水轮机的主要类型.docVIP

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