè)計(jì)流量設(shè)計(jì)流量Qr：當(dāng)H=Hr、N=N額時(shí)的最大流量。 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速：水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪在單位時(shí)間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)。r/min額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速n：一般我國所用的電流頻率為50赫茲，所以在正常情況

21、下機(jī)組的轉(zhuǎn)速保持為固定轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速，并與發(fā)電的同步轉(zhuǎn)速相等。 u發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速=水輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速=機(jī)組的額定轉(zhuǎn)速四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系38出力出力1、水流出力水流出力N N=9.81QHg2、水輪機(jī)輸入功率水輪機(jī)輸入功率 (通過水輪機(jī)的水流出力通過水輪機(jī)的水流出力) 水流傳給水輪機(jī)的能量3、水輪機(jī)輸出功率（水輪機(jī)出力）水輪機(jī)輸出功率（水輪機(jī)出力） N=Nwt4、機(jī)組出力機(jī)組出力(單機(jī)容量單機(jī)容量) 機(jī)組的最大出力5、水電站裝機(jī)容量水電站裝機(jī)容量 水電站發(fā)出的最大出力,是各臺(tái)機(jī)組容量的總和QHN81. 9ggtQHQHNw81. 9四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系

22、39思 考 題2 2、水輪機(jī)的過流部件有哪些？、水輪機(jī)的過流部件有哪些？觀看觀看視頻視頻并思考以下問題：并思考以下問題：1 1、水電廠電能生產(chǎn)流程圖？、水電廠電能生產(chǎn)流程圖？3 3、水輪機(jī)的輸出功率與水頭、水輪機(jī)的輸出功率與水頭H H、流量、流量Q Q有關(guān)，有關(guān)，那么混流式水輪機(jī)如何調(diào)節(jié)流量？那么混流式水輪機(jī)如何調(diào)節(jié)流量？QHNNw81. 9四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系40天然水流天然水流壩壩水庫水庫取水口取水口有壓隧洞有壓隧洞壓力鋼管壓力鋼管水輪水輪機(jī)機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)輸變電裝置輸變電裝置用戶。用戶。水電廠電能生產(chǎn)流程圖水電廠電能生產(chǎn)流程圖四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系41有壓引水

23、式水電站示意圖有壓引水式水電站示意圖1 水庫；水庫；2閘門室；閘門室；3進(jìn)水口；進(jìn)水口；4壩；壩；5泄水道；泄水道；6調(diào)壓室；調(diào)壓室；7有壓隧道；有壓隧道；8壓力管道；壓力管道；9廠房；廠房；10尾水渠尾水渠四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系42水輪機(jī)主要由水輪機(jī)主要由引水機(jī)構(gòu)、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪和泄水機(jī)構(gòu)引水機(jī)構(gòu)、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪和泄水機(jī)構(gòu)組成。組成。 (1) 引水機(jī)構(gòu)（引水機(jī)構(gòu)（引水室引水室(蝸殼蝸殼) 、座環(huán)）、座環(huán)）： 引導(dǎo)水流均勻、引導(dǎo)水流均勻、軸對稱進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)；軸對稱進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)； 形成一定速度環(huán)量。形成一定速度環(huán)量。 (2) 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)（導(dǎo)葉及控制設(shè)備導(dǎo)水機(jī)構(gòu)（導(dǎo)葉及控制設(shè)備)：調(diào)節(jié)

