水轮机原理及构造

水轮机原理及构造

1、概述混流式水轮机工作原理：

水流经压力钢管在开启蝶阀后进入蜗壳形成封闭的环流（形成环流是为了使水流作用转轮时，使转轮各方向受力均匀，达到机组稳定运行的目的），在导叶开启后，水流径向进入转轮又轴向流出转轮（所以称之为混流式水轮机），在这个过程中由水流和水轮机的相互作用，水流能量传给水轮机，水轮机开始旋转作功。水轮机带动直流励磁的同步发电机转子旋转后，根据电磁感应原理（问题），在三相定子绕阻中便感应出交流电势，带上外负荷后便输出电流。

注：电磁感应闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生感应电流，这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。

①产生感应电流的必要条件是：a、电路要闭合；b、闭合电路中一部分导体做切割磁感线运动，缺一不可；若是闭合电路的一部分导体，但不做切割磁感线运动则无感应电流，若导体做切割磁感线运动但电路不闭合，导体上仍无感应电流则导体两端有感应电压。

②感应电流的方向跟磁场方向和导体切割磁感线运动方向有关三者互相垂直，改变磁场方向或改变导体切割磁感线方向都会改变感应电流的方向。

③在电磁感应现象中机械能转化为电能。

应用：发电机是根据电磁感应原理制成的，它使人们大规模获得电能成为现实。

①交流发电机主要由转子和定子两部分组成，另外还有滑环、电刷等。

②交流电的周期与频率周期和频率是用来表示交流电特点的两个物理量，周期是指交流发电机中线圈转动一周所用的时间，所以单位是“秒”；频率是指每秒钟内线圈转动的周数，它的单位是“赫”。我国使用的交流电周期为0.02秒，频率是50赫，其意义是发电机线圈转一周用时0.02秒，即1秒内线圈转50周，因为线圈每转一周电流方向改变两次，所以，频率为50赫的交流电在1秒钟内方向改变100次。

2、水轮机的主要类型：

水轮机基本类型有：反击式

冲击式

反击式：

混流式（HL）、

东风：HLA722C-LJ-192

HL混流式水轮机设计序号为A722C为L立轴J金属蜗壳192转轮直径为192cm

轴流式（ZL）：轴流转桨式（ZZ）

轴流定桨式（ZD）、

斜流式（XL）、

贯流式（GL）：贯流转桨式（GZ）

贯流定桨式（GD）

特点：将位能（势能）、动能转换为压能，进行工作；转轮完全淹没在密闭的水体中。

冲击式：

切击式（QJ）：水斗式

斜击式（XJ）

双击式（SJ）

特点：利用水流的动能，进行工作；转轮都露在空气中。

3、水轮机的主要工作参数：

水头（H）：水轮机进口断面与出口断面之间单位水流能量的差值。

流量（Q）：单位时间内通过水轮机的水流总量（体积）。

出力（N）：单位时间内水轮机轴端输出的功率。

效率（η）：水流出力与水轮机出力的比值再乘上百分之百。

转速（n）：水轮机单位时间内旋转的次数。

n=60f/p

p为极对数

f为频率

375=（60×50）/8

水头（H）：（工作水头100m）

流量（Q）：（设计流量28.38m3/s）

出力（N）：N=9.81QH

效率（η）：η=N/9.81×Q×H

转速（n）：375r/min

4、混流式水轮机：水流径向进入转轮又轴向流出转轮。特点：结构简单、运行稳定、工作可靠、效率高、汽蚀系数小。

混流式水轮机是世界上使用最广泛的一种水轮机，由美国工程师弗朗西斯于1849年发明，故又称弗朗西斯水轮机。水轮机的最高效率有的已超过95％。混流式水轮机适用的水头范围很宽，为5～700米，但采用最多的是40～300米。

世界上水头最高的混流式水轮机装于奥地利的罗斯亥克电站，其水头为672米，单机功率为58.4兆瓦，于1967年投入运行。功率和尺寸最大的混流式水轮机装于美国的大古力第三电站，其单机功率为700兆瓦，转轮直径约9.75米，水头为87米，转速为85.7转／分，于1978年投入运行。三峡电站机组功率也为700兆瓦，26台。

切击式水轮机：靠从喷嘴出来的射流沿转轮圆周切线方向冲击转轮斗叶而作功，应用于高水头。（水斗式水轮机）

1889年，美国工程师佩尔顿发明了水斗式水轮机。水轮机在负荷发生变化时，转轮的进水速度方向不变，加之这类水轮机都用于高水头电站，水头变化相对较小，速度变化不大，因而效率受负荷变化的影响较小，效率曲线比较平缓，最高效率超过91％。20世纪80年代初，世界上单机功率最大的水斗式水轮机装于挪威的悉·西马电站，其单机容量为315兆瓦，水头885米，转速为300转／分，于1980年投入运行。水头最高的水斗式水轮机装于奥地利的赖瑟克山电站，其单机功率为22.8兆瓦，转速750转/分，水头达1763.5米，1959年投入运行。

5、水轮机的过流部件：

引水部件：蜗壳式、明槽式、虹吸式等

导水部件：导叶、喷嘴等

工作部件：转轮

泄水部件：尾水管

引水部件的功用：

以最小的水力损失把水引向导水部件，从而提高水轮机的效率。

尽可能保证沿导水部件周围进水流量均匀，水流对称于轴，以使转轮受力均衡，提高工作稳定性。

在进入导水部件以前使水流形成一定环量。

保证转轮在水中工作，不与大气接触。

导水部件的作用：调节流量

形成环量

截断水流

工作部件的作用：

最低油位：90mm

混流式水轮机的密封装置：

混流式水轮机转轮上冠与顶盖之间，存在着一个低压水腔，其水源为止漏环的漏水。由于止漏环的阻尼和减压装置的降压作用，此水压一般不超过0.196Mpa。为防止此压力水从主轴与顶盖之间的缝隙中冒出，破坏稀油润滑导轴承的正常工作，故设主轴密封装置。

水轮机的主轴密封装置包括：工作密封和检修密封。

工作密封：可以简化为固定在转轴撒谎那个的动环和固定在顶盖上的静环组合成的摩擦副，其工作最佳状态是静环以一定压力压向动环，保持密封面的稳定接触以封水，同时要引进一定清洁压力水到密封面，形成液膜润滑，避免干摩擦引起的摩擦副快速磨损，同时要有足够的磨损补偿余量，做到低泄流、长寿命。

检修密封：空气围带式检修密封，橡胶围带与转动部分圆柱面间隙为1.5—2mm。围带工作压力位0.5—0.7Mpa

真空破坏阀：当机组紧急关机时，由于水流惯性作用，在转轮室会产生很大真空，导致尾水管及下游水迅速返回，撞击转轮和顶盖，发生台机现象，严重时引起顶盖损坏。在顶盖上装紧急真空破坏阀，能在转轮室出现真空时，迅速向转轮室补气，避免产生上述破坏。一般要出现真空压强为14.7—19.6Kpa时阀盘克服弹簧弹力下移，开始补气，真空消失后，其自动返回。

调速器具有两级液压放大机构：第一级由引导阀和辅助接力器实现；第二级由主配压阀和主接力器完成。引导阀将转速信号转换成位移信号，以控制辅助接力器和主配压阀活塞的上升或下降，进而使主配压阀分配压力油进入主接力器活塞的开腔和关腔。总之，主配压阀，顾名思义