水轮机类型构造及工作原理水电站(ppt)课件.ppt

1、河海大学水轮机类型构造及工作原理水电站(ppt)优选河海大学水轮机类型构造及工作原理水电站ppt知识要点：知识要点：水轮机的型号，反击式、冲击式、可逆式水轮机的型号，反击式、冲击式、可逆式等水轮机的类型、结构以及对厂房结构布置影响。水等水轮机的类型、结构以及对厂房结构布置影响。水流在转轮中的运动、基本方程、能量损失、水轮机的流在转轮中的运动、基本方程、能量损失、水轮机的最优工况；水轮机的气蚀、吸出高度和安装高程。最优工况；水轮机的气蚀、吸出高度和安装高程。重点难点：重点难点：各种类型水轮机的特点、结构及其对厂房各种类型水轮机的特点、结构及其对厂房结构布置的影响；速度三角形的概念；水轮机基本方结

2、构布置的影响；速度三角形的概念；水轮机基本方程的物理意义；水轮机的能量损失及其最优工况。程的物理意义；水轮机的能量损失及其最优工况。第一章第一章 水轮机类型及构造水轮机类型及构造第一节 水力机械的种类第二节 水轮机的工作参数第三节 水轮机的主要类型及其构造第四节 水轮机的型号第五节 水流在水轮机转轮中的运动第六节 水轮机基本方程第七节 水轮机的效率及最优工况运动的运动的水体水体2gVpZE2AAAAA 2DDDDDpVEZ2g 2gVpZE2UUUUU 一、水头一、水头 Head (kw) QH81. 9NN%100NN 入入入入效率效率%9590 %,80max （Installed Cap

3、acity）ggNN v 水轮机可以有不同转速，但水轮机可以有不同转速，但H H一定时，一定的转轮直径一定时，一定的转轮直径D D1 1有一个效率最高的转速有一个效率最高的转速n n，通常由此转速选择相近的，通常由此转速选择相近的同步发电机转速。同步发电机转速。发电机同步转速发电机同步转速水轮机额定转速水轮机额定转速 p3000n60npf同步转速同步转速同同 轴轴v 电工学中：电工学中： Speed of rotation磁极对数磁极对数 P34567891012同步转速同步转速n(r/min)1000750600500428.6375333.3300250磁极对数磁极对数 P1416182

4、02224262830同步转速同步转速n(r/min)214.3187.5166.7150136.4125115.4107.1100磁极对数磁极对数 P323436384042444850同步转速同步转速n(r/min)93.888.283.3797571.468.262.660 磁极对数与同步转速系列磁极对数与同步转速系列反反 击击 式式冲冲 击击 式式 H0)2gvpz ()2gvpz (H22222211110 dp022221102211E E 12gHvvH)pz()pz(水流动能水流动能水流势能水流势能 211EEdp Reaction turbine Description of

5、 the contents Description of the contents Description of the contentsmax1 混流式水轮机的基本构造蜗壳蜗壳 spiral case蜗壳蜗壳 spiral case座座环环 stay ring导水机构导水机构 Distributor转轮转轮 runner尾水管尾水管 draft tube混流式水轮机的基本构造蜗壳蜗壳 spiral case座座环环 stay ring导水机构导水机构 Distributor转轮转轮 runner尾水管尾水管 draft tube座环座环 stay ring混流式水轮机的基本构造蜗壳蜗壳 sp

6、iral case座座环环 stay ring导水机构导水机构 Distributor转轮转轮 runner尾水管尾水管 draft tube导水机构导水机构 Distributor 作用：作用： 调节水轮机的流量；调节水轮机的流量； 引导水流按必须的方向进入引导水流按必须的方向进入 转轮形成一定的速度矩。转轮形成一定的速度矩。导叶开度导叶开度openingopening a0 (mm)(mm)： 表征导叶所处位置的特征参数表征导叶所处位置的特征参数混流式水轮机的基本构造蜗壳蜗壳 spiral case座座环环 stay ring导水机构导水机构 Distributor转轮转轮 runner尾

7、水管尾水管 draft tube转轮转轮 runner 混流式水轮机的基本构造蜗壳蜗壳 spiral case座座环环 stay ring导水机构导水机构 Distributor转轮转轮 runner尾水管尾水管 draft tube尾水管尾水管 draft tube21沿轮毂四周均沿轮毂四周均匀分布的空间扭曲匀分布的空间扭曲的翼形曲面体，叶的翼形曲面体，叶片数一般为片数一般为 4-84-8片，片，叶片数愈多，适用叶片数愈多，适用水头愈大。水头愈大。2一般在一般在-15-15+20+20之间，之间，0 0叶叶片往开启方向转动，片往开启方向转动，0 0反之。反之。安放角安放角3叶片转动的操叶片转

8、动的操作机构安装在作机构安装在轮毂内轮毂内4轮毂比轮毂比（轮毂（轮毂直径直径dg 与转轮与转轮直径直径 D1 的比的比值）：值）：0.330.555水轮机转轮室水轮机转轮室内壁经常承受很内壁经常承受很大的脉动水压力。大的脉动水压力。水流特征：从流道进口到尾水管出口水流特征：从流道进口到尾水管出口 均沿轴向（没有蜗壳）均沿轴向（没有蜗壳）适用水头：适用水头：叶片：定浆或转浆叶片：定浆或转浆单机容量：单机容量：效率：效率：3灯泡贯流式水轮机灯泡贯流式水轮机水流特征：水流方向与主轴斜交，水流特征：水流方向与主轴斜交， 斜向水流斜向水流适用水头：适用水头：2020200m200m叶片：转浆叶片：转浆