24、流量、形成環(huán)量、控調(diào)節(jié)流量、形成環(huán)量、控制工況。制工況。 (3) 轉(zhuǎn)輪（工作核心轉(zhuǎn)輪（工作核心)：能量轉(zhuǎn)換，決定水輪機(jī)的尺寸、性能、能量轉(zhuǎn)換，決定水輪機(jī)的尺寸、性能、結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 (4) 泄水機(jī)構(gòu)泄水機(jī)構(gòu)(尾水管尾水管)：回收能量、排水至下游?；厥漳芰?、排水至下游。 此外還有主軸、軸承等非過流部件。此外還有主軸、軸承等非過流部件。第三節(jié)第三節(jié) 水輪機(jī)的基本構(gòu)造水輪機(jī)的基本構(gòu)造四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系43反擊式水輪機(jī)的主要構(gòu)造四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系44上游水庫上游水庫 壓力水管壓力水管 蝸殼蝸殼 座環(huán)座環(huán) 導(dǎo)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)（導(dǎo)葉）水機(jī)構(gòu)（導(dǎo)葉） 轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)輪 尾水管尾水管 下游。

25、下游。水流流動(dòng)方向四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系45四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系46三門峽水電站水輪機(jī)蝸殼三門峽水電站水輪機(jī)蝸殼蝸蝸 殼殼 (Volute)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系47( (一一) ) 功用功用 使水流產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng)，并引導(dǎo)水流均勻、軸對稱使水流產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng)，并引導(dǎo)水流均勻、軸對稱地進(jìn)入座環(huán)。設(shè)置在尾水管末端。地進(jìn)入座環(huán)。設(shè)置在尾水管末端。蝸蝸 殼殼 (Volute)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系48( (二二) ) 型式型式 金屬蝸殼金屬蝸殼和和混凝土蝸殼。混凝土蝸殼。蝸蝸 殼殼 (Volute)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系49三峽右岸電

26、站三峽右岸電站1212根直徑根直徑12.812.8米的特大型壓力引米的特大型壓力引水鋼管，和大壩下方的發(fā)電廠房水鋼管，和大壩下方的發(fā)電廠房1212臺(tái)水輪發(fā)電臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組。機(jī)組。 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系50三峽電站的一臺(tái)機(jī)組蝸殼，由高強(qiáng)度鋼板卷制焊三峽電站的一臺(tái)機(jī)組蝸殼，由高強(qiáng)度鋼板卷制焊接而成，與大壩引水管相連，蝸殼中間是座環(huán)及接而成，與大壩引水管相連，蝸殼中間是座環(huán)及固定導(dǎo)葉。固定導(dǎo)葉。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系51焊接后的蝸殼用混凝土澆筑在發(fā)電廠房地下。焊接后的蝸殼用混凝土澆筑在發(fā)電廠房地下。 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系52組成：位于導(dǎo)葉的外圍組成：位于

27、導(dǎo)葉的外圍。由上、下環(huán)和立柱組成。由上、下環(huán)和立柱組成。 功用：功用：支撐件和安裝基準(zhǔn)件。支撐件和安裝基準(zhǔn)件。 承受發(fā)電機(jī)組軸向荷載承受發(fā)電機(jī)組軸向荷載并傳到下部基礎(chǔ)；并傳到下部基礎(chǔ)； 支承活動(dòng)導(dǎo)葉；支承活動(dòng)導(dǎo)葉；使水流以一定方使水流以一定方向、軸對稱進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)向、軸對稱進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)斷面設(shè)計(jì)：斷面設(shè)計(jì)：流線形，保證強(qiáng)度、剛度。數(shù)目為活動(dòng)導(dǎo)葉流線形，保證強(qiáng)度、剛度。數(shù)目為活動(dòng)導(dǎo)葉的一半。的一半。 座環(huán)（座環(huán)（Stay ring）四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系53座環(huán)（座環(huán)（Stay ring）四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系54固定導(dǎo)葉與活動(dòng)導(dǎo)葉固定導(dǎo)葉與活動(dòng)導(dǎo)葉四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四

