水电站第二章

1、第二章第二章 水轮机类型与构造水轮机类型与构造 第一节第一节 水轮机基本类型水轮机基本类型,特点特点,适用条件适用条件 第二节第二节 反击型水轮机的主要过流部件反击型水轮机的主要过流部件 第三节第三节 冲击型水轮机的主要过流部件冲击型水轮机的主要过流部件 第四节第四节 水轮机的参数水轮机的参数,牌号牌号,标称直径标称直径 第一节第一节 水轮机基本类型、特点、适用条件水轮机基本类型、特点、适用条件 一、水轮机的基本类型一、水轮机的基本类型 二、水轮机的特点及适用条件二、水轮机的特点及适用条件 (一一)反击型水轮机的特点及适用条件反击型水轮机的特点及适用条件 1. 轴流式水轮机轴流式水轮机 2.

2、混流式水轮机混流式水轮机 3. 斜流式水轮机斜流式水轮机 4. 贯流式水轮机贯流式水轮机 (二二)冲击型水轮机的特点及适用条件冲击型水轮机的特点及适用条件 1. 水斗式水轮机水斗式水轮机 2. 斜击式水轮机斜击式水轮机 3. 双击式水轮机双击式水轮机 三、水轮机新机型及新技术三、水轮机新机型及新技术 一一 、水轮机水轮机的基本类型的基本类型 水轮机水轮机:将水能转变为旋转机械能的动力设备将水能转变为旋转机械能的动力设备. 根据水能转换的特征分类根据水能转换的特征分类:反击型水轮机和冲击型水轮机反击型水轮机和冲击型水轮机. 反击型水轮机反击型水轮机:将水流的压力势能和动能转变为机械能的水轮机将水

3、流的压力势能和动能转变为机械能的水轮机,同时利用同时利用 动能和势能进行工作动能和势能进行工作,主要是利用主要是利用水能的势能水能的势能. 冲击型水轮机冲击型水轮机:将水流能量转换为高速水流的动能将水流能量转换为高速水流的动能,再将其动能转换为机械再将其动能转换为机械 能的水轮机能的水轮机,利用的是利用的是水流的动能水流的动能. 水轮机水轮机 反击型反击型 冲击型冲击型 轮流试轮流试 轴流式轴流式(轴流定浆式和轴流转桨式轴流定浆式和轴流转桨式) 贯流式贯流式(贯流定桨式和贯流转桨式贯流定桨式和贯流转桨式) 斜流式斜流式 水斗式水斗式 斜击式斜击式 双击式双击式 二、水轮机的特点及适用条件二、水

4、轮机的特点及适用条件 (一一)反击型水轮机的特点及适用条件反击型水轮机的特点及适用条件 反击型水轮机的特点反击型水轮机的特点: 1.水流流经转轮时水流流经转轮时,充满整个转轮叶片流道充满整个转轮叶片流道,利用水流对叶片的反作用利用水流对叶片的反作用, 即叶片正反面的压力差使转轮旋转即叶片正反面的压力差使转轮旋转. 2.同时利用水流的势能和动能同时利用水流的势能和动能,主要利用水流的势能主要利用水流的势能. 3.水轮机在工作过程中水轮机在工作过程中,转轮完全浸没在水中转轮完全浸没在水中. 根据水流流经转轮的方式分类根据水流流经转轮的方式分类:混流式、轴流式、斜流式、贯流式混流式、轴流式、斜流式、

5、贯流式 反击型水轮机的适应条件反击型水轮机的适应条件: 1.轴流式水轮机轴流式水轮机:定桨式水轮机适应于水头定桨式水轮机适应于水头,流量变化不大的情况流量变化不大的情况,适用水头通常为适用水头通常为 340m 转桨式水轮机适用于负荷、流量和水位变化较大的大、转桨式水轮机适用于负荷、流量和水位变化较大的大、 中型水电站中型水电站,适适 用水头为用水头为380m. 2.混流式水轮机混流式水轮机:水头范围水头范围30700m. 3.斜流式水轮机斜流式水轮机:适用水头范围适用水头范围40200m (二二)冲击型水轮机的特点及适用条件冲击型水轮机的特点及适用条件 冲击型水轮机主要由喷嘴、折向器、转轮和机

