水力机械介绍

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1、水力机械介绍第一篇水力机械第一章绪论动能水轮发电机机械能电能势能水泵电动机水水轮机+发电机————>水轮发电机组。功能：发电轮水泵+电动机————>水泵抽水机组。功能：输水机水泵+水轮机————>抽水蓄能机组。功能：抽水蓄能本篇重要内容：水轮机(turbine)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。研究的目的是充分利用水能资源，为厂房布置设计作准备。第一章水轮机的主要类型、构造及其工作原理§1.1水轮机的工作参数(workingparameters)一、基本概念水流经引水道进入水轮机，由于水流和水轮机的相互作

2、用，水流便把自己的能量传给了水轮机，水轮机获得能量后开始旋转作功。水流流经水轮机时，水流能量发生改变的过程——水轮机的工作过程。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=9.81QHη可知，其基本参数包括：工作水头H、流量Q、出力N、效率η，此外还有工作力矩M、机组转速n。二、工作水(workinghead)如图所示，A—A为引水道进口，B—B为水轮机进口，C—C为尾水管出口，D—D为尾水渠。根据能量方程可以推导出：头1、水电站的毛水头(nominalproductivehead)Hm=EA-EC=ZA+HA=Z上—Z下2、水轮机的工作水头(

3、workinghead)HG=EB-ED=HM-hA-B毛水头-水头损失=净水头(即水轮机的工作水头)3、特征水头(characteristichead)水轮机的工作水头随上下游水位而变化，因此提出特征水头的概念，用于表示水轮机的运行工况和运行范围。特征水头一般由水能规划计算确定。最大工作水头：Hmax=Z正—Z下min—hA-BZ正为上游正常设计水位，Z下min为下游最低水位，一般取一台机组发电时下游水位。最小工作水头:Hmin=Z死—Z下max—hA-BZ死为上游死水位，Z下max为下游最高水位，一般取全部机组发电时的下游水位或汛期下泄安全泄量时的水位。设计水头(计算水头

4、)H水轮机发额定出力时的最小水头，一般由设计者根据电站情况确定。平均水头:HCP=Z上CP—Z下CP即上下游平均水位差。三、流量(flowquantity)单位时间内通过水轮机的水量Q(m3/s)。Q=f(H，N)Q随H、N的变化而变化，H、N一定时，Q也一定，当H=Hr、N=N额时，Q为最大。四、出力与效率(outputandefficiency)1出力N：指水轮机轴传给发电机轴的功率(输出功率)。水轮机的输入功率(水流传给水轮机的能量)为：NI?9.81QH(kW)。水轮机的输出功率：NO??NI?9.81?QH。2效率：η=N0/NI×100%一般η=80%~95%。η

5、<100%的原因：水流通过水轮机时，存在水头损失、水量损失、机械损失等各种能量损失。五、工作力矩和转速(workingmomentandrotationalspeed)水轮机的出力使主轴旋转做功，因此出力也可以用旋转机械运动公式来表达：N?M??M2?n?9.81?QH60M——主轴力矩，用来克服发电机对主轴产生的阻力矩；ω——水轮机旋转角速度，n——转速，rpm(revolutionperminute)，n=3000/pp——发电机磁极对数额定转速n：一般我国所用的电流频率为50赫兹，所以在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，并与发电的同步转速相等

6、。§1.2水轮机的主要类型水轮机主要利用水能做功，将水能转换为旋转机械能。列转轮进出口能量方程：2p1?v12p2?v2H?(Z1??)?(Z2??)?2g?2g(Z1?p1?)?(Z2?Hp2?)?2?v12??v22gH?1即Ep+Ec=1。根据水流作用原理分：冲击式：Ep=0EC=1完全利用水流动能；反击式：0<EP<1Ep+Ec=1以利用势能为主。一、反击式水轮机(reactionwaterturbine)混流式轴流式1特征：转轮的叶片为空间扭曲面，流过转轮的水流式连续的，而且在同一时间内，所有转轮叶片之间的流道都由水流通过，积水流充满转轮室。2原理：水流

7、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。3类型：(1)、混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。适用范围：H=30~700m,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，适用高水头小流量电站。（刘家峡）(2)、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：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