水輪機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向

1、水輪機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向課程總結(jié)報(bào)告1、簡(jiǎn)介1.概念：水輪機(jī)是把水流的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械，它屬于流體機(jī)械中的透平機(jī)械。在水電站中，上游水庫(kù)中的水經(jīng)引水管引向水輪機(jī)，推動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。作完功的水則通過(guò)尾水管道排向下游。2.水電作為可再生能源在世界能源中占有越來(lái)越重要的位置,近年來(lái)我國(guó)水電開(kāi)發(fā)進(jìn)程明顯加快,繼續(xù)加強(qiáng)水電建設(shè)、合理開(kāi)發(fā)利用水能資源是保障我國(guó)能源供應(yīng)的重要措施。3.歷史：水輪機(jī)系由古代的水輪或水車(chē)演變而來(lái)。1827年法國(guó)工程師B.富爾內(nèi)隆制成 6馬力的反擊式水輪機(jī)。1849年經(jīng)美國(guó)工程師J.B.弗朗西斯設(shè)計(jì)改進(jìn)形成了現(xiàn)代混流式水輪機(jī)，故稱為弗朗西斯水輪機(jī)。

2、1850年出現(xiàn)沖擊式水輪機(jī)。1880年美國(guó)工程師L.A.佩爾頓取得水斗型沖擊式水輪機(jī)的專利，世人稱之為佩爾頓水輪機(jī)。1912年奧地利工程師V.卡普蘭設(shè)計(jì)出第一臺(tái)轉(zhuǎn)槳軸流式水輪機(jī)，故稱為卡普蘭水輪機(jī)。20世紀(jì)4050年代又相繼出現(xiàn)貫流式和斜流式水輪機(jī)，同時(shí)水輪機(jī)又發(fā)展為水泵水輪機(jī)，應(yīng)用于抽水蓄能電站。2、技術(shù)現(xiàn)狀1.水輪機(jī)分類(lèi)（見(jiàn)圖表一）水輪機(jī)反擊式混流式軸流式軸流轉(zhuǎn)槳式軸流定槳式斜流式貫流式全貫流式半貫流式燈泡式軸伸式豎井式?jīng)_擊式水斗式雙擊式斜擊式圖表一2.反擊式水輪機(jī)：（1）各種類(lèi)型的反擊式水輪機(jī)都設(shè)有進(jìn)水裝置，大、中型立軸反擊式水輪機(jī)的進(jìn)水裝置一般由蝸殼、固定導(dǎo)葉和活動(dòng)導(dǎo)葉組成。蝸殼的作用

3、是把水流均勻分布到轉(zhuǎn)輪周?chē)?。反擊式水輪機(jī)都設(shè)有尾水管，其作用是：回收轉(zhuǎn)輪出口處水流的動(dòng)能；把水流排向下游；當(dāng)轉(zhuǎn)輪的安裝位置高于下游水位時(shí)，將此位能轉(zhuǎn)化為壓力能予以回收。（2）軸流式水輪機(jī)適用于較低水頭的電站。在相同水頭下，其比轉(zhuǎn)數(shù)較混流式水輪機(jī)為高。軸流定槳式水輪機(jī)的葉片固定在轉(zhuǎn)輪體上。一般安裝高度在3-50m。，葉片安放角不能在運(yùn)行中改變，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率較低，適用于負(fù)荷變化小或可以用調(diào)整機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)來(lái)適應(yīng)負(fù)荷變化的電站。其轉(zhuǎn)輪葉片一般由裝在轉(zhuǎn)輪體內(nèi)的油壓接力器操作，可按水頭和負(fù)荷變化作相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，以保持活動(dòng)導(dǎo)葉轉(zhuǎn)角和葉片轉(zhuǎn)角間的最優(yōu)配合，從而提高平均效率，這類(lèi)水輪機(jī)的最高效率有的已超過(guò)94%。

