(河海大學(xué))水輪機(jī)類型、構(gòu)造及工作原理_水電站PPT精選文檔

1、1,2,知識(shí)要點(diǎn)：水輪機(jī)的型號(hào)，反擊式、沖擊式、可逆式等水輪機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)以及對(duì)廠房結(jié)構(gòu)布置影響。水流在轉(zhuǎn)輪中的運(yùn)動(dòng)、基本方程、能量損失、水輪機(jī)的最優(yōu)工況；水輪機(jī)的氣蝕、吸出高度和安裝高程。 重點(diǎn)難點(diǎn)：各種類型水輪機(jī)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及其對(duì)廠房結(jié)構(gòu)布置的影響；速度三角形的概念；水輪機(jī)基本方程的物理意義；水輪機(jī)的能量損失及其最優(yōu)工況,第一章 水輪機(jī)類型及構(gòu)造,3,第一章 水輪機(jī)類型及構(gòu)造,4,第一節(jié) 水力機(jī)械的種類,第一節(jié) 水力機(jī)械的種類,5,第一節(jié) 水力機(jī)械的種類,6,第二節(jié) 水輪機(jī)的工作參數(shù),7,水能減少（水輪機(jī),水能增加（水泵,第一節(jié) 水力機(jī)械的種類,8,第二節(jié) 水輪機(jī)的工作參數(shù),第二節(jié) 水輪機(jī)

2、的工作參數(shù),9,參數(shù)：水頭、流量、功率、效率、轉(zhuǎn)速等,一、水頭 Head,第二節(jié) 水輪機(jī)的工作參數(shù),10,第二節(jié) 水輪機(jī)的工作參數(shù),11,裝機(jī)容量 （Installed Capacity,發(fā)電機(jī)的輸出功率,第二節(jié) 水輪機(jī)的工作參數(shù),12,水輪機(jī)可以有不同轉(zhuǎn)速，但H一定時(shí)，一定的轉(zhuǎn)輪直徑D1有一個(gè)效率最高的轉(zhuǎn)速n，通常由此轉(zhuǎn)速選擇相近的同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速,電工學(xué)中,二、轉(zhuǎn)速 Speed of rotation,第二節(jié) 水輪機(jī)的工作參數(shù),13,磁極對(duì)數(shù)與同步轉(zhuǎn)速系列,第二節(jié) 水輪機(jī)的工作參數(shù),14,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型 及其構(gòu)造,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,15,水輪機(jī)的主要類型,第三節(jié) 水

3、輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,16,2,1,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,17,該式表明水輪機(jī)所利用的水流能量為水流的勢(shì)能Ep與動(dòng)能Ed之和 Ep=0, Ed=1沖擊式水輪機(jī)(只利用水流動(dòng)能) 0Ep1, Ep+Ed=1 反擊式水輪機(jī)(既利用動(dòng)能也利用勢(shì)能,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,18,水輪機(jī)的分類,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,19,一、反擊式水輪機(jī) Reaction turbine,流過轉(zhuǎn)輪的水流是連續(xù)的 同一時(shí)間內(nèi)所有轉(zhuǎn)輪葉片間的流道都有水流通過 水流V大小、方向改變,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,20,水流特征：幅向進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，軸向流出轉(zhuǎn)輪 適用水頭：20500m，Hma

4、x=734m 葉片：固定 1020片 最高效率 ：94% 單機(jī)容量：幾十kW 幾十萬kW 實(shí)例：最高水頭 734m（奧地利依斯林電站） 最大單機(jī)出力716MW （美國大古力電站,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,21,混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,22,混流式水輪機(jī)的基本構(gòu)造,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,23,混流式水輪機(jī)的基本構(gòu)造,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,24,蝸殼 spiral case,蝸殼 spiral case,座環(huán) stay ring,導(dǎo)水機(jī)構(gòu) Distributor,轉(zhuǎn)輪 runner,尾水管 draft tube,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及