9、8 81212片片单机容量：几千单机容量：几千kWkW十几万十几万kWkW实例：小浪底实例：小浪底 1515万万kW/kW/单机单机41叶片转动轴线叶片转动轴线与水轮机主轴与水轮机主轴成成45 45 6060的锥角，叶片的锥角，叶片数数 812812片。片。2转轮叶片转轮叶片操作机构操作机构当由于轴向水推当由于轴向水推力和温度变化等力和温度变化等引起水轮机轴向引起水轮机轴向位移时，其叶片位移时，其叶片不得与转轮室内不得与转轮室内壁接触。壁接触。Impulse turbine 水斗式水斗式（Pelton TurbinePelton Turbine ） 双击式（双击式（ Cross flow tu

10、rbineCross flow turbine） 斜击式（斜击式（Turgo turbineTurgo turbine）水斗式水轮机水斗式水轮机管帽管帽转转 轮轮斜击式转轮进水示意斜击式转轮进水示意图图针阀针阀轮叶轮叶斜击式水轮机转轮避免因喷针快速移动导致在压力钢避免因喷针快速移动导致在压力钢管内产生过高得水锤压力。管内产生过高得水锤压力。防止水流飞溅而造成附加损失。防止水流飞溅而造成附加损失。可设多个喷嘴和多个转轮。可设多个喷嘴和多个转轮。 大中型：立式布置；中小型：卧式布置。大中型：立式布置；中小型：卧式布置。3 12Reversible turbine Pumped turbine大型大

11、型中型中型小型小型HL 200L J500转轮型号（用比转速表示）转轮型号（用比转速表示）转轮标称直径（厘米）转轮标称直径（厘米）转轮型号为转轮型号为600600（比转速）的贯流定（比转速）的贯流定桨式水轮机，卧轴，灯泡式引水，桨式水轮机，卧轴，灯泡式引水，转轮标称直径转轮标称直径250250厘米厘米一根轴上只装一个转轮的冲击式水一根轴上只装一个转轮的冲击式水轮机，转轮型号轮机，转轮型号2626（比转速），卧（比转速），卧轴，转轮直径轴，转轮直径125125厘米，单喷嘴设计厘米，单喷嘴设计射流直径射流直径12.112.1厘米厘米 H=H（t），），Q=Q（t） V=V（x, y, z, t）水

12、流从导叶流出时是轴对称的水流从导叶流出时是轴对称的 进入转轮的水流也是轴对称的进入转轮的水流也是轴对称的WUVUWV 混流式水轮机转轮内的流面和轴面混流式水轮机转轮内的流面和轴面UWV WV WV WV WWW WWWVVVuuzzrrmmrzmmurzm ，AVuUWVVmumVVV uzrumVVVVVV ）（微元内动量矩的改变微元内动量矩的改变1u12u2rVrVdtQg 压压叶叶重重M M M M ）（）（微小流束动量矩方程：微小流束动量矩方程：压压叶叶M M dt/rVrVdtQ g1u12u2 ）（）（总流的动量矩方程：总流的动量矩方程：压压叶叶M M rVrVdtQ g1u12u

13、2 ）（叶叶2u21u1rVrVQgM MM )uVuV( g)rVrV( gMN2u21u12u21u1e QQ 为水力效率）为水力效率）而而sse( QH N 2u21u1suVuVgH 方程方程水轮机稳定工况的基本水轮机稳定工况的基本0M 压压 水流能量转换为转轮旋转能量的能量水流能量转换为转轮旋转能量的能量平衡方程平衡方程 既适用于反击式水轮机，也适用于冲既适用于反击式水轮机，也适用于冲击式水轮机击式水轮机 没有水流动量矩的改变，转轮就不可没有水流动量矩的改变，转轮就不可能获得水流的能量做功能获得水流的能量做功2u21u1suVuVgH 水轮机基本方程水轮机基本方程%100Hh-Hws

14、 水力效率水力效率1%100Qq-Q0 流量效率流量效率20sweM81QH. 9Nh-H )qQ(NNN ）（机械效率机械效率3HQ 81. 99.81QHNM0s M0s 水轮机总效率水轮机总效率容积损失容积损失机械损失机械损失沿程沿程局部局部出口出口水力损水力损失失出力出力 NNmax100%效率效率撞击损失撞击损失涡流损失涡流损失N maxD1、n、H一定情况下，改变一定情况下，改变Q时，时，水轮机效率与出力的关系水轮机效率与出力的关系 不至于发生水力碰撞、脱流，水力损失最小不至于发生水力碰撞、脱流，水力损失最小 最小最小 也最小也最小 VuVu2 2=0=0，水流出转轮后没有旋转可使尾水管中摩损减小，水流出转轮后没有旋转可使尾水管中摩损减小2gV22转轮出口的速度三角形比较转轮出口的速度三角形比较需要说明的问题需要说明的问题 02 uV水水 轮轮 机机主要类型型号主要类型型号工作参数工作参数基本构造基本构造反击式反击式冲击式冲击式蜗壳蜗壳固定导固定导叶叶活动导活动导叶叶喷嘴喷嘴转轮转轮尾水管尾水管混流式混流式轴流式轴流式斜流式斜流式贯流式贯流式水斗式水斗式双击式双击式斜击式斜击式速速度度三三角角形形与与基基本本方方程程水水轮轮机机效效率率与与最最优优工工况况