6、壳组成冲击型水轮机主要由喷嘴、折向器、转轮和机壳组成.起特点如下起特点如下: 1. 转轮工作过程中转轮工作过程中,喷嘴射流冲击部分斗叶喷嘴射流冲击部分斗叶,转轮的一部分接触水流转轮的一部分接触水流 2. 转轮在大气压下工作转轮在大气压下工作 3. 水轮机依靠喷嘴的射流冲击力使转轮转动水轮机依靠喷嘴的射流冲击力使转轮转动,利用的是水流的动能利用的是水流的动能. 根据水轮机的射流冲击转轮的方式分为根据水轮机的射流冲击转轮的方式分为:水斗式、斜击式和双击式。水斗式、斜击式和双击式。 三、水轮机新机型及新技术三、水轮机新机型及新技术 1. 辐向转桨混流式水轮机辐向转桨混流式水轮机 2. 双叶片转桨式水

7、轮机双叶片转桨式水轮机 3. 双转轮混流式水轮机双转轮混流式水轮机 第二节第二节 反击型水轮机的主要过流部件反击型水轮机的主要过流部件 一、混流式水轮机的主要部件一、混流式水轮机的主要部件 (一一)工作部件工作部件转轮转轮 (二二)导水部件导水部件导水机构导水机构 (三三)引水部件引水部件蜗壳蜗壳 (四四)泄水部件泄水部件尾水管尾水管 二、轴流式水轮机的主要部件二、轴流式水轮机的主要部件 三、斜流式水轮机主要部件三、斜流式水轮机主要部件 四、贯流式水轮机四、贯流式水轮机 五、蜗壳水力计算五、蜗壳水力计算 一、混流式水轮机的主要部件一、混流式水轮机的主要部件 (一一)工作部件工作部件转轮转轮 转

8、轮是水轮机的核心部件转轮是水轮机的核心部件,水能是通过转轮转变为机械能的水能是通过转轮转变为机械能的,转轮由上冠转轮由上冠1、下环、下环2、 叶片叶片3组成。组成。 (二二)导水部件导水部件导水机构导水机构 导水部件的主要作用导水部件的主要作用:根据机组负荷变化来调节进入水轮机转轮的流量根据机组负荷变化来调节进入水轮机转轮的流量,以达到改变以达到改变 水轮机输出功率与外界负荷平衡的目的水轮机输出功率与外界负荷平衡的目的,并引导水流按一定的方向进入转轮并引导水流按一定的方向进入转轮,形成一形成一 定的速度矩定的速度矩. 导水部件由流线型的导叶及其转动机构导水部件由流线型的导叶及其转动机构(包括转

9、臂连杆销钉控制环等包括转臂连杆销钉控制环等)组成组成. 1.导叶导叶 2.座环座环 3.导水部件主要参数导水部件主要参数 导叶数目导叶数目Z0 导叶高度导叶高度b0 导叶转轴的圆周直径导叶转轴的圆周直径D0 导叶开度导叶开度a0 (三三)引水部件引水部件蜗壳蜗壳 l水轮机进水室的功用、类型及适用条件水轮机进水室的功用、类型及适用条件 水轮机的引水部件又称引水室水轮机的引水部件又称引水室,其功用是将水流均匀、平顺、轴对称地其功用是将水流均匀、平顺、轴对称地 引向水轮机的导水机构引向水轮机的导水机构,进入转轮。进入转轮。 水轮机的类型水轮机的类型: 1.开敞式开敞式(明槽式明槽式) 2.封闭式封闭

10、式 压力槽式压力槽式:适用于水头适用于水头820m的小型水轮机的小型水轮机 罐式罐式:适用于水头为适用于水头为1035m、容量小于、容量小于1000Kw的机组的机组 蜗壳式引水室蜗壳式引水室:混凝土蜗壳适用于水头混凝土蜗壳适用于水头40m以下的大流量水电站以下的大流量水电站,金属蜗金属蜗 壳适用于较高水头壳适用于较高水头H40m的水电站何小型卧式机组的水电站何小型卧式机组. l蜗壳主要参数选择蜗壳主要参数选择 蜗壳主要参数有蜗壳主要参数有:蜗壳包角蜗壳断面形状和蜗壳进口断面流速蜗壳包角蜗壳断面形状和蜗壳进口断面流速 1. 蜗壳包角蜗壳包角e.以蜗壳鼻端以蜗壳鼻端(尾端尾端)断面为起点到蜗壳进口

11、断面断面为起点到蜗壳进口断面(垂直于压力管道轴线垂直于压力管道轴线 的断面的断面)之间的夹角之间的夹角e. 2. 蜗壳的断面形状及其变化规律蜗壳的断面形状及其变化规律. 蜗壳进口断面平均流速蜗壳进口断面平均流速ve.ve=Ke(Hp)0.5 (m/s) Hp电站设计水头电站设计水头 Ks流速系数流速系数 (四四)泄水部件泄水部件尾水管尾水管 尾水管是反击型水轮机的重要组成部分尾水管是反击型水轮机的重要组成部分,尾水管性能的好坏直接影响水轮机的效率尾水管性能的好坏直接影响水轮机的效率 及其能量利用情况及其能量利用情况. 1. 尾水管的作用尾水管的作用 将通过水轮机的水流泄向下游将通过水轮机的水流

