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水轮机课程总结
学院:能源
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浅谈冲击式水轮机
浅谈冲击式水轮机
早在古代,我国就开始使用水车提供生产动力。现如今,以水车为原型的水轮机——冲击式水轮机正在成为水轮机领域一个新的热门领域。在其他各种水轮机都相对成熟了的时候,冲击式水轮机正在受到越来越多的关注。现代冲击式水轮机是借助于特殊导水机构引出具有动能的自由射流,冲向转轮水斗,使转轮旋转做功,从而完成讲水能转换成机械能的一种水力原动机。在冲击式水轮机中,以工作射流与转轮相对位置和做工次数的不同,可分为切击式水轮机、斜击式水轮机和双击式水轮机。
切击式水轮机工作射流中心线与转轮节圆相切,故名切击式水轮机。其转轮叶片均由一系列呈双碗状水斗组成,故又称水斗式水轮机。切击式水轮机是目前冲击式水轮机中应用最广泛的一种机型。其应用水头一般为300-2000m,目前最高应用水头已达到1771.3m(澳大利亚的列塞克-克罗依采克水力蓄能电站,水轮机出力P=22.8MW)。
斜击式水轮机主要工作部件和切击式水轮机基本相同,只是工作射流与转轮进口平面呈某一角度
斜击式水轮机主要工作部件和切击式水轮机基本相同,只是工作射流与转轮进口平面呈某一角度α,射流斜着射向转轮。斜击式水轮机适用于水头在
35-350m、轴功率为10-500kW、比转速为18-45的中小型水电站。
双击式水轮机水流先从转轮外周进入部分叶片流道,消耗了大约
双击式水轮机水流先从转轮外周进入部分叶片流道,消耗了大约70%-80%的动能,然后离开叶道,穿过转轮中心部分的空间,又一次进入转轮另一部分叶道消耗余下大约20%-30%的动能。这种水轮机效率低,一般适用于H60m,N150kW的小型水电站。
随着水力资源的深入开发,有许多高落差的流域需要进行开发,如我国的雅
随着水力资源的深入开发,有许多高落差的流域需要进行开发,如我国的雅鲁藏布江,落差达到两千多米,同时修筑水坝又不现实(考虑到这时一条国际河流)。因此冲击式水轮机便成为了首选。冲击式水轮机主要有以下优点:
适应流量和水头比值比较小的情况。
加权平均效率很高,在整个运行区间都有很高的效率。特别是水斗式水轮机现在先进的可以在30%~110%负荷区间可以平均91%以上的效率。
对水头变化的适应能力比较强
对管道和水头比值很大的也很适应。
开挖量小。
利用冲击式水轮机发电,出力范围可从50kW到500MW,可以适用于30米至3000米较大的水头范围,特别是高水头范围其它类型水轮机无法适用,并且无须建筑水坝,无需建造下游尾水管,建筑经费只是其它类型水轮发电机组2的几分之一,对自然环境影响也非常小。由于转轮在大气压之下的转轮室中运转,可以省去有压过流通道的、密封等的苛刻要求,广泛为工况运行效率高且变化平缓是其具有魅力的另一个原因。由于上述的优点,冲击式水轮机组的开发主题正在被世界关注,我国也引起了足够的重视,我国蕴藏着太多适于冲击式水轮机组开发的水力能源。冲击式水轮机可以充分发挥其结构简单、转轮直径小、效率高的优越性,大大减少电站投资和二次资源的节省,21世纪将会成为选型热点,大型冲击式水轮机开发的成功将创造巨大的经济效益,这一课题有着较强的开创性和应用性。
冲击式水轮机的研究制造主要在欧洲进行,瑞士阿尔卑斯山脉B水电站水头1883m,单机容量达到42万kW。大型冲击式水轮机为了更大限度利用水能,一般可以做到6个喷嘴,6喷嘴射流能量同时供给转轮做功。我国现在冲击式水3轮机的储能非常之大,开发量比例甚少甚少。转轮以早期哈尔滨大电机等的提供为主,但在10数年前已经停止了开发及试验。近年各厂家要么继续使用旧型
转轮或加以一些改造,要么花高价(几百万元人民币)进口转轮。由于技术的缺乏,投标时苦于手中没有转轮,对这块空白地的竞争或束手无策,或是技术指标落后中标率低,影响了竞争力及损失了经济利益。随着国内市场的开放这种情况会越来越严重。
我国目前采用冲击式水轮机的主要有以下这些电站:
其中天湖电站是1992年的当时国内第一个千米水头,所以这个电站的名气很大。长达17年的国内最高水头电站。后续高水头的基础,所以这个电站在国内水斗式高水头历史上具有重要地位。苏巴姑虽然高了150米,但是毕竟是后续电站,现在的头衔就是一个国内最高水头电站。
冲击式水轮机问世后,为了提高其效率和输出功率又研制出了立式多射流型冲击式水轮机。现阶段随着新材料及新技术的应用,已能制造出使用水头在1000~2000m,输出功率高达1000MW,运行安全可靠的高水头大出力冲击式水轮机。冲击式水轮机的转轮为铸件,因此提高转轮的铸造质量并在大型转轮铸造较为困难的情况下,采用铸焊工艺生产能够安全地用于高水头大出力电
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