5、其構(gòu)造,25,使水流產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng)并引導(dǎo)水流均勻地、軸對(duì)稱地進(jìn)入座環(huán),第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,26,蝸殼 spiral case,座環(huán) stay ring,導(dǎo)水機(jī)構(gòu) Distributor,轉(zhuǎn)輪 runner,尾水管 draft tube,座環(huán) stay ring,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,27,組成：上環(huán)、下環(huán)及支柱組成。 作用：支承水輪發(fā)電機(jī)組的重量及蝸殼上部部分混凝土的重量，并將此巨大的荷載通過支柱傳給廠房基礎(chǔ),第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,28,蝸殼 spiral case,座環(huán) stay ring,導(dǎo)水機(jī)構(gòu) Distributor,轉(zhuǎn)輪 runner,尾水管 dr

6、aft tube,導(dǎo)水機(jī)構(gòu) Distributor,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,29,主要為翼型活動(dòng)導(dǎo)葉,作用： 調(diào)節(jié)水輪機(jī)的流量； 引導(dǎo)水流按必須的方向進(jìn)入 轉(zhuǎn)輪形成一定的速度矩,導(dǎo)葉開度opening a0 (mm)： 表征導(dǎo)葉所處位置的特征參數(shù),第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,30,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,31,導(dǎo)葉的主要幾何參數(shù)有,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,32,蝸殼 spiral case,座環(huán) stay ring,導(dǎo)水機(jī)構(gòu) Distributor,轉(zhuǎn)輪 runner,尾水管 draft tube,轉(zhuǎn)輪 runner,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,33,

7、減壓孔 補(bǔ)氣裝置 泄水錐 翼型扭曲葉片 (1221片) 止漏環(huán)(迷宮環(huán),第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,34,蝸殼 spiral case,座環(huán) stay ring,導(dǎo)水機(jī)構(gòu) Distributor,轉(zhuǎn)輪 runner,尾水管 draft tube,尾水管 draft tube,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,35,將通過轉(zhuǎn)輪做完功的水流排入下游河道，并回收轉(zhuǎn)輪出口水流的部分能量,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,36,水流特征：水流流過轉(zhuǎn)輪時(shí)始終是沿軸向的 適用水頭：270m 葉片：定漿或轉(zhuǎn)漿 單機(jī)容量：幾十kW十幾萬可kW 實(shí)例：葛洲壩水電站17萬kW/單機(jī),2,軸流式（Kaplan

8、/axial-flow turbine,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,37,軸流式水輪機(jī)葉片安放角,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,38,立軸式水輪機(jī)（vertical turbine with fixed blades,軸流定槳式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,39,軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪（runner of Kaplan turbine,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,40,軸流式水輪機(jī)的特點(diǎn),安放角,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,41,軸流式水輪機(jī)的特點(diǎn),第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,42,脈動(dòng)水壓力和水流的漏損,存在的問題,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,

9、43,水流特征：從流道進(jìn)口到尾水管出口 均沿軸向（沒有蝸殼） 適用水頭：140m 葉片：定漿或轉(zhuǎn)漿 單機(jī)容量：幾kW幾萬kW 效率：9092,3,貫流式（ Tubular turbine,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,44,燈泡貫流式水輪機(jī) Bulb tubular turbine,外形象管道且 主軸臥置,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,45,水流特征：水流方向與主軸斜交， 斜向水流 適用水頭：20200m 葉片：轉(zhuǎn)漿 812片 單機(jī)容量：幾千kW十幾萬kW 實(shí)例：小浪底 15萬kW/單機(jī),4,斜流式（ Deriaz turbine,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,46,斜流式水輪機(jī)的

