水輪機技術現(xiàn)狀及發(fā)展方向

1、水輪機技術現(xiàn)狀及發(fā)展方向課程總結(jié)報告1、 簡介1.概念：水輪機是把水流的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械能的動力機械，它屬于流體機械中的透平機械。在水電站中，上游水庫中的水經(jīng)引水管引向水輪機，推動水輪機轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機發(fā)電。作完功的水則通過尾水管道排向下游。2.水電作為可再生能源在世界能源中占有越來越重要的位置,近年來我國水電開發(fā)進程明顯加快,繼續(xù)加強水電建設、合理開發(fā)利用水能資源是保障我國能源供應的重要措施。3.歷史：水輪機系由古代的水輪或水車演變而來。1827年法國工程師B.富爾內(nèi)隆制成 6馬力的反擊式水輪機。1849年經(jīng)美國工程師J.B.弗朗西斯設計改進形成了現(xiàn)代混流式水輪機，故稱為弗朗西斯水輪機

2、。1850年出現(xiàn)沖擊式水輪機。1880年美國工程師L.A.佩爾頓取得水斗型沖擊式水輪機的專利，世人稱之為佩爾頓水輪機。1912年奧地利工程師V.卡普蘭設計出第一臺轉(zhuǎn)槳軸流式水輪機，故稱為卡普蘭水輪機。20世紀4050年代又相繼出現(xiàn)貫流式和斜流式水輪機，同時水輪機又發(fā)展為水泵水輪機，應用于抽水蓄能電站。2、 技術現(xiàn)狀1. 水輪機分類（見圖表一）水輪機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：（1） 各種類型的反擊式水輪機都設有進水裝置，大、中型立軸反擊式水輪機的進水裝置一般由蝸殼、固定導葉和活動導葉組成。

3、蝸殼的作用是把水流均勻分布到轉(zhuǎn)輪周圍。反擊式水輪機都設有尾水管，其作用是：回收轉(zhuǎn)輪出口處水流的動能；把水流排向下游；當轉(zhuǎn)輪的安裝位置高于下游水位時，將此位能轉(zhuǎn)化為壓力能予以回收。（2） 軸流式水輪機適用于較低水頭的電站。在相同水頭下，其比轉(zhuǎn)數(shù)較混流式水輪機為高。軸流定槳式水輪機的葉片固定在轉(zhuǎn)輪體上。一般安裝高度在3-50m。，葉片安放角不能在運行中改變，結(jié)構簡單，效率較低，適用于負荷變化小或可以用調(diào)整機組運行臺數(shù)來適應負荷變化的電站。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，可按水頭和負荷變化作相應轉(zhuǎn)動，以保持活動導葉轉(zhuǎn)角和葉片轉(zhuǎn)角間的最優(yōu)配合，從而提高平均效率，這類水輪機的最高效率有的已

4、超過94%。典型例子就是葛洲壩。（3） 貫流式水輪機的導葉和轉(zhuǎn)輪間的水流基本上無變向流動，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。這種水輪機有多種結(jié)構，使用最多的是燈泡式水輪機。（4） 混流式水輪機是世界上使用最廣泛的一種水輪機，與軸流轉(zhuǎn)槳式相比，其結(jié)構較簡單，運行穩(wěn)定，最高效率也比軸流式的高，但在水頭和負荷變化大時，平均效率比軸流轉(zhuǎn)槳式的低，這類水輪機的最高效率有的已超過95%?；炝魇剿啓C適用的水頭范圍很寬，為5700米，但采用最多的是40300米。（5） 斜流式水輪機葉片傾斜的裝在轉(zhuǎn)輪體上，隨著水頭和負

5、荷的變化，轉(zhuǎn)輪體內(nèi)的油壓接力器操作葉片繞其軸線相應轉(zhuǎn)動。它的最高效率稍低于混流式水輪機，但平均效率大大高于混流式水輪機；與軸流轉(zhuǎn)槳水輪機相比，抗氣蝕性能較好，飛逸轉(zhuǎn)速較低，適用于40120米水頭。由于斜流式水輪機結(jié)構復雜、造價高，一般只在不宜使用混流式或軸流式水輪機，或不夠理想時才采用。3. 沖擊式水輪機（1） 理論分析證明，當水斗節(jié)圓處的圓周速度約為射流速度的一半時，效率最高。沖擊式水輪機在負荷發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)輪的進水速度方向不變，加之這類水輪機都用于高水頭電站，水頭變化相對較小，速度變化不大，因而效率受負荷變化的影響較小，效率曲線比較平緩，最高效率超過91%。（2） 水斗式水輪機是目前沖擊式

6、水輪機中應用最廣泛的一種機型。其應用水頭一般為300-2000m，目前最高應用水頭已達到1771.3m。（3） 斜擊式水輪機主要工作部件和切擊式水輪機基本相同，只是工作射流與轉(zhuǎn)輪進口平面呈某一角度，射流斜著射向轉(zhuǎn)輪。斜擊式水輪機適用于水頭在35-350m、軸功率為10-500kW、比轉(zhuǎn)速為18-45的中小型水電站。（4） 雙擊式水輪機水流先從轉(zhuǎn)輪外周進入部分葉片流道，消耗了大約70%-80%的動能，然后離開葉道，穿過轉(zhuǎn)輪中心部分的空間，又一次進入轉(zhuǎn)輪另一部分葉道消耗余下大約20%-30%的動能。這種水輪機效率低，一般適用于H<60m，N<150kW的小型水電站。4.水輪機磨蝕與防護

7、（1）現(xiàn)象：在使用水力發(fā)電的過程中，水輪機會受到泥沙、氣蝕及水流中腐蝕性物質(zhì)的磨蝕，而水輪機的出力及其使用年限都會受到水輪機磨蝕的影響，并進而影響電站的效益以及電站的安全運行。（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,磨蝕與震動的耦合,電化學作用與磨蝕的耦合)。（3）防護措施見圖表二涂層防護環(huán)氧金剛砂涂層防護聚氨酯涂層防護抗磨焊條堆焊防護高速氧燃噴涂碳化鎢防護優(yōu)化水輪機設計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機泥沙蓄清排渾、洪水排沙、平水發(fā)電等方式圖表二3、 發(fā)展方向水輪機及輔機是重要的水電設備是水力發(fā)電行業(yè)必不可少的組成部分，是充分利用清潔可再