冲击式水轮机学习课程

1、第一章 绪论 第二章 水轮机的工作原理第三章 水轮机的相似理论与模型试验第四章 水轮机的空化与空蚀第五章 反击式水轮机的结构 第六章 冲击式与贯流式水轮机第七章 水轮机的特性曲线与选型设计第八章 水轮机的运行与检修第1页/共45页第一页，编辑于星期日：十点 四十四分。 第一节 切击式水轮机结构 第二节 贯流式水轮机结构 第六章 冲击式与贯流式水轮机第2页/共45页第二页，编辑于星期日：十点 四十四分。第一节 切击式水轮机结构 贵州天生桥水电站第3页/共45页第三页，编辑于星期日：十点 四十四分。一、冲击式水轮机主要类型及其工作特点二、冲击式水轮机和反击式水轮的异同点三、切击式水轮机结构及主要工

2、作部件第4页/共45页第四页，编辑于星期日：十点 四十四分。 一、冲击式水轮机主要类型及其工作特点 冲击式水轮机是借助于特殊导水机构（喷管）引出具有动能的自由射流，冲向转轮水斗，使转轮旋转做功，从而完成将水能转换成机械能的一种水力原动机。 在冲击式水轮机中，以工作射流与转轮相对位置和做功次数的不同，可分为： 切击式水轮机（水斗式，应用最广） 斜击式水轮机 双击式水轮机第5页/共45页第五页，编辑于星期日：十点 四十四分。图6-1 6-1 切击式水轮机的结构示意图1-1-喷嘴；2-2-针阀；3-3-喷针移动机构；4-4-转轮；5-5-外调节机构；6-6-机壳第6页/共45页第六页，编辑于星期日：

3、十点 四十四分。图6-2 6-2 斜击式水轮机的射流、转轮工作示意图第7页/共45页第七页，编辑于星期日：十点 四十四分。图6-3双击式水轮机结构示意图第8页/共45页第八页，编辑于星期日：十点 四十四分。 二、冲击式水轮机和反击式水轮的异同点 1、相同点 冲击式水轮机的工作原理与反击式水轮机均是利用水流与转轮叶片的作用力和反作用力原理将水流能量传给转轮，使转轮旋转释放出机械能。 第9页/共45页第九页，编辑于星期日：十点 四十四分。 二、冲击式水轮机和反击式水轮机的异同点 2、不同点 （1）导水机构的不同 在冲击式水轮机中，喷管相当于反击式水轮机的导水机构，其作用是：引导水流，调节流量，并将

4、液体机械能转变为射流动能。 反击式水轮机的导水机构，除引导水流，调节流量外，在转轮前形成一定的旋转水流，以满足不同比转速水轮机对转轮前环量的要求。第10页/共45页第十页，编辑于星期日：十点 四十四分。 二、冲击式水轮机和反击式水轮机的异同点 2、不同点 （2）水流压力变化规律不同 冲击式水轮机中，水流自喷嘴出口直至离开转轮的整个过程，始终在空气中进行，则位于各部分的水流压力保持不变（均等于大气压力）。 反击式水轮机那样，在导水机构、工作轮以及转轮后的流道中，水流压力是变化的。故冲击式水轮机又称为无压水轮机，而反击式水轮机，称之为有压水轮机。第11页/共45页第十一页，编辑于星期日：十点 四十

5、四分。 二、冲击式水轮机和反击式水轮机的异同点 2、不同点 （2）流道密闭要求不同 在反击式水轮机中，由于各处水流压力不等，并且不等于大气压力。故在导水机构、转轮及转轮后的区域内，均需有密闭的流道。 在冲击式水轮机中，就不需要设置密闭的流道。第12页/共45页第十二页，编辑于星期日：十点 四十四分。 二、冲击式水轮机和反击式水轮机的异同点 2、不同点 （4） 尾水能量回收效果不同 反击式水轮机必须设置尾水管，以恢复压力，减小转轮出口动能损失和进一步利用转轮至下游水面之间的水流能量。 冲击式水轮机，水流离开转轮时已流速很小，又通常处在大气压力下，因此它不需要尾水管。同时，由于没有尾水管，使冲击式