10、特點(diǎn),第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,47,二、沖擊式水輪機(jī) Impulse turbine,水流特征：水流以自由射流的水柱沖擊轉(zhuǎn)輪，利用水流動(dòng)能使轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn),型式： 水斗式（Pelton Turbine ） 雙擊式（ Cross flow turbine） 斜擊式（Turgo turbine,水斗式水輪機(jī),第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,48,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,49,適用水頭： 小型：40250m 大型：400 1000m Hmax = 1767m 單機(jī)容量：幾十千kW 十幾萬kW 實(shí)例：磨房溝水電站12500kW/單機(jī),第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,50,噴嘴前折流板

11、：避免因噴針快速移動(dòng)導(dǎo)致在壓力鋼管內(nèi)產(chǎn)生過高得水錘壓力。 右下側(cè)導(dǎo)流板：防止水流飛濺而造成附加損失。 特點(diǎn)：可設(shè)多個(gè)噴嘴和多個(gè)轉(zhuǎn)輪。 大中型：立式布置；中小型：臥式布置,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,51,沖擊式水輪機(jī),臥軸水斗式水輪機(jī) vertical Pelton turbine,立軸水斗式水輪機(jī) horizontal Pelton turbine,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,52,發(fā)電：水輪機(jī)運(yùn)行 抽水：水泵運(yùn)行 適用水頭： 混流式：30600m 斜流式、軸流式 實(shí)例：密云，1.1/1.5萬kW,三、可逆式水輪機(jī)（水泵水輪機(jī),Reversible turbine Pumped

12、turbine,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,53,四、大中小型水輪機(jī)的劃分,第三節(jié) 水輪機(jī)的主要類型及其構(gòu)造,54,第四節(jié) 水輪機(jī)的型號(hào),第四節(jié) 水輪機(jī)的型號(hào),55,一、反擊式水輪機(jī)的型號(hào),第四節(jié) 水輪機(jī)的型號(hào),56,二、沖擊式水輪機(jī)的型號(hào),第四節(jié) 水輪機(jī)的型號(hào),57,關(guān)于轉(zhuǎn)輪直徑D1的規(guī)定,第四節(jié) 水輪機(jī)的型號(hào),58,反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑系列(單位:cm,第四節(jié) 水輪機(jī)的型號(hào),59,舉例,第四節(jié) 水輪機(jī)的型號(hào),60,第五節(jié) 水流在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪中的運(yùn)動(dòng),第五節(jié) 水流在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪中的運(yùn)動(dòng),61,恒定流：任一流體的物理量（如V）不隨時(shí)間變化 非恒定流：V=V (t) 水輪機(jī)內(nèi)的水流運(yùn)動(dòng),第

13、五節(jié) 水流在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪中的運(yùn)動(dòng),62,穩(wěn)定工況 H、Q、n 不變 蝸殼、導(dǎo)葉、尾水管中為恒定流 轉(zhuǎn)輪中的流動(dòng) 相對(duì)于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)：恒定流，流線與跡線重合 相對(duì)于絕對(duì)坐標(biāo)：非恒定流,第五節(jié) 水流在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪中的運(yùn)動(dòng),63,假設(shè),水流從導(dǎo)葉流出時(shí)是軸對(duì)稱的 進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的水流也是軸對(duì)稱的,水流在轉(zhuǎn)輪中流速的合成 相對(duì)運(yùn)動(dòng): 水從轉(zhuǎn)輪進(jìn)口沿著葉片流道至轉(zhuǎn)輪出口 牽連運(yùn)動(dòng): 水流質(zhì)點(diǎn)同時(shí)和轉(zhuǎn)輪一起旋轉(zhuǎn)的圓周運(yùn)動(dòng) 絕對(duì)運(yùn)動(dòng) 相對(duì)運(yùn)動(dòng) 牽連運(yùn)動(dòng)(圓周運(yùn)動(dòng)) 絕對(duì)運(yùn)動(dòng),第五節(jié) 水流在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪中的運(yùn)動(dòng),混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)的流面和軸面,64,水流質(zhì)點(diǎn)絕對(duì)速度 V 的分解,對(duì)于軸流式，U1=U2=U，Vr=0,A,Vu