12、泄向下游 转轮转置在下游水位之上时转轮转置在下游水位之上时,能利用转轮出口与下游水位之间的势能能利用转轮出口与下游水位之间的势能. 回收利用转轮出口的大部分动能回收利用转轮出口的大部分动能. 2. 尾水管的型式和尺寸尾水管的型式和尺寸 直锥型尾水管直锥型尾水管. 弯管直锥型尾水管弯管直锥型尾水管 弯曲型尾水管弯曲型尾水管.该型式由锥管段、弯管段、扩散段。该型式由锥管段、弯管段、扩散段。 二、轴流式水轮机的主要部件二、轴流式水轮机的主要部件 轴流水轮机的一些零部件与混流式水轮机基本相同轴流水轮机的一些零部件与混流式水轮机基本相同,主要区别主要区别 在于转轮在于转轮,它有轮它有轮1,轮叶轮叶2,泄

13、水锥泄水锥3组成组成. 轴流式水轮机分为定桨式和转桨式轴流式水轮机分为定桨式和转桨式. 三、斜流式水轮机主要部件三、斜流式水轮机主要部件 斜流式水轮机是介于轴流式何混流式水轮机之间的一种型式斜流式水轮机是介于轴流式何混流式水轮机之间的一种型式. 四、贯流式水轮机四、贯流式水轮机 这是一种由轴流式水轮机发展而来的机型这是一种由轴流式水轮机发展而来的机型,实质上亦是轴流式实质上亦是轴流式 水轮机水轮机,区别在于贯流式没有蜗型进水室、弯曲型尾水管和贯区别在于贯流式没有蜗型进水室、弯曲型尾水管和贯 流式的轴为卧轴流式的轴为卧轴. 五、蜗壳水力计算五、蜗壳水力计算 (一一)目的目的 (二二)假定假定:(

14、1)水流均匀轴对称水流均匀轴对称,蜗壳各断面的平均流速不变蜗壳各断面的平均流速不变,即即v为常数为常数 (2)蜗壳中水流速度矩为一常数蜗壳中水流速度矩为一常数,即即Vu=常数常数k,Vu为水流速度的切为水流速度的切 向分速向分速,r为计算点处水流质点与转轴的距离为计算点处水流质点与转轴的距离. (三三)水力计算水力计算(已知已知Q0、Hp、D1、b0) 1、金属蜗壳外形尺寸确定、金属蜗壳外形尺寸确定 第三节第三节 冲击型水轮机的主要过流部件冲击型水轮机的主要过流部件 一、转轮一、转轮 转轮是核心部件转轮是核心部件,将水能转化为旋转机械能将水能转化为旋转机械能,由斗叶和轮盘组成由斗叶和轮盘组成,

15、 斗叶为沿轮盘圆周均布的勺形斗叶为沿轮盘圆周均布的勺形,数目常为数目常为1214个个. 二、喷嘴与针阀二、喷嘴与针阀 喷嘴的作用是将水流压能变为动能喷嘴的作用是将水流压能变为动能,形成射流形成射流(射流速度射流速度v=kv(2gH)0.5 ,kv=0.980.99),并以一定方向冲击转轮并以一定方向冲击转轮,使转轮旋转使转轮旋转,完成能量转换完成能量转换. 三、折流板三、折流板 四、机壳四、机壳 机壳起到将冲击完转轮的水流平顺的泄向下游的作用机壳起到将冲击完转轮的水流平顺的泄向下游的作用. 第四节第四节 水轮机的参数、牌号、标称直径水轮机的参数、牌号、标称直径 一水轮机工作参数一水轮机工作参数

16、 (一一)水头水头(H) 水轮机水头是指水轮机进、出口断面的势能差水轮机水头是指水轮机进、出口断面的势能差. 水轮机工作水头水轮机工作水头=电站毛水头电站毛水头-压力引水系统中水头损失压力引水系统中水头损失.即即H=Z上上-Z下下-hw Z上上上游水位上游水位,m Z下下下游水位下游水位,m hw引水系统水头损失引水系统水头损失,m 1.最大水头最大水头Hmax 2.最小水头最小水头Hmin 3.加权平均水头加权平均水头Ha 4.设计水头设计水头Hp:河床式水电站河床式水电站Hp=0.9Ha,坝后式水电站坝后式水电站Hp=0.95Ha. (二二)流量流量(Q) 流量指单位时间内通过水轮机的水量流量指单位时间内