6、水轮机比反击式水轮机少利用了转轮至下游水面之间的这部分水流能量。第13页/共45页第十三页，编辑于星期日：十点 四十四分。 二、冲击式水轮机和反击式水轮的异同点 2、不同点 （5） 转轮工作条件不同 反击式水轮机的工作转轮淹没在水中工作； 冲击式水轮机的工作轮是暴露在大气中工作，仅部分水斗与射流接触，进行能量交换。并且，为保证水轮机稳定运行和具有较高效率，工作轮水斗必须距下游水面有足够的距离（即足够的排水高度和通气高度）。第14页/共45页第十四页，编辑于星期日：十点 四十四分。 二、冲击式水轮机和反击式水轮机的异同点 2、不同点 （6）水流进入转轮的方式不同 反击式水轮机中，需要水流轴对称均

7、匀冲击转轮； 冲击式水轮机中，可使水流不沿工作轮的整个圆周进入其内，而仅在一个或几个局部的地方，通过一个或几个喷嘴进入工作轮。由于工作叶片流道仅对着某个喷嘴时被水充满，而当它转到下一个喷嘴之前，该叶片流道中的水已倾尽，故水流沿叶片流动不会发生紊乱。第15页/共45页第十五页，编辑于星期日：十点 四十四分。 二、冲击式水轮机和反击式水轮机的异同点 2、不同点 （7） 流量、出力、水头、比转速大小不同 冲击式水轮机的工作轮仅部分过水，部分水斗工作，故水轮机过流量较小，因而在一定水头和工作轮直径条件下，冲击式水轮机的出力比较小。另外，充实水轮机的转速相对比较低、出力小，导致了较低的比转速，故冲击式水

8、轮机适用于高水头小流量的场合。第16页/共45页第十六页，编辑于星期日：十点 四十四分。 三、切击式水轮机结构及主要工作部件 切击式水轮机是冲击式水轮机应用水头最高、容量最大的一种机型。 主要结构部件有： 进水管 喷管 转轮 外调节机构 副喷嘴 机壳 排水坑渠第17页/共45页第十七页，编辑于星期日：十点 四十四分。图6-4 6-4 卧式双喷嘴水轮机结构示意图1-1-进水管；2-2-喷管；3-3-转轮；4-4-外调节机构；5-5-副喷嘴；6-6-机壳第18页/共45页第十八页，编辑于星期日：十点 四十四分。 三、切击式水轮机结构及主要工作部件 （一）进水管 作用：引导水流，并将过机流量均匀分配

9、给各喷管。 组成：水斗式水轮机的进水管均由直线段、肘管、分叉管、环行收缩流道和导流体组成。多喷嘴水斗式水轮机的进水管是一个具有极度弯曲和分叉的变断面输水管，并在装有喷射机构的区域内设有导流体。 形状：根据进水管主干管部分和叉管处的水流速度相等的要求可知，进水管的断面尺寸自进口至出口逐渐减小呈收缩状。进水管的断面形状有圆形和椭圆形两种。第19页/共45页第十九页，编辑于星期日：十点 四十四分。卧式双喷嘴切击式水轮机进水管方案第20页/共45页第二十页，编辑于星期日：十点 四十四分。立式6 6喷嘴切击式水轮机进水管方案第21页/共45页第二十一页，编辑于星期日：十点 四十四分。第22页/共45页第

