(河海大学)水轮机类型、构造及工作原理_水电站.ppt

知识要点 水轮机的型号 反击式 冲击式 可逆式等水轮机的类型 结构以及对厂房结构布置影响 水流在转轮中的运动 基本方程 能量损失 水轮机的最优工况 水轮机的气蚀 吸出高度和安装高程 重点难点 各种类型水轮机的特点 结构及其对厂房结构布置的影响 速度三角形的概念 水轮机基本方程的物理意义 水轮机的能量损失及其最优工况 第一章水轮机类型及构造 第一章水轮机类型及构造 第一节水力机械的种类 第一节水力机械的种类 第一节水力机械的种类 第二节水轮机的工作参数 水能减少 水轮机 水能增加 水泵 第一节水力机械的种类 第二节水轮机的工作参数 第二节水轮机的工作参数 参数 水头 流量 功率 效率 转速等 一 水头Head 第二节水轮机的工作参数 第二节水轮机的工作参数 装机容量 InstalledCapacity 发电机的输出功率 第二节水轮机的工作参数 水轮机可以有不同转速 但H一定时 一定的转轮直径D1有一个效率最高的转速n 通常由此转速选择相近的同步发电机转速 电工学中 二 转速Speedofrotation 第二节水轮机的工作参数 磁极对数与同步转速系列 第二节水轮机的工作参数 第三节水轮机的主要类型及其构造 第三节水轮机的主要类型及其构造 水轮机的主要类型 第三节水轮机的主要类型及其构造 2 1 第三节水轮机的主要类型及其构造 该式表明水轮机所利用的水流能量为水流的势能Ep与动能Ed之和Ep 0 Ed 1 冲击式水轮机 只利用水流动能 0 Ep 1 Ep Ed 1 反击式水轮机 既利用动能也利用势能 第三节水轮机的主要类型及其构造 水轮机的分类 第三节水轮机的主要类型及其构造 一 反击式水轮机Reactionturbine 流过转轮的水流是连续的同一时间内所有转轮叶片间的流道都有水流通过水流V大小 方向改变 第三节水轮机的主要类型及其构造 水流特征 幅向进入转轮 轴向流出转轮适用水头 20 500m Hmax 734m叶片 固定10 20片最高效率 94 单机容量 几十kW 几十万kW实例 最高水头734m 奥地利依斯林电站 最大单机出力716MW 美国大古力电站 第三节水轮机的主要类型及其构造 混流式水轮机转轮 第三节水轮机的主要类型及其构造 混流式水轮机的基本构造 第三节水轮机的主要类型及其构造 混流式水轮机的基本构造 第三节水轮机的主要类型及其构造 蜗壳spiralcase 蜗壳spiralcase 座环stayring 导水机构Distributor 转轮runner 尾水管drafttube 第三节水轮机的主要类型及其构造 使水流产生圆周运动并引导水流均匀地 轴对称地进入座环 第三节水轮机的主要类型及其构造 蜗壳spiralcase 座环stayring 导水机构Distributor 转轮runner 尾水管drafttube 座环stayring 第三节水轮机的主要类型及其构造 组成 上环 下环及支柱组成 作用 支承水轮发电机组的重量及蜗壳上部部分混凝土的重量 并将此巨大的荷载通过支柱传给厂房基础 第三节水轮机的主要类型及其构造 蜗壳spiralcase 座环stayring 导水机构Distributor 转轮runner 尾水管drafttube 导水机构Distributor 第三节水轮机的主要类型及其构造 主要为翼型活动导叶 作用 调节水轮机的流量 引导水流按必须的方向进入转轮形成一定的速度矩 导叶开度openinga0 mm 表征导叶所处位置的特征参数 第三节水轮机的主要类型及其构造 第三节水轮机的主要类型及其构造 导叶的主要几何参数有 第三节水轮机的主要类型及其构造 蜗壳spiralcase 座环stayring 导水机构Distributor 转轮runner 尾水管drafttube 转轮runner 第三节水轮机的主要类型及其构造 减压孔补气装置泄水锥翼型扭曲叶片 12 21片 止漏环 迷宫环 第三节水轮机的主要类型及其构造 蜗壳spiralcase 座环stayring 导水机构Distributor 转轮runner 尾水管drafttube 尾水管drafttube 第三节水轮机的主要类型及其构造 将通过转轮做完功的水流排入下游河道 并回收转轮出口水流的部分能量 第三节水轮机的主要类型及其构造 水流特征 水流流过转轮时始终是沿轴向的适用水头 2 70m叶片 定浆或转浆单机容量 几十kW 十几万可kW实例 葛洲坝水电站17万kW 单机 2 轴流式 Kaplan axial flowturbine 第三节水轮机的主要类型及其构造 轴流式水轮机叶片安放角 第三节水轮机的主要类型及其构造 立轴式水轮机 verticalturbinewithfixedblades 轴流定桨式水轮机转轮 第三节水轮机的主要类型及其构造 轴流转浆式水轮机转轮 runnerofKaplanturbine 第三节水轮机的主要类型及其构造 轴流式水轮机的特点 安放角 第三节水轮机的主要类型及其构造 轴流式水轮机的特点 第三节水轮机的主要类型及其构造 脉动水压力和水流的漏损 存在的问题 第三节水轮机的主要类型及其构造 水流特征 从流道进口到尾水管出口均沿轴向 