第一章 绪 论

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1、水轮机能源动力工程学院何宝海第一章绪论第一节水电站与水轮机第二节水轮机的工作参数第三节水轮机的类型及使用范围第四节水轮机结构概述第五节水轮机的牌号及装置方式第六节现代水轮机的发展能源动力工程学院何宝海第一节水电站与水轮机自然界有多种能源，目前已被开发利用的能源中主要有热能、水能、风能、核能和太阳能。其中水能是一种最经济的能源，也是一种永远消耗不尽的能源。利用水能发电是最经济的电能转换方式。1.设备简单。2.发电成本低，运行、维护、管理等简单。3.启动快。4.污染少。适于调峰、调频、事故备用等。优点：能源动力工程学院何宝海水电站：借助水工建

2、筑物和机电设备将水能转换为电能的生产部门。坝后式水电站枢纽断面图能源动力工程学院何宝海水电站的型式根据集中水头的方式分为：1.坝式水电站由坝抬高上游水位形成水头。如丰满、葛洲坝、三峡等。2.引水式水电站由引水管（渠）道形成水头。如隔河岩等。3.混合式水电站电站的水头一部分由坝集中，另一部分由引水道形成。如白山、龙羊峡等。能源动力工程学院何宝海坝后式水电站枢纽横剖面示意图能源动力工程学院何宝海水库；2—闸门室；3—进水口；4—坝；5—泄水道；6—调压室7—有压隧道；8—压力管道；9—厂房；10—尾水渠有压引水式水电站示意图能源动力工程学院何

3、宝海水轮机：能将河流水中蕴藏的水能转换成旋转机械能的机械。水轮机通过主轴带动发电机将旋转机械能转换成电能。水轮发电机组：水轮机与发电机联接成的整体称为水轮发电机组，它是水电厂的最主要的动力设备。能源动力工程学院何宝海第二节水轮机的工作参数工作水头（H）流量（Q）转速（n）功率（N）和效率（η）例题水轮机作为水力原动机将水能转换成机械能的过程称为水轮机的工作过程。反映工作过程特性的参数称为水轮机工作参数。能源动力工程学院何宝海一、水轮机工作水头水电站和水轮机的水头示意图水轮机工作水头是指水轮机进、出口断面处单位重量的水流能量之差，用H表示

4、，单位为m。水电站水头是指电站水库上、下游水位之差，也称电站静水头，用Hg表示，单位为m。能源动力工程学院何宝海上式中H是水轮机做功的有效水头，也称为水轮机的净水头。电站水头和水轮机水头的关系列出水轮机进、出口断面的能量方程，根据水轮机工作水头的定义可写出其基本表达式：能源动力工程学院何宝海同样列水轮机出口Ⅱ-Ⅱ断面和下游T-T的能量方程列上游A-A断面和Ⅰ-Ⅰ断面的能量方程由上式得到将上式代入进口能量表达式，得到代入水轮机出口能量表达式，得到电站水头和水轮机水头的关系能源动力工程学院何宝海由于则由此可见，水轮机工作水头是电站毛水头和引水

5、建筑物中水头损失之差。水轮机工作水头随电站上下游水位变化而改变，工程实际中一般用如下几个特征水头表示水轮机工作水头的范围：Hmax、Hmin、Ha和Hr。所以能源动力工程学院何宝海特征水头1.最大水头（Hmax），是允许水轮机运行的最大净水头。它对水轮机结构的强度设计有决定性的影响。2.最小水头（Hmin），是保证水轮机安全、稳定运行的最小净水头。3.加权平均水头（Ha），是在一定期间内（视水库调节性能而定），所有可能出现的水轮机水头的加权平均值，是水轮机在其附近运行时间最长的净水头。4.设计水头（Hr），是水轮机发出额定出力时所需要的最

6、小净水头。水轮机的工作水头，表明水轮机利用水流单位机械能的多少，是水轮机最重要的工作参数，其大小直接影响着水电站的开发方式、机组类型以及电站的经济效益等技术经济指标。能源动力工程学院何宝海二、流量流量：单位时间内通过水轮机某一既定过流断面的水流体积，常用符号Q表示，常用的单位为m3/s。设计流量：在设计水头下，水轮机以额定转速、额定出力运行时所对应的水流量称为设计流量，常用Qr表示，它是水轮机发出额定出力时所需要的最大流量。限制流量：对应于限制工况的水轮机流量。能源动力工程学院何宝海水轮机的转速是水轮机转轮（主轴）在单位时间内旋转的次数，

7、常用符号n表示，常用单位为r/min。同步转速。三、转速四、出力与效率由于水流通过水轮机时存在一定的能量损耗，所以水轮机出力总是小于水流出力。水轮机的输入和输出功率之比称为水轮机的效率，用符号η表示，其值小于1。η表示水轮机对水流能量的有效利用程度。水轮机出力是指水轮机轴端输出的功率，常用符号N表示，常用单位kw。额定出力。水轮机的输入功率为单位时间内通过水轮机的水流的总能量，即水流的出力，常用符号Ni表示，则能源动力工程学院何宝海四、出力与效率（续）由此，水轮机的出力可写成水轮机将水能转化为水轮机轴端的出力，产生旋转力矩用来克服发电机的

8、阻抗力矩，并以角速度ω旋转。水轮机出力、旋转力矩和角速度之间有以下关系式上式中M—水轮机轴的旋转力矩，当发电机发出额定功率时相应的水轮机轴功率称为水轮机额定功率，用Nr表示。能源动力工程学院何