10、二十二页，编辑于星期日：十点 四十四分。 三、切击式水轮机结构及主要工作部件 （二）喷射机构（简称喷管） 作用： 将水流的压力势能转换为射流动能。 起着导水机构的作用。 当喷针移动时，即可以渐渐改变喷嘴出口与喷针头之间的环形过水断面面积，因而可平稳地改变喷管的过流量及水轮机的流量和功率。 结构：由喷嘴、喷针（又称针阀）和喷针移动机构组成。 类型：外控式（弯喷管）和内控式（直喷管）。第23页/共45页第二十三页，编辑于星期日：十点 四十四分。外控式弯喷管：结构简单、检修维护方便，但喷针操作杆长，操作杆在喷管内影响水流流动，增加管内的水力损失图6-6 6-6 外控式喷射机构1-1-喷针接力器；2-

11、2-填料压盖；3-3-喷嘴座；4-4-填料盒；5-5-填料；6-6-平衡活塞；7-7-喷嘴口环；8-8-折向器；9-9-销杆；10-10-喷针；11-11-喷针座；12-12-喷嘴；13-13-导叶栅；14-14-杆体；15-15-喷管弯段第24页/共45页第二十四页，编辑于星期日：十点 四十四分。导水叶栅：用来引导压力水流使之沿喷针杆轴线方向移动，消除水流在引水管道中因转弯引起的旋转所造成的水往分散而降低水力效率。导水叶栅还可作为喷针杆的支柱。平衡活塞：用来平衡作用在喷针头部上、作用于喷针关闭方向的水推力。因为作用在平衡活塞上的水推力与喷针上的水推力相反。喷嘴： 喷嘴是出喷嘴口、喷嘴头和喷针

12、头组成。其作用是将水流能量转变为动能，并启闭机组和调节流量。喷嘴口是一个惭缩断面的结构，由于流速迅速增高，在喷嘴出口处会产生严重的气蚀，因此喷嘴口和哨嘴头采用螺栓把合的组合结构，允许在不拆喷嘴头的情况下更换易损的喷嘴门。喷嘴口的材料采用抗蚀的不锈钢。喷针头亦为可拆卸结构。第25页/共45页第二十五页，编辑于星期日：十点 四十四分。第26页/共45页第二十六页，编辑于星期日：十点 四十四分。内控式直喷管：结构紧凑，喷管内水力条件好，水力损失小，效率高。根据试验，其效率比外控式高，一般用在大型立式冲击式水轮机上。弹簧用来平衡喷针上向开启方向的水推力。进油时关闭喷针，排油时开启喷针。第27页/共45

13、页第二十七页，编辑于星期日：十点 四十四分。 三、切击式水轮机结构及主要工作部件 （三）转轮 作用：将水流动能转换为旋转机械能。 组成：它由轮辐及由若干呈双碗状的水斗组成。 转轮每个斗叶的外缘均有一个缺口，缺口的作用则使其后的斗叶不进入先前射流作用的区域, ,并且不防碍先前的水流。 结构类型：装配组合式转轮、整铸转轮和铸焊转轮。 第28页/共45页第二十八页，编辑于星期日：十点 四十四分。射流作用于斗叶第29页/共45页第二十九页，编辑于星期日：十点 四十四分。图6-8 6-8 转轮结构图第30页/共45页第三十页，编辑于星期日：十点 四十四分。图6-9 6-9 水斗水轮机的转轮斗叶（B-B-

14、宽度；L-L-长度；h-h-深度）1-1-工作面；2-2-切水刃；3-3-侧面；4-4-尾部；5-5-出水边；6-6-进水边；7-7-横向筋板；8-8-纵向筋板；9-9-背面第31页/共45页第三十一页，编辑于星期日：十点 四十四分。第32页/共45页第三十二页，编辑于星期日：十点 四十四分。 三、切击式水轮机结构及主要工作部件 （四）外调节机构（折向器或分流器） 作用：控制已离开喷嘴后的射流大小和方向。 双重调节：当机组负荷骤减或甩负荷时，水轮机调速器，一方面操作喷针接力器，使喷针慢慢向关闭方向移动，同时又操作外调解机构接力器，使外调节机构（折向器或分流器）快速投入，迅速减小或全部截断因针阀

