第一章 水轮机的类型构造及工作原理

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1、水电站AAA武汉大学水利水电学院Tel:68772274，13971388746Em:chengyg2000@yahoo.com.cn2021/6/152水力发电系统组成：水电站建筑物、水力机械、电器设备水库进水口引水隧洞调压室调压力管道发电机主阀尾水渠厂房水轮机2021/6/153水力发电系统组成：水电站建筑物、水力机械、电器设备2021/6/154水力发电过程能量转换：水能—机械能——电能2021/6/155本课程的内容分四大部分水电站是水利枢纽的一个重要组成部分，是利用水力资源发电的场所，是建筑物、水、机、

2、电的综合体。进水及引水建筑物（进水口、引水隧洞、压力管道）——水轮机部分（能量转换的机械设备）——水电站厂房（发电和配电：主厂房、副厂房、主变压器、开关站）——水锤、调压室（非恒定流动）——第一篇水轮机2021/6/157水轮机和发电机连轴组成发电机组发电机水轮机2021/6/158水轮机—将水能转化为旋转机械能发电机水轮机蜗壳:引水导叶:调节流量转轮:能量转换尾水管:泄水第1章水轮机的类型构造及工作原理1.1水轮机的主要工作参数2021/6/1510水轮机的主要工作参数有5个水轮机出力水轮机工作水头水轮机流量水

3、轮机效率水轮机转速2021/6/1511水轮机出力：水轮机传给发电机的功率水体能量扣除水轮机的能量损失设在时段内有的水体从1-1断面流过2-2断面，因此，该段水体所提供的能量为：和称为水能两个基本要素。2021/6/1512水体能量决定于流量和落差水体具有的能量（功率）为1-2断面水面降落的垂直高度（通常称为落差或水头），单位为m为水的容重。=1000kg/m3。为单位时间里通过1-1断面的流量（m3/s）。为水体所具有的作功能力（kg.m/s）。2021/6/1513水轮机出力决定于流量和工作水头水体具有的能量

4、（功率）工程上常用“千瓦”或“马力”来表示，1千瓦=102kg.m/s水流给予水轮机的功率水轮机输出功率（出力）η为水轮机的效率（kg.m/s）（千瓦）2021/6/1514水轮机工作水头：单位重量水体通过水轮机进出口断面的能量差值2021/6/1515工作水头不是毛水头，而是净水头为水电站上下游水位差，称为水电站毛水头为水电站引水系统水头损失为净水头即水轮机工作水头2021/6/1516水轮机的工作水头是随上下游水位变化而变化的常选用几个特征水头来表示水轮机的运行工况和运行范围，这些特征水头由水能计算确定（1）

5、最大水头（2）最小水头（3）加权平均水头（4）设计水头2021/6/1517水轮机流量：水流在单位时间内通过水轮机的水流体积通常用Q表示，其单位为m3/s水轮机的引用流量主要随着水轮机的工作水头和出力的变化而变化在设计水头下水轮机以额定出力工作时其过水流量最大H和Q是水力发电的两大要素，H大Q小也发不出大量电，Q大H小也发不出大量电2021/6/1518水轮机效率：水轮机的输出功率与输入功率比值水力效率:容积效率:机械效率：水轮机效率还可表示为效率也是水轮机的最重要参数之一，越高越好。2021/6/1519转速n

6、：水轮机组每分钟转动的转数对于大中型水轮发电机组，水轮机与发电机是同轴运行的，所以它们的转速相同，并需要满足同步转速的要求。即其中：f-电流频率；我国电网f=50Hz；p-发电机的磁极对数。则：磁极对数p3456789.....同步转速n1000750600500428.6375333.3.....2021/6/15201.2水轮机的主要类型水轮机有各种类型的原因是什么？水能利用的条件千差万别，最重要的特点是水头有高有低，高者水头上千米，低者数米流量有大有小，大者几千立方米每秒，小者不到一立方米每秒各种水轮机型式

7、的出现均是为了最大限度利用水能Francis、Kaplan，Pelton等人发明了针对不同水头的水轮机2021/6/1521现代水轮机可按能量利用特征、水流特征、转轮结构特征分类水轮机按能量转换特征分为两类，即反击式和冲击式。而每一类水轮机又根据转轮区内水流的特征和转轮的结构特征又分为多种形式。能量转换特征：利用水流的势能、动能的比例。转轮内水流特征：水流方向与主轴关系（垂直、平行、斜交）。转轮的结构特征：桨叶固定、转动，转轮的高、扁等。2021/6/1522能量转换特征分类：反击式和冲击式单位重量水体在转轮进、

8、出口的能量之差：可变换为水流势能水流动能2021/6/1523冲击式：只利用动能反击式：既利用动能也利用势能势能占总能量的比例动能占总能量比例水轮机利用的能量为水流势能和水流动能的总和若Ep=0，Ec=1，这种利用水流动能的水轮机称为冲击式水轮机若0＜Ep<1，Ep＋Ev=1，这种同时利用水流动能和势能的水轮机称为反击式水轮机2021/6/1524反击式：水流方向和流速大