28、川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系55三峽水輪機(jī)座環(huán)，重達(dá)三峽水輪機(jī)座環(huán)，重達(dá)300300多噸，豎立的是座環(huán)固定導(dǎo)葉，多噸，豎立的是座環(huán)固定導(dǎo)葉，內(nèi)側(cè)安裝活動(dòng)導(dǎo)葉，座環(huán)中間安裝水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。內(nèi)側(cè)安裝活動(dòng)導(dǎo)葉，座環(huán)中間安裝水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系56蝸殼分節(jié)座環(huán)蝶形邊四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系57功用功用： 引導(dǎo)水流按一定方向進(jìn)入轉(zhuǎn)輪引導(dǎo)水流按一定方向進(jìn)入轉(zhuǎn)輪； 形成與改變進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的速度環(huán)量；形成與改變進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的速度環(huán)量； 根據(jù)機(jī)組負(fù)荷變化，調(diào)節(jié)水輪機(jī)流量，改變出力根據(jù)機(jī)組負(fù)荷變化，調(diào)節(jié)水輪機(jī)流量，改變出力； 關(guān)機(jī)時(shí)截?cái)嗨鳌ｊP(guān)機(jī)時(shí)截?cái)嗨?。?dǎo)水機(jī)構(gòu)（導(dǎo)水機(jī)構(gòu)（distribut

29、or ） 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系58組成組成：導(dǎo)葉和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)導(dǎo)葉和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 導(dǎo)葉導(dǎo)葉：導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的主體，：導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的主體，由由導(dǎo)葉體和導(dǎo)葉軸導(dǎo)葉體和導(dǎo)葉軸兩部分組成。兩部分組成。上下端分別固定在底環(huán)和頂蓋上，為流線形。上下端分別固定在底環(huán)和頂蓋上，為流線形。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：由由控制環(huán)、連桿、轉(zhuǎn)臂控制環(huán)、連桿、轉(zhuǎn)臂三部分組成，用于傳遞三部分組成，用于傳遞接力器操作力矩，使導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)，接力器操作力矩，使導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)，改變導(dǎo)葉開度以改變流量。改變導(dǎo)葉開度以改變流量。 導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)是通過調(diào)速器和接力器來實(shí)現(xiàn)的。導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)是通過調(diào)速器和接力器來實(shí)現(xiàn)的。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)（導(dǎo)水機(jī)構(gòu)（distributor ）

30、 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系59導(dǎo)水機(jī)構(gòu)（導(dǎo)水機(jī)構(gòu)（distributor ） 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系60接力器示意圖接力器示意圖視頻06n接力器用于操作控制環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)。接力器用于操作控制環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)。n接力器的基本部件接力器的基本部件: :接力器缸和活塞。接力器缸和活塞。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系61（1）導(dǎo)葉數(shù)）導(dǎo)葉數(shù)Z0：與：與D1有關(guān)，一般有關(guān)，一般1624。（2）導(dǎo)葉相對高度）導(dǎo)葉相對高度b0/D1： HL：0.10.39; ZL:0.350.45（3）導(dǎo)葉軸分布圓直徑）導(dǎo)葉軸分布圓直徑D0 一般一般 D0=1.131.16D1 (4) 導(dǎo)葉開度導(dǎo)葉開度a

31、0：兩導(dǎo)葉之間的垂直距離，最大：兩導(dǎo)葉之間的垂直距離，最大 開度為開度為amax。導(dǎo)葉的主要幾何參數(shù)導(dǎo)葉的主要幾何參數(shù)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系62四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系63功用功用：水能：水能機(jī)械能。機(jī)械能。組成組成：主要部件：上冠、葉片、下環(huán)、泄水錐。：主要部件：上冠、葉片、下環(huán)、泄水錐。 輔助部件：止漏環(huán)、減壓孔。輔助部件：止漏環(huán)、減壓孔。轉(zhuǎn)輪（轉(zhuǎn)輪（Runner）四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系64混流式 軸流式 轉(zhuǎn)輪（轉(zhuǎn)輪（Runner）四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系65裝于湖北宜昌葛洲壩水利樞紐、世界最大尺寸的軸流轉(zhuǎn)槳裝于湖北宜昌葛洲壩水利樞紐、世