14、,U,W,V,Vm,第五節(jié) 水流在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪中的運(yùn)動(dòng),65,第六節(jié) 水輪機(jī)基本方程,第六節(jié) 水輪機(jī)基本方程,66,原理: 動(dòng)量矩定律 單位時(shí)間內(nèi)水流對(duì)水輪機(jī)的動(dòng)量矩的改變=作用在該水流上的外力對(duì)同一軸的力矩,第六節(jié) 水輪機(jī)基本方程,67,取流面上一微小流束,列出動(dòng)量矩方程,外力對(duì)轉(zhuǎn)軸的力矩,第六節(jié) 水輪機(jī)基本方程,68,第六節(jié) 水輪機(jī)基本方程,69,第六節(jié) 水輪機(jī)基本方程,70,第七節(jié) 水輪機(jī)的效率及 最優(yōu)工況,第七節(jié) 水輪機(jī)的效率及最優(yōu)工況,71,水力損失,流量損失,機(jī)械損失,水輪機(jī)能量損失,第七節(jié) 水輪機(jī)的效率及最優(yōu)工況,72,水流流經(jīng)蝸殼、導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪和尾水管產(chǎn)生的沿程損失以及漩渦、脫流、

15、撞擊產(chǎn)生的局部損失,一、水輪機(jī)的效率,第七節(jié) 水輪機(jī)的效率及最優(yōu)工況,73,流量損失及流量效率（容積效率,2,部分水流通過間隙直接進(jìn)入尾水管而不經(jīng)過轉(zhuǎn)輪做功,第七節(jié) 水輪機(jī)的效率及最優(yōu)工況,74,機(jī)械損失和機(jī)械效率,轉(zhuǎn)輪部分表面和空氣產(chǎn)生機(jī)械摩擦（盤狀摩擦、風(fēng)損以及軸承處的摩擦,第七節(jié) 水輪機(jī)的效率及最優(yōu)工況,75,容積損失,機(jī)械損失,沿程 局部 出口,水力損失,出力 N Nmax,100,效率,撞擊損失 渦流損失,N,max,D1、n、H一定情況下，改變Q時(shí)，水輪機(jī)效率與出力的關(guān)系,第七節(jié) 水輪機(jī)的效率及最優(yōu)工況,76,二、水輪機(jī)的最優(yōu)工況,第七節(jié) 水輪機(jī)的效率及最優(yōu)工況,77,水輪機(jī)最優(yōu)工

16、況,無撞擊進(jìn)口：不至于發(fā)生水力碰撞、脫流，水力損失最小,第七節(jié) 水輪機(jī)的效率及最優(yōu)工況,78,V2最小 也最小 Vu2=0，水流出轉(zhuǎn)輪后沒有旋轉(zhuǎn)可使尾水管中摩損減小,法向出口：絕對(duì)速度V2的垂直于圓周速度U2的方向,水輪機(jī)最優(yōu)工況,第七節(jié) 水輪機(jī)的效率及最優(yōu)工況,轉(zhuǎn)輪出口的速度三角形比較,79,1、高水頭水輪機(jī)，最優(yōu)的轉(zhuǎn)輪出流應(yīng)為法向，但對(duì)中、低水頭水輪機(jī)，取2 略小于90。 2、實(shí)際運(yùn)行中，水輪機(jī)運(yùn)行工況范圍均有一定限制,需要說明的問題,第七節(jié) 水輪機(jī)的效率及最優(yōu)工況,80,3、若 ，可能會(huì)產(chǎn)生脫流, 出口角 90為宜。 4、轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)高效區(qū)寬的原因就是在非額定工況下，可調(diào)節(jié)葉片的安放角，盡可能實(shí)現(xiàn)無撞擊進(jìn)口和法向出口,第七節(jié) 水輪機(jī)的效率及最優(yōu)工況,81,提高水輪機(jī)效率的途徑,第七節(jié) 水輪