没有蜗壳 适用水头 1 40m叶片 定浆或转浆单机容量 几kW 几万kW效率 90 92 3 贯流式 Tubularturbine 第三节水轮机的主要类型及其构造 灯泡贯流式水轮机Bulbtubularturbine 外形象管道且主轴卧置 第三节水轮机的主要类型及其构造 水流特征 水流方向与主轴斜交 斜向水流适用水头 20 200m叶片 转浆8 12片单机容量 几千kW 十几万kW实例 小浪底15万kW 单机 4 斜流式 Deriazturbine 第三节水轮机的主要类型及其构造 斜流式水轮机的特点 第三节水轮机的主要类型及其构造 二 冲击式水轮机Impulseturbine 水流特征 水流以自由射流的水柱冲击转轮 利用水流动能使转轮旋转 型式 水斗式 PeltonTurbine 双击式 Crossflowturbine 斜击式 Turgoturbine 水斗式水轮机 第三节水轮机的主要类型及其构造 第三节水轮机的主要类型及其构造 适用水头 小型 40 250m大型 400 1000mHmax 1767m单机容量 几十千kW 十几万kW实例 磨房沟水电站12500kW 单机 第三节水轮机的主要类型及其构造 喷嘴前折流板 避免因喷针快速移动导致在压力钢管内产生过高得水锤压力 右下侧导流板 防止水流飞溅而造成附加损失 特点 可设多个喷嘴和多个转轮 大中型 立式布置 中小型 卧式布置 第三节水轮机的主要类型及其构造 冲击式水轮机 卧轴水斗式水轮机verticalPeltonturbine 立轴水斗式水轮机horizontalPeltonturbine 第三节水轮机的主要类型及其构造 发电 水轮机运行抽水 水泵运行适用水头 混流式 30 600m斜流式 轴流式实例 密云 1 1 1 5万kW 三 可逆式水轮机 水泵水轮机 ReversibleturbinePumpedturbine 第三节水轮机的主要类型及其构造 四 大中小型水轮机的划分 第三节水轮机的主要类型及其构造 第四节水轮机的型号 第四节水轮机的型号 一 反击式水轮机的型号 第四节水轮机的型号 二 冲击式水轮机的型号 第四节水轮机的型号 关于转轮直径D1的规定 第四节水轮机的型号 反击式水轮机转轮标称直径系列 单位 cm 第四节水轮机的型号 举例 第四节水轮机的型号 第五节水流在水轮机转轮中的运动 第五节水流在水轮机转轮中的运动 恒定流 任一流体的物理量 如V 不随时间变化非恒定流 V V t 水轮机内的水流运动 第五节水流在水轮机转轮中的运动 稳定工况H Q n不变 蜗壳 导叶 尾水管中为恒定流转轮中的流动相对于旋转坐标 恒定流 流线与迹线重合相对于绝对坐标 非恒定流 第五节水流在水轮机转轮中的运动 假设 水流从导叶流出时是轴对称的进入转轮的水流也是轴对称的 水流在转轮中流速的合成相对运动 水从转轮进口 沿着叶片流道至转轮出口 牵连运动 水流质点同时和转轮一起旋转的圆周运动绝对运动相对运动牵连运动 圆周运动 绝对运动 第五节水流在水轮机转轮中的运动 混流式水轮机转轮内的流面和轴面 水流质点绝对速度V的分解 对于轴流式 U1 U2 U Vr 0 A Vu U W V Vm 第五节水流在水轮机转轮中的运动 第六节水轮机基本方程 第六节水轮机基本方程 原理 动量矩定律单位时间内水流对水轮机的动量矩的改变 作用在该水流上的外力对同一轴的力矩 第六节水轮机基本方程 取流面上一微小流束 列出动量矩方程 外力对转轴的力矩 第六节水轮机基本方程 第六节水轮机基本方程 第六节水轮机基本方程 第七节水轮机的效率及最优工况 第七节水轮机的效率及最优工况 水力损失 流量损失 机械损失 水轮机能量损失 第七节水轮机的效率及最优工况 水流流经蜗壳 导叶 转轮和尾水管产生的沿程损失以及漩涡 脱流 撞击产生的局部损失 一 水轮机的效率 第七节水轮机的效率及最优工况 流量损失及流量效率 容积效率 2 部分水流通过间隙直接进入尾水管而不经过转轮做功 第七节水轮机的效率及最优工况 机械损失和机械效率 转轮部分表面和空气产生机械摩擦 盘状摩擦 风损以及轴承处的摩擦 第七节水轮机的效率及最优工况 容积损失 机械损失 沿程局部出口 水力损失 出力NNmax 100 效率 撞击损失涡流损失 N max D1 n H一定情况下 改变Q时 水轮机效率与出力的关系 第七节水轮机的效率及最优工况 二 水轮机的最优工况 第七节水轮机的效率及最优工况 水轮机最优工况 无撞击进口 不至于发生水力碰撞 脱流 水力损失最小 第七节水轮机的效率及最优工况 V2最小 也最小Vu2 0 水流出转轮后没有旋转可使尾水管中摩损减小 法向出口 绝对速度V2的垂直于圆周速度U2的方向 水轮机最优工况 第七节水轮机的效率及最优工况 转轮出口的速度三角形比较 1 高水头水轮机 最优的转轮出流应为法向 但对中 低水头水轮机 取 2略小于90 2 实际运行中 水轮机运行工况范围均有一定限制 需要说明的问题 第七节水轮机的效率及最优工况 3 若 可能会产生脱流 出口角 90 为宜 4 转桨式水轮机高效区宽的原因就是在非额定工况下 可调节叶片的安放角 尽可能实现无撞击进口和法向出口 第七节水轮机的效率及最优工况 提高水轮机效率的途径 第七节水轮机的效率及最优