32、界最大尺寸的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪（直徑式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪（直徑11.3m11.3m，17.5517.55萬萬kW)kW)。 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系66斜流式斜流式 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系67裝于云南會(huì)澤毛家村水電站、中國最大容量的斜流式水裝于云南會(huì)澤毛家村水電站、中國最大容量的斜流式水輪機(jī)（輪機(jī)（0.880.88萬萬kWkW）模型試驗(yàn)轉(zhuǎn)輪。）模型試驗(yàn)轉(zhuǎn)輪。 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系68三峽右岸三峽右岸7070萬千瓦水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。該轉(zhuǎn)輪由上冠、下環(huán)和萬千瓦水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。該轉(zhuǎn)輪由上冠、下環(huán)和1515塊塊葉片組焊而成。其外徑葉片組焊而成。其外徑10.4410.44米，高

33、米，高5.25.2米，總重量米，總重量445445噸噸 。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系69 轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)控加工轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)控加工四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系70加工的葉片需要用激光跟蹤儀精確測量曲面數(shù)據(jù)。加工的葉片需要用激光跟蹤儀精確測量曲面數(shù)據(jù)。 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系71轉(zhuǎn)輪葉片為防止變形，需要十幾個(gè)工人同轉(zhuǎn)輪葉片為防止變形，需要十幾個(gè)工人同時(shí)焊接，焊接耗時(shí)時(shí)焊接，焊接耗時(shí)3 3個(gè)多月。個(gè)多月。 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系72轉(zhuǎn)輪發(fā)運(yùn)至三峽工地轉(zhuǎn)輪發(fā)運(yùn)至三峽工地 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系73功用功用 引導(dǎo)水流進(jìn)入下游河道，并回收部分動(dòng)能和引導(dǎo)

34、水流進(jìn)入下游河道，并回收部分動(dòng)能和勢能。勢能。 尾水管尾水管 （draft tube）四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系74型式：型式： 直錐形直錐形用于小型水輪機(jī)；用于小型水輪機(jī)； 彎錐形彎錐形用于臥軸水輪機(jī)；用于臥軸水輪機(jī)； 彎肘形彎肘形（大中型電站）。（大中型電站）。 直錐形直錐形彎錐形彎錐形尾水管尾水管 （draft tube）四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系75 組成組成：進(jìn)口直錐段、肘管、出口擴(kuò)散段。進(jìn)口直錐段、肘管、出口擴(kuò)散段。尾水管尾水管 （draft tube）四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系76尾水管內(nèi)的真空渦帶尾水管內(nèi)的真空渦帶四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建

35、系77龍灘水電站尾水管施工龍灘水電站尾水管施工四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系78本本 節(jié)節(jié) 小小 結(jié)結(jié)1 1、引水機(jī)構(gòu)：、引水機(jī)構(gòu)：蝸殼（金屬、混凝土蝸殼）蝸殼（金屬、混凝土蝸殼） 引導(dǎo)水流均勻、軸對稱進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)；形成一定速度環(huán)量。引導(dǎo)水流均勻、軸對稱進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)；形成一定速度環(huán)量。 座環(huán)座環(huán) 組成：由上、下環(huán)和立柱組成；組成：由上、下環(huán)和立柱組成； 作用：承受發(fā)電機(jī)組軸向荷載并傳給基礎(chǔ)；作用：承受發(fā)電機(jī)組軸向荷載并傳給基礎(chǔ)； 支承活動(dòng)導(dǎo)葉。支承活動(dòng)導(dǎo)葉。2 2、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、導(dǎo)水機(jī)構(gòu) 組成：導(dǎo)葉及其軸、導(dǎo)葉的控制機(jī)構(gòu)（調(diào)速器、接力器、轉(zhuǎn)臂、組成：導(dǎo)葉及其軸、導(dǎo)葉的控制機(jī)構(gòu)（調(diào)速器、接力器

