动力机械水轮机教材

1、水轮机主要内容第二节 水轮机的工作参数及流量调节第三节 水轮机发电第一节 水轮机的特点、结构类型和用途第一节 水轮机的特点、结构类型和用途一、水轮机的特点二、水轮机的结构类型三、水轮机的用途一、水轮机的特点 工质是水：密度大 能量头由地形条件决定： 低 变化范围大 转速低，而功率密度不低，属于低速重载机器 基本采用单级，调节方便，调节特性好，抽水蓄能 转轮的叶片形状多样化：轴流式 混流式 切击式（低 能量头 高）不可压缩，没有压缩和膨胀过程二、水轮机的结构类型1、轴流式水轮机： 图4-38 叶轮形状与轴流泵或轴流风机的叶轮相似 属于反击式 适用于水头低的水电站2、贯流式水轮机： 图4-39 没

2、有涡壳 上游管路、活动导叶、转轮以及尾水管总体上是一根管路图4-40图4-373、切击式水轮机： 属于冲击式 适用于水头高的水电站4、混流式水轮机： 适用于中等水头的水电站 介于轴流式和切击式之间三、水轮机的用途 水电站朝大型、高效、高可靠性和高度自动化方向发展 山区农村用于拖动加工机械 化工装置中用作能量回收 水轮机驱动泵 液力变矩器用于车辆上作为无级变速装置：图第二节 水轮机的工作参数及流量调节一、水轮机的主要工作参数二、水轮机的流量调节一、水轮机的主要工作参数1、水头H水轮机的进口断面和出口断面的单位重量水流所具有的能量差图4-41212221212zzgccgPPHHHst电站水头引水

3、管路中的损失2、理论水头thHuuthcucugH22113、流量vqsm /34、转速 nr/s5、功率 P水轮机通过主轴输出的功率， KW 或 MW6、效率 HgqPv目前%95二、水轮机的流量调节1、冲击式水轮机 在喷嘴中装有喷针，前后移动喷针，可改变喷嘴的出口面积，从而改变流量和功率：图4-402、反击式水轮机依靠活动导叶：图4-42图4-43转动导叶，改变0 改变vqbthvctgArctgbwgHwrq222002221/2r2A转轮出口处半径和面积0b0导叶高度和流出角b2转轮几何流出角、第三节 水轮机发电一、水力发电的基本原理二、水电站的基本类型三、水轮机的比转速四、水电站水轮

4、机面临的技术问题一、水力发电的基本原理1、河段上潜在的水能资源3、河流的梯级开发2、将潜在的水能资源转变为可利用水能资源的办法1、河段上潜在的水能资源：（图11-26a）上下游断面1和断面2 单位重量水流所具有的能量分别为gCgpZH221111gCgpZH222222其中，atmpp12121CC 则水流在两个断面的能量差值212121ZZHHH，称为落差或水头流量为1vq的水流流过此河段时能量的消耗量为21121HgqPv能量消耗的方式：对河床的冲刷、挟带泥沙、水流漩涡、冲击负面效应：对河流河床和周边自然环境造成巨大危害2、将潜在的水能资源转变为可利用水能资源的办法 在截面2处筑坝，抬高水

5、位，形成水库：图11-26b 在水坝后安装水轮机 修建引水管道，水库中的水通过引水管道进入水轮机做功 由于水位抬高，流速减慢，河段上的水力损失减少，河段上潜在的水能 转变为坝前后落差，即电站水头Hs，由于水库中仍有水力损失，因此21 HHs 水轮机的水头HHHs引水管道中的水力损失 由于水库的渗漏和蒸发等因素，水轮机的流量1vqvq比流入水库的流量减少q，即qqqvv1 水轮机所得功率gTvHgqP2111HkqHHqqgvgTsvgT、其中，- 水轮机和发电机的效率k 考虑了各种质、能损耗的利用系数3、河流的梯级开发（图11-27） 对于很长的河段或河流坡度比较大的情况，水头很高 筑坝太高，

6、一方面技术上有相当困难，另一方面会造成过大的淹没损失 可利用几个水坝分别集中整个河段上的落差二、水电站的基本类型1、坝式水电站2、河床式水电站3、引水式水电站1、坝式水电站种类：（1）坝后式水电站：图11-28水电站厂房紧靠着坝体布置在下游，如三峡（2）厂房顶溢式水电站：图11-29 适用于河谷狭窄而水电站机组较多，水利溢洪建筑物与厂房布置有矛盾时（3）坝内式水电站：图11-30适用于大坝体足够大时应用： 大都修建在流量较大，坡降较小的河段上，由于坝高受地形、地质、 水库淹没和工程投资等因素的限制，水头不能太高 目前世界上5000MW以上的大型水电站多是坝式水电站，如： 我国的三峡水电站：装机

7、18200MW 单机700MW 巴西、巴拉圭合建的伊泰鲁水电站：装机12600MW 单机700MW 俄罗斯的萨扬舒申斯克水电站：装机6400MW特点：（1）属中、高水头，最高300m左右，三峡最高113m（）多采用中高水头、中低比转速的混流式水轮机或斜流式水轮机（）压力引水管道较长，其水头损失不可忽略2、河床式水电站应用：（）常位于河流地域开阔的中、下游，如：葛洲坝水电站（）海洋潮汐水电站特点： 水头低，340m 厂房本身也起挡水作用，也是挡水建筑物之一（图11-31） 洪水流量大，水电站机组多 上游蓄水库容较小，上游来多少水要放多少水 通常安装低水头、高比转速的轴流式水轮机。当水头为310m

8、时， 安装贯流式水轮机。海洋潮汐水电站中采用贯流可逆式水轮机 引水管道短， 其中的水力损失可忽略不计3、引水式水电站（1） 有压引水式水电站：图11-32应用： 云南鲁布格水电站 广州抽水蓄能水电站特点： 水头较高，最高达2000多米 引水道较长，且全部为有压引水建筑物，如：有压隧洞和 高压管道 常采用建在山体内的地下厂房：图11-34 排水管道较长下游尾水位较高 考虑到地下岩体结构的稳定性及地下施工方便等因素， 厂房跨度较小 中水头段采用中、低比转速的混流式水轮机 高水头段采用低比转速的冲击式水轮机（2）无压引水式水电站：应用：小型水电站特点：引水道较长，且采用渠道或无压隧洞三、比转速 为了适应各种水头和流量并要求具有高效率，水轮机的形式必须是多种多样的。并且在同一水头段内，几何形状相似的水轮机（即同一系列的水轮机）的尺寸大小也是不同的。为了找出同系列水轮机的一个共同性，水轮机工作者用水轮机的几个基本工作参数组成了一个重要指标，即 5/45/43/4vvsngq Hngqn PnHHHsnsn原来定义为1m水头下发出1马力