水轮机的主要类型.doc

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水轮机的主要类型

动能 水轮 发电机 水流能量 机械能 电能 势能 水泵 电动机 水 水轮机+发电机 ———— 水轮发电机组。功能:发电 轮 水 泵+电动机 ———— 水泵抽水机组。功能:输水 机 水 泵+水轮机 ———— 抽水蓄能机组。功能:抽水蓄能 本篇重要内容:水轮机(turbine) 水轮机是将水能转变为旋转机械能,从而带动发电机发出电能的一种机械,是水电站动力设备之一。研究的目的是充分利用水能资源,为厂房布置设计作准备。 第一章 水轮机的主要类型、构造及其工作原理 §1.1 水轮机的工作参数(working parameters) 一、基本概念 水流经引水道进入水轮机,由于水流和水轮机的相互作用,水流便把自己的能量传给了水轮机,水轮机获得能量后开始旋转作功。 水流流经水轮机时,水流能量发生改变的过程——水轮机的工作过程。反映水轮机工作状况特性值的一些参数,称水轮机的基本参数。 由水能出力公式: N=9.81QHη 可知,其基本参数包括:工作水头H、流量Q、出力N、效率η,此外还有工作力矩M、机组转速n。 二、工作水头(working head) 如图所示,A—A为引水道进口,B—B为水轮机进口,C—C为尾水管出口,D—D为尾水渠。根据能量方程可以推导出: 1、 水电站的毛水头(nominal productive head) Hm=EA-EC=ZA+HA=Z上—Z下 2 、水轮机的工作水头(working head) HG=EB- - ED=HM- hA-B 毛水头 - 水头损失=净水头(即水轮机的工作水头) 3 、特征水头(characteristic head) 水轮机的工作水头随上下游水位而变化,因此提出特征水头的概念,用于表示水轮机的运行工况和运行范围。特征水头一般由水能规划计算确定。 最大工作水头: Hmax=Z正—Z下min—hA-B Z正为上游正常设计水位,Z下min为下游最低水位,一般取一台机组发电时下游水位。 最小工作水头: Hmin=Z死—Z下max—hA-B Z死为上游死水位,Z下max为下游最高水位,一般取全部机组发电时的下游水位或汛期下泄安全泄量时的水位。 设计水头(计算水头)Hr 水轮机发额定出力时的最小水头,一般由设计者根据电站情况确定。 平均水头: HCP=Z上CP—Z下CP 即上下游平均水位差。 三、流量(flow quantity) 单位时间内通过水轮机的水量Q(m3/s)。Q=f(H,N) Q随H、N的变化而变化,H、N一定时,Q也一定,当H=Hr、N=N额时,Q为最大。 四、出力与效率(output and efficiency) 1 出力N: 指水轮机轴传给发电机轴的功率(输出功率)。 水轮机的输入功率(水流传给水轮机的能量)为: (kW)。 水轮机的输出功率: 。 2 效率: η=N0/NI×100% 一般η=80%~95%。η100%的原因:水流通过水轮机时,存在水头损失、水量损失、机械损失等各种能量损失。 五、工作力矩和转速(working moment and rotational speed) 水轮机的出力使主轴旋转做功,因此出力也可以用旋转机械运动公式来表达: M——主轴力矩,用来克服发电机对主轴产生的阻力矩; ω——水轮机旋转角速度, n——转速,rpm(revolution per minute),n=3000/p p——发电机磁极对数 额定转速n:一般我国所用的电流频率为50赫兹,所以在正常情况下机组的转速保持为固定转速,该转速称为额定转速,并与发电的同步转速相等。 §1.2 水轮机的主要类型 水轮机主要利用水能做功,将水能转换为旋转机械能。列转轮进出口能量方程: 即Ep+Ec=1。根据水流作用原理分: 冲击式:Ep=0 EC=1 完全利用水流动能; 反击式:0EP1 Ep+Ec=1 以利用势能为主。 一、 反击式水轮机(reaction water turbine) 混流式 轴流式 1 特征:转轮的叶片为空间扭曲面,流过转轮的水流式连续的,而且在同一时间内,所有转轮叶片之间的流道都由水流通过,积水流充满转轮室。 2 原理:水流通过转轮叶片时,水流流速的大小、方向均发生变化,因此动量也发生了改变,水流产生反作用力,作用与每个转轮叶片,使转轮产生旋转力矩,从而做功。 3 类型: (1)、混流式:水流径向流入转轮,轴向流出。 适用范围:H=30~700 m , 单机容量:几万kW~几十万kW 优点:适用范围广,结构简单,运行稳定,效率高,适用高水头小流量电站。(刘家峡) (2)、轴流式:水流沿转轮轴向流入,轴向流出,水流方向始终平行于主轴。 (a)、轴流定浆式:叶片不能随工况的变化而转动。改变叶片转角时需要停机进行

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