36、、轉(zhuǎn)臂、連桿、控制環(huán)連桿、控制環(huán)) ) ； 功用：調(diào)節(jié)流量；形成環(huán)量；關(guān)機(jī)時(shí)截?cái)嗨鳌９τ茫赫{(diào)節(jié)流量；形成環(huán)量；關(guān)機(jī)時(shí)截?cái)嗨鳌?四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系79本本 節(jié)節(jié) 小小 結(jié)結(jié)3 3、轉(zhuǎn)輪（工作核心）、轉(zhuǎn)輪（工作核心） 作用：作用：能量轉(zhuǎn)換。能量轉(zhuǎn)換。4 4、泄水機(jī)構(gòu)（彎肘型尾水管）、泄水機(jī)構(gòu)（彎肘型尾水管） 組成組成：進(jìn)口直錐段、肘管、出口擴(kuò)散段。進(jìn)口直錐段、肘管、出口擴(kuò)散段。 作用：作用：回收能量；排水至下游?；厥漳芰浚慌潘料掠?。5 5、主軸、主軸 作用：作用：將轉(zhuǎn)輪機(jī)械能傳遞給發(fā)電機(jī)。將轉(zhuǎn)輪機(jī)械能傳遞給發(fā)電機(jī)。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系80案 例四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水

37、建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系81Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系82Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系83Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系84Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)

38、水建系85Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系86Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系87Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系88Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系89Com

39、plete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系90Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系91Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT開度開度四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系92Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系93Complet

40、e Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系94Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系95Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系96Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系97Complete Franci

41、s Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系98Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系99Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系100Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系101Complete Francis Turb

42、ine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系102Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系103Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系104Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系105Complete Francis Turbine

43、Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系106Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系107Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系108Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系109Complete Francis Turbine Flow

44、 Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系110Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系111Complete Francis Turbine Flow Simulation using FLUENT水力機(jī)械計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)水力機(jī)械計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系112軸流式水輪機(jī)的構(gòu)造軸流式水輪機(jī)的構(gòu)造軸流式水輪機(jī)除了轉(zhuǎn)輪外，其它部件均與混流式相似。軸流式水輪機(jī)除了轉(zhuǎn)輪外，其它部件均與混流式相似。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系

45、113四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系114軸流式水輪機(jī)特點(diǎn)軸流式水輪機(jī)特點(diǎn)( (1)1)轉(zhuǎn)速高，當(dāng)轉(zhuǎn)速高，當(dāng)H H，N N相同時(shí)，是混流式的相同時(shí)，是混流式的2 2倍，且機(jī)組尺倍，且機(jī)組尺寸較小，降低投資。寸較小，降低投資。(2)(2)轉(zhuǎn)輪葉片可以轉(zhuǎn)動(dòng)（雙調(diào)），轉(zhuǎn)輪葉片可以轉(zhuǎn)動(dòng)（雙調(diào)），H H、N N變化時(shí)，水輪機(jī)具變化時(shí)，水輪機(jī)具有較高的效率。有較高的效率。( (3)3)軸流轉(zhuǎn)漿式多用于軸流轉(zhuǎn)漿式多用于低水頭大流量低水頭大流量大型電站大型電站四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系115 組成：葉片、輪轂、泄水錐、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成：葉片、輪轂、泄水錐、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)輪構(gòu)造轉(zhuǎn)輪構(gòu)造四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建

