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《水 电 站》 第一篇 水力机械 水轮发电机组 第一章 水轮机概述 水轮发电机组装置原理图 一、水头(head) 1. 毛水头(nominal productive head) HM=EU-ED=ZU-ZD 2. 反击式水轮机的工作水头 毛水头 - 水头损失=净水头 HG=EA- EB=HM - hI-A 3. 冲击式水轮机的水头 HG=ZU- ZZ - hI-A 其中ZU和ZZ分别为上游和水轮机喷嘴处的水头。 4.特征水头(characteristic head) 表示水轮机的运行范围和运行工况。 最大工作水头： Hmax=Z正-Z下min-hI-A 最小工作水头： Hmin=Z死-Z下max-hI-A 设计水头(计算水头) Hr ： 水轮机发额定出力时的最小水头。 平均水头： Hav =Z上av-Z下av 二、流量(m3/s)(flow quantity) 单位时间内通过水轮机的水量 Q 。 Q随H、N的变化： H、N一定时， Q也一定； 当H=Hr、N=N额时，Q为最大。 在Hr、nr、Nr 运行时—— Qr(设计流量) 三、出力与效率(output and efficiency) 1. 出力(水轮机的输出功率)N： 指水轮机轴传给发电机轴的功率。 水轮机的输入功率 (水流传给水轮机的能量)为： 水轮机的输出功率： 2. 效率： η=N/Nw ， 一般η=80%~95% 四、工作力矩和转速 水轮机的出力可以用旋转机械运动公式来表达 M——主轴力矩; ω——水轮机旋转角速度， n ——转速，n=3000/p p ——发电机磁极对 额定转速n：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，并与发电机的同步转速相等。 第二节 水轮机的主要类型及其构造 一、主要类型 (一)、反击式水轮机 (reaction water turbine) 定义：利用水流的势能和动能做功的水轮机 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，水流充满转轮室。 反击式水轮机原理 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。 1. 混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。 适用范围：H=30-450 m , 最高水头已接近700米，单机容量：几万kW-几十万kW 特点：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。 三峡水电站即采用了这种水轮机，单机容量70万kW。是世界上单机容量最大的机组。 混流式水轮机 2. 轴流式： 特点：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。 适用于大流量、低水头。一般水头在50m以下。 轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。高效率区较小，适用于水头变化不大的小型电站。 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)。适用于大型水电站。 轴流转浆式水轮机转轮 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。 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。H20m，小型河床电站。 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： 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。 轴伸式贯流机组 竖井贯流式水轮机 (二)、冲击式水轮机(Inpulse water tubine) 定义：利用水流的动能来做功的水轮机 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。不适宜调峰运行。 适用：水头高，流量小，多用于400m以上，最高接近2000m。 冲击式水轮机运行中 单喷嘴运行中 水斗: 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。 目前，水斗式水轮机是冲击式水轮机中应用最广泛的一种机型。 斜击式： 由喷嘴出来的射流沿圆周斜向冲击转轮上的水斗。 双击式：水流两次冲击转轮。 斜击