4、典型例子就是葛洲壩。（3）貫流式水輪機(jī)的導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪間的水流基本上無(wú)變向流動(dòng)，加上采用直錐形尾水管，排流不必在尾水管中轉(zhuǎn)彎，所以效率高，過(guò)流能力大，比轉(zhuǎn)數(shù)高，特別適用于水頭為320米的低水頭小型河床電站。這種水輪機(jī)有多種結(jié)構(gòu)，使用最多的是燈泡式水輪機(jī)。（4）混流式水輪機(jī)是世界上使用最廣泛的一種水輪機(jī)，與軸流轉(zhuǎn)槳式相比，其結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，最高效率也比軸流式的高，但在水頭和負(fù)荷變化大時(shí)，平均效率比軸流轉(zhuǎn)槳式的低，這類(lèi)水輪機(jī)的最高效率有的已超過(guò)95%?；炝魇剿啓C(jī)適用的水頭范圍很寬，為5700米，但采用最多的是40300米。（5）斜流式水輪機(jī)葉片傾斜的裝在轉(zhuǎn)輪體上，隨著水頭和負(fù)荷的變化，轉(zhuǎn)輪體內(nèi)

5、的油壓接力器操作葉片繞其軸線相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)。它的最高效率稍低于混流式水輪機(jī)，但平均效率大大高于混流式水輪機(jī)；與軸流轉(zhuǎn)槳水輪機(jī)相比，抗氣蝕性能較好，飛逸轉(zhuǎn)速較低，適用于40120米水頭。由于斜流式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高，一般只在不宜使用混流式或軸流式水輪機(jī)，或不夠理想時(shí)才采用。3.沖擊式水輪機(jī)（1）理論分析證明，當(dāng)水斗節(jié)圓處的圓周速度約為射流速度的一半時(shí)，效率最高。沖擊式水輪機(jī)在負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)輪的進(jìn)水速度方向不變，加之這類(lèi)水輪機(jī)都用于高水頭電站，水頭變化相對(duì)較小，速度變化不大，因而效率受負(fù)荷變化的影響較小，效率曲線比較平緩，最高效率超過(guò)91%。（2）水斗式水輪機(jī)是目前沖擊式水輪機(jī)中應(yīng)用最廣泛的一種

6、機(jī)型。其應(yīng)用水頭一般為300-2000m，目前最高應(yīng)用水頭已達(dá)到1771.3m。（3）斜擊式水輪機(jī)主要工作部件和切擊式水輪機(jī)基本相同，只是工作射流與轉(zhuǎn)輪進(jìn)口平面呈某一角度，射流斜著射向轉(zhuǎn)輪。斜擊式水輪機(jī)適用于水頭在35-350m、軸功率為10-500kW、比轉(zhuǎn)速為18-45的中小型水電站。（4）雙擊式水輪機(jī)水流先從轉(zhuǎn)輪外周進(jìn)入部分葉片流道，消耗了大約70%-80%的動(dòng)能，然后離開(kāi)葉道，穿過(guò)轉(zhuǎn)輪中心部分的空間，又一次進(jìn)入轉(zhuǎn)輪另一部分葉道消耗余下大約20%-30%的動(dòng)能。這種水輪機(jī)效率低，一般適用于H<60m，N<150kW的小型水電站。4.水輪機(jī)磨蝕與防護(hù)（1）現(xiàn)象：在使用水力發(fā)電的

7、過(guò)程中，水輪機(jī)會(huì)受到泥沙、氣蝕及水流中腐蝕性物質(zhì)的磨蝕，而水輪機(jī)的出力及其使用年限都會(huì)受到水輪機(jī)磨蝕的影響，并進(jìn)而影響電站的效益以及電站的安全運(yùn)行。（2）磨蝕的原因：泥沙磨損,氣蝕磨損,耦合作用(泥沙磨損與氣蝕磨損的耦合,磨蝕與震動(dòng)的耦合,電化學(xué)作用與磨蝕的耦合。（3）防護(hù)措施見(jiàn)圖表二涂層防護(hù)環(huán)氧金剛砂涂層防護(hù)聚氨酯涂層防護(hù)抗磨焊條堆焊防護(hù)高速氧燃噴涂碳化鎢防護(hù)優(yōu)化水輪機(jī)設(shè)計(jì)葉片的形狀需符合水流流態(tài)，且作用在葉片上的壓力必須分布均勻，另外采用抗磨蝕材料如不銹鋼轉(zhuǎn)輪，提高加工光潔度等減少過(guò)機(jī)泥沙蓄清排渾、洪水排沙、平水發(fā)電等方式圖表二3、發(fā)展方向水輪機(jī)及輔機(jī)是重要的水電設(shè)備是水力發(fā)電行業(yè)必不可少的組成部分，是充分利用清潔可再生