46、系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系116第四節(jié)第四節(jié) 水輪機(jī)的型號(hào)水輪機(jī)的型號(hào) 各種水輪機(jī)的標(biāo)稱直徑規(guī)定：各種水輪機(jī)的標(biāo)稱直徑規(guī)定：混流式（混流式（HLHL）：下環(huán)與葉片進(jìn)水邊的交點(diǎn)對應(yīng)的直徑。）：下環(huán)與葉片進(jìn)水邊的交點(diǎn)對應(yīng)的直徑。斜流和軸流式：葉片軸線與轉(zhuǎn)輪室交點(diǎn)處圓斷面的直徑。斜流和軸流式：葉片軸線與轉(zhuǎn)輪室交點(diǎn)處圓斷面的直徑。沖擊式：轉(zhuǎn)輪與射流中心線相切的節(jié)圓直徑。沖擊式：轉(zhuǎn)輪與射流中心線相切的節(jié)圓直徑。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系1172 2、水輪機(jī)的型號(hào)、水輪機(jī)的型號(hào)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系118如為可逆式機(jī)組則在第一部分水輪機(jī)型式代號(hào)后面加如為可逆式機(jī)組則在第一部分水輪機(jī)型式代

47、號(hào)后面加N四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系119n水輪機(jī)型號(hào)示例：水輪機(jī)型號(hào)示例：n1 1HL220-LJ-250HL220-LJ-250 表示轉(zhuǎn)輪型號(hào)為表示轉(zhuǎn)輪型號(hào)為220220的混流式水輪機(jī)，立軸、金屬蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑為的混流式水輪機(jī)，立軸、金屬蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑為250cm250cm。n2 2ZZ560-LH-500ZZ560-LH-500 表示轉(zhuǎn)輪型號(hào)為表示轉(zhuǎn)輪型號(hào)為560560的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，立軸、混凝土蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑為的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，立軸、混凝土蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑為500cm500cm。n3 3GD600-WP-300GD600-WP-300 表示轉(zhuǎn)輪型號(hào)為表示轉(zhuǎn)輪型號(hào)為6006

48、00的貫流定槳式水輪機(jī)，臥軸、燈泡式引水，轉(zhuǎn)輪直徑為的貫流定槳式水輪機(jī)，臥軸、燈泡式引水，轉(zhuǎn)輪直徑為300cm300cm。n4 42CJ20-W-120/22CJ20-W-120/21010 表示轉(zhuǎn)輪型號(hào)為表示轉(zhuǎn)輪型號(hào)為2020的水斗式水輪機(jī)，一根軸上裝有的水斗式水輪機(jī)，一根軸上裝有2 2個(gè)轉(zhuǎn)輪，臥軸、轉(zhuǎn)輪直個(gè)轉(zhuǎn)輪，臥軸、轉(zhuǎn)輪直徑為徑為120cm120cm，每個(gè)轉(zhuǎn)輪具有，每個(gè)轉(zhuǎn)輪具有2 2個(gè)噴嘴，射流直徑為個(gè)噴嘴，射流直徑為10cm10cm。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系120 練練 習(xí)習(xí)HL180-LJ-550ZZ560-LH-1130GZ440-WP-750XLN200-LJ-300

49、CJ20-L-170/215四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系121第五節(jié)第五節(jié) 水流在轉(zhuǎn)輪中的運(yùn)動(dòng)水流在轉(zhuǎn)輪中的運(yùn)動(dòng)原理：水流通過轉(zhuǎn)輪葉片時(shí)，水流流速的大小、方向均發(fā)生變化，原理：水流通過轉(zhuǎn)輪葉片時(shí)，水流流速的大小、方向均發(fā)生變化，因此動(dòng)量也發(fā)生了改變，水流產(chǎn)生反作用力，作用與每個(gè)轉(zhuǎn)輪葉因此動(dòng)量也發(fā)生了改變，水流產(chǎn)生反作用力，作用與每個(gè)轉(zhuǎn)輪葉片，使轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，從而做功。片，使轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，從而做功。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系122水流在轉(zhuǎn)輪中的運(yùn)動(dòng)水流在轉(zhuǎn)輪中的運(yùn)動(dòng) 相對運(yùn)動(dòng)：水流質(zhì)點(diǎn)沿著輪葉的流動(dòng)相對運(yùn)動(dòng)：水流質(zhì)點(diǎn)沿著輪葉的流動(dòng) ，w表示表示 牽連運(yùn)動(dòng)：水流質(zhì)點(diǎn)隨轉(zhuǎn)輪

