水轮机概论及工作原理

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1、水轮机HydraulicTurbine第一章绪论掌握水轮机工作参数熟悉水轮机类型和结构掌握水轮机牌号及装置形式重点：流体机械分类(1)按能量转换分原动机:将流体的能量转变为机械能，用来输出轴功率。如汽轮机、燃气轮机、水轮机等。工作机:将机械能转变为流体的能量，用来改变流体的状态(提高流体的压力、使流体分离等)与输送流体。如压缩机、泵、分离机等。（2）按结构分容积式：依靠运动元件改变工作容积来实现能量转化。叶片式：依靠高速旋转叶片与流体之间力的相互作用来转换能量，又称透平机械。■水力原动机：以水流为原动力，并将水流能（水轮机）量

2、转换为机械能的装置，水流经过水力原动机时，水流能量将减少。■水力工作机：将机械能转换为液体的能量，（水泵）水流经过水力工作机时，水流能量将增加。水轮机能量转换过程从高处引水流进水轮机，通过水流与水轮机转轮的相互作用，水流就把自己的能量传给了水轮机。水轮机获得能量后就开始旋转起来，把水能转换成了旋转的机械能。由于水轮机与发电机相连，于是发电机转子跟着水轮机一起旋转，这样水轮机就把能量传递给了发电机，磁极旋转时，会改变线圈中的磁通，在线圈中产生电流。水能→机械能→电能水轮机的工作参数1.工作水头，又称净水头，等于毛水头减去引水系统

3、水头损失。毛水头也叫装置水头，等于水电站上下游水位差。2.流量表示水流在单位时间内通过水轮机的体积。3.功率输入功率为水流对水轮机每秒钟付出的机械能。输出功率为水轮机轴输出的机械功率，也叫水轮机的出力。通常所说的水轮机功率，指水轮机输出功率。4.效率水轮机输出功率与输入功率之比称为水轮机效率。5.转速水轮机轴每分钟转动的圈数，称为水轮机的转速，单位为r/min。设计时选定的稳态转速称为水轮机额定转速。对于水轮机与同步发电机直接联接的机组，水轮机的额定转速必须与发电机转速同步。我国电网的额定频率为50HZ，水轮机额定转速为nr=

4、3000/p式中：p——发电机磁极对数反击式混流式（HL）轴流式（ZL）斜流式(XL)贯流式(GL)轴流定桨式（ZD）轴流转桨式(ZZ)斜流定桨式（XD）斜流转桨式(XZ)贯流定桨式（GD）贯流转桨式(GZ)冲击式切击式（CJ）斜击式（XJ）双击式(SJ)可逆式*混流式轴流式斜流式水轮机类型按转轮进水特征分按转轮水流方向分各型水轮机的特点HL式（法兰西斯式）水流特点：转轮区水流径向流入，轴向流出；结构特点：转轮由上冠，下环，叶片，泄水锥组成；9～22叶片（固定不动）。优点：结构紧凑，运行稳定，高效区宽广，适用高水头小流量电站（

5、如刘家峡）。适用范围：H=30～700m，单机容量：几十kW～几十万kW三峡转轮2.ZL式（卡普兰式）水流特点：转轮区水流轴向流入，轴向流出；ZD式：特点：叶片不能随工况变而转动。改变叶片转角时需停机进行。结构简单，效率低。适用范围：适用H、Q变化不大（工况较稳），H:3～50m。ZZ式：特点：叶片能随工况变而转动，高效率区广，进行双重调节（导叶开度、转轮叶片角度可调节）适用范围：适用H、Q变化大，H:3～80m大，中型电站多采用3.XL式水流特点：转轮区水流斜向流入，斜向流出；优点：叶片能随工况变化而转动，高效率区宽广，进行

6、双重调节（导叶开度、转轮叶片角度可调节）适用范围：适用H变化大，H:40～200m4.GL式水流特点：转轮区水流轴向流入，轴向流出；全贯流式：发电机转子安装在转轮外缘。优点：水力损失小，过流量大，结构紧凑。半贯流式：轴伸式、竖井式、灯炮式。适用范围：适用H:2～25m,小型河床电站。GL式5.切击式（培尔顿式）水流特点：水流从喷嘴射出，沿转轮圆周切线方向冲击在斗叶上；转轮区水流压力为大气压。结构特点：由喷嘴和转轮组成，叶片为水斗式。优点：安装高度不受空化条件限制；应用水头可很高。适用范围：适用H变化不大，负荷变化大的电站。6.

7、其他形式的水轮机斜击式：H：50～400m。构造简单，效率低。多用于中小型电站。双击式：H：10～150m。构造简单，效率低，多用于小型电站。可逆式水泵水轮机：分为混流式，斜流式，轴流式，贯流式。适用于抽水蓄能电站和潮汐电站。斜击式可逆式水泵水轮机反击式水轮机的构造1.引水室——①引导水流均匀、轴对称进入导水机构；②形成一定速度环量，如蜗壳（金属、混凝土蜗壳）2.座环——位于导叶外围，由上、下环和立柱组成；作用：①由上、下环和立柱组成，承受发电机组轴向荷载并传给基础；②支承活动导叶。断面设计：流线形，保证强度、刚度。数目为活动

8、导叶的一半。3.导水机构——导水叶及其轴、调速器、接力器（转臂、连杆、控制环)；①引导水流按一定方向进入转轮；②形成与改变进入转轮的速度环量；③调节Q→调节出力P；④关机时截断水流。4.转轮（工作核心）——能量转换。决定水轮机的尺寸、性能、结构。5.泄水部件（尾水管）——①回