15、不能立即关闭而继续冲向转轮水斗的射流。这样： A A、即解决了因针阀快速关闭而引水压力钢管中将产生的较大水锤压力； B B、又解决了因针阀不能及时关闭而使机组转速上升过高。第33页/共45页第三十三页，编辑于星期日：十点 四十四分。第34页/共45页第三十四页，编辑于星期日：十点 四十四分。 三、切击式水轮机结构及主要工作部件 （四）外调节机构（折向器或分流器） 通常，针阀与折向器或分流器的行程要保持协联关系，使针阀在任何开度下，外调节机构的截流板都位于射流水柱边缘，以达到其快速偏流或截流的作用。 类型：折向器和分流器。折向器分流器第35页/共45页第三十五页，编辑于星期日：十点 四十四分。第

16、36页/共45页第三十六页，编辑于星期日：十点 四十四分。 三、切击式水轮机结构及主要工作部件 （五）副喷嘴（反向制动喷嘴）与防飞逸反射器 1、副喷嘴的作用 ： 制动。当机组转速度降低到一定程度时（通常为额定转速的30%40%），为使机组能很快停下来，即打开副喷嘴，从副喷嘴引出的射流直接冲向转轮水斗背面，形成作用与转轮的一个与转轮旋转方向相反的制动力矩，机组在该力矩作用下迅速停止运转； 防飞车。当机组突然甩负荷调节系统又失灵时，副喷嘴即投入工作。从副喷嘴引出一股射流直接冲向水斗背面，形成制动力矩，这样可避免机组转速急剧上升以至机组发生飞逸。 制动喷嘴可以自动或手动开启。为防止转轮反转，装设有专

17、门的联锁装置。第37页/共45页第三十七页，编辑于星期日：十点 四十四分。 三、切击式水轮机结构及主要工作部件 （五）副喷嘴（反向制动喷嘴）与防飞逸反射器 2、防飞逸反射器：图6-11 6-11 防飞逸反射器简图（a a）单喷嘴水轮机；（b b）喷嘴按1201200 0布置的水轮机1-1-外调节机构；2-2-喷嘴；3-3-反射器第38页/共45页第三十八页，编辑于星期日：十点 四十四分。 三、切击式水轮机结构及主要工作部件 （六）机壳 作用：把从水斗排出的水引至尾水渠，另外机壳还是一个承重部件，喷管、轴承等部件固定于机壳上。 水力性能要求：要求立轴机组的机壳型线应使从水斗流出的水流不会从机壳反

18、射回去，以免影响射流和转轮的工作。 对卧式机组，在机组转速上升时，有部分水流来不及与水斗作用而直接冲击到机壳上，为此在机壳中设置引流板。 补气：机壳内的压力要求与大气相当。为此，往往在转轮中心附近的机壳上开设有补气孔,以消除局部真空。 进人孔：机壳上一般开有进人门孔。 净水栅（平水栅）：机壳下部应装有静水栅，以消除排水能量。并作为机组停机观察和检修时的工作平台。第39页/共45页第三十九页，编辑于星期日：十点 四十四分。第40页/共45页第四十页，编辑于星期日：十点 四十四分。 本节小结 1、由模型水轮机求原型水轮机效率分为两个步骤： （1）由模型最优效率求效率修正量 （2）模型水轮机效率 加上效率修正量得到原型水轮机对应相似工况的效率 。MM1501(1) (1)MMDKD混流式110501(1) 0.70.7)MMMDHKDH轴流式第41页/共45页第四十一页，编辑于星期日：十点 四十四分。 2、模型水轮机求原型水轮机单位分为两个步骤： （1）求单位参数修正量 （2）由模型水轮机单位参数加上单位参数修正量得到原型水轮机对应相似工况的单位参数，即111111111111,MMnnnQQQ0011110M11110M0M0M=(-1)=(-1)nnQQ，第42页/共45页第四十二页，编辑于星期日：十点 四十四分。 应用注意事项： 1、在设计中一般规定，当 时可不作修正