第2章_水轮机及选择精要.ppt

第2章 水电站水力机械 2.0 水力机械 2.1 水轮机的类型和构造 2.2 水轮机的工作原理 2.3 水轮机的特性及其选择 2.4 水轮机调速设备 2.5 发电机 水电站的设备 机电设备 发电设备 水轮机（调速器） 发电机（励磁装置） 主阀 起重设备 水力机械附属设备 电气设备 升压变电设备 主变压器 高压电气设备 一次拉线 公共设备（通讯，采暖通风，机修，计算机控制……） 金属结构设备（闸门与启闭设备，拦污与启闭设备，钢管） 2.0 水力机械 水轮机+发电机： 水轮发电机组 功能： 发电 水 泵+电动机： 水泵抽水机组。 功能： 输水 水 泵+水轮机： 抽水蓄能机组。 功能： 抽水蓄能 水力机械 水轮机是一种水力原动机，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。 水泵是水力工作机，将机械能转化为水流能量的机械。 水轮发电机组 2.1 水轮机的类型和构造 2.1.1 水轮机的类型 2.1.2 水轮机参数 2.1.3 水轮机的型号及标称直径 2.1.4 水轮机的基本构造 2.1.5 大中小型水轮机的划分 2.1.1 水轮机的类型 反击式水轮机 定义：利用水流的势能和动能做功的水轮机称为反击式水轮机。 反击式水轮机的转轮是由若干个具有空间曲面的刚性叶片组成,当水流通过整个转轮时,由于弯曲叶道迫使水流改变流动的方向和流速大小,因而将其动能和势能给叶片以反作用力,并形成旋转力矩迫使转轮转动做功。 特征：转轮的叶片为空间扭曲面，流过转轮的水流是连续的，而且在同一时间内，所有转轮叶片之间的流道都有水流通过，即水流充满转轮室。 反击式水轮机类型(1) 混流式 特征: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 适用于高水头小流量电站。 适用水头：30～500m，Hmax=734m 叶片：固定 10~20片 最高效率 ：94% 实例：最高水头 734m（奥地利依斯林电站） 最大单机出力716MW （美国大古力电站） 混流式水轮机 混流式 混流式水轮机转轮 反击式水轮机类型(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。 轴流定浆式：叶片不能随 工况的变化而转动。 轴流转浆式：叶片能 随工况的变化而转动， 进行双重调节（导叶开 度、叶片角度)。 适于低水头大流量机组。 轴流式 轴流式水轮机剖面图 轴流转浆式水轮机转轮 反击式水轮机类型（3） 斜流式：水流经过转轮时是斜向的。转轮叶片随工况变化而转动，高效率区广。常用于抽水蓄能水电站。 斜流式水轮机 反击式水轮机类型（4） 贯流式：水轮机的主轴装置成水平或倾斜。不设蜗壳，水流直贯转轮。水流由管道进口到尾水管出口都是轴向的。适用于低水头、大流量的河床式和潮汐水电站。 贯流式机组分类 全贯流式：发电机转子安装在水轮机转轮外缘，其密封困难，现在较少使用。 半贯流式:根据发电机安装位置不同,有 灯泡贯流式：发电机组安装在密闭的灯泡体内，使用较广泛，机组结构紧凑，流道形状平直，水力效率高。 轴伸式贯流机组：发电机安装在外面，水轮机轴伸出到尾水管外面。 竖井式贯流机组：发电机安装在竖井内。 灯泡贯流式水轮机 Bulb tubular turbine 轴伸式贯流机组 竖井贯流式水轮机 二. 冲击式水轮机 定义：利用水流的动能来做功的水轮机为冲击式水轮机。 特征： 由喷管和转轮组成。水流以自由水流的形式(P=Pa)冲击转轮，利用水流动能(V方向、大小改变)产生旋转力矩使转轮转动。在同一时刻内，水流只冲击着转轮的一部分，而不是全部。 冲击式水轮机的类型 水斗式 特点是由喷嘴出来的射流沿圆周切线方向冲击转轮上的水斗作功。 水斗式水轮机是冲击式水轮机中目前应用最广泛的一种机型。 斜击式：射流中心线与转轮转动平面呈斜射角度。 双击式：水流穿过转轮两次作用到转轮叶片上。 斜击、双击水轮机构造简单，效率低，用于小型电站。 水斗式 多喷嘴安装 水斗式水轮机转轮 单喷嘴斜击式 斜击式水轮机转轮 双击式水轮机转轮 水轮发电机组装置原理图 水轮机的工作参数 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=9.81ηQH 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。 2.1.2.1 水头 （1）毛水头 Hm=EA-EC=Z上-Z下 （2）水轮机的工作水头 毛水头-水头损失=净水头(即水轮机的工作水头) 2.1.2.1 水头 （3）特征水头 ：表示水