水力机械-《水电站》.doc

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1、第一篇水力机械水轮机+发电机：水轮发电机组功能：发电水泵+电动机：水泵抽水机组功能：输水水泵+水轮机：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=9.81ηQH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.毛水头(nominalprodu

2、ctivehead)HM=EU-ED=ZU-ZD2.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-A3.冲击式水轮机的水头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.特征水头(characteristichead)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

3、量(m3/s)(flowquantity)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(outputandefficiency)1.出力(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：水轮机的输出功率：2.效率：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式中M——主轴力矩；ω——水轮

4、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(reactionwaterturbine)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

5、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)轴流定浆式：叶片不能随工况的变化

6、而转动。高效率区较小，适用于水头变化不大的小型电站。(2)轴流转浆式：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

7、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(Inpulsewatertubine)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、大小改变)产生旋转力矩使转轮转动。在同一时刻内，水流只冲击着转轮的一部分，而不是全部。不适宜调峰运行(讨论：为什么？)。适用：水头高，流量小，多用于400m以上，最高接近2000

8、m。单喷嘴冲击式水轮机运行中分类：水斗式:特点是由喷嘴出来的射流沿圆周切线方向冲击转轮上的水斗作功。目前，水斗式水轮机是冲击式水轮机中应用最广泛的一种机型。斜击、双击水轮机构造简单，效率低，用于小型电站。水斗式水轮机斜击式：由喷嘴出来的射流沿圆周斜向冲击转轮上的水斗。斜击式水轮机转轮双击式：水流两次冲击转轮。双击式水轮机转轮水轮机总分类图二、水轮机的基本构造