50、的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，牽連運(yùn)動(dòng)：水流質(zhì)點(diǎn)隨轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， u表示表示 絕對運(yùn)動(dòng)：水流質(zhì)點(diǎn)對大地的運(yùn)動(dòng)，絕對運(yùn)動(dòng)：水流質(zhì)點(diǎn)對大地的運(yùn)動(dòng)，v表示表示 絕對速度絕對速度v與圓周速度與圓周速度u的夾角為的夾角為 相對速度相對速度w與圓周速度與圓周速度u的夾角為的夾角為四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系123速度三角形速度三角形 WUVVWU 水流絕對流速（相對于地球） 水流隨轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)牽連流速 水流沿葉片流動(dòng)的相對流速四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系124 第六節(jié)第六節(jié) 水輪機(jī)基本方程式水輪機(jī)基本方程式 一、動(dòng)量矩定理一、動(dòng)量矩定理 單位時(shí)間內(nèi)水流對轉(zhuǎn)輪的動(dòng)量矩改變，應(yīng)等于作用在該水流上單位時(shí)間內(nèi)水流對轉(zhuǎn)

51、輪的動(dòng)量矩改變，應(yīng)等于作用在該水流上的外力的力矩總和。即：的外力的力矩總和。即： 其中其中M M為水流對轉(zhuǎn)輪的力矩，方程右端為水流本身速度矩的變化。為水流對轉(zhuǎn)輪的力矩，方程右端為水流本身速度矩的變化。該式表達(dá)了水輪機(jī)中水流能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的平衡關(guān)系。該式表達(dá)了水輪機(jī)中水流能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的平衡關(guān)系。 )(2211rVrVgQMuue四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系125n在穩(wěn)定工況下在穩(wěn)定工況下(n(n、Q Q、H H均不變均不變) )，轉(zhuǎn)輪內(nèi)的水流運(yùn)動(dòng)時(shí)相對的恒定流，因此轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)輪內(nèi)的水流運(yùn)動(dòng)時(shí)相對的恒定流，因此轉(zhuǎn)輪的出力為：輪的出力為： n所以，水輪機(jī)的基本方程為：所以，水輪機(jī)的

52、基本方程為： n該方程式對反擊式、沖擊式水輪機(jī)均適用。該方程式對反擊式、沖擊式水輪機(jī)均適用。 )(2211rVrVgQMNuuee)(2211uueVUVUgQseeHQN）（2211rrguuHVVH）（2211g1uuHVUVUH上列方程式說明了單位重量水流的有效出力是和轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口速度上列方程式說明了單位重量水流的有效出力是和轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口速度矩的改變相平衡的，所以速度矩的變化是轉(zhuǎn)輪作功的主要依據(jù)矩的改變相平衡的，所以速度矩的變化是轉(zhuǎn)輪作功的主要依據(jù) 。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系126n水輪機(jī)的基本方程式還可以用環(huán)量來表示。轉(zhuǎn)輪的速度環(huán)量，水輪機(jī)的基本方程式還可以用環(huán)量來表示。轉(zhuǎn)輪的速度環(huán)量，可以看作是速度可以看作是速度Vu沿圓周所做的功。將式兩端各乘以沿圓周所做的功。將式兩端各乘以2后后得得12進(jìn)口速度環(huán)量，進(jìn)口速度環(huán)量，主要由導(dǎo)水機(jī)構(gòu)所形成主要由導(dǎo)水機(jī)構(gòu)所形成為出口速度環(huán)量，所以轉(zhuǎn)輪的輸出功率主要為出口速度環(huán)量，所以轉(zhuǎn)輪的輸出功率主要決定于轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口的環(huán)量變化。決定于轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口的環(huán)量變化。 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水建系127 第七節(jié)第七節(jié) 水輪機(jī)效率及最優(yōu)工況