水电站发电设备介绍本章教学要求：了解水能的优越性及水电站的型式；掌握水轮机的基本工作参数；熟悉水轮机的各种类型与特点；熟练掌握各种类型水轮机的型号表示方法及意义；掌握中小型水轮机的装置型式。自然界有多种能源，目前已被开发利用的能源中主要有热能、水能、风能和核能。水能是一种最经济的能源，也是一种永远消耗不尽的能源。地球上江河纵横，湖泊星罗棋布，海洋辽阔，蕴藏着丰富的水力资源。借助太阳的帮助，把地球上的水蒸发成汽，在天空中汽又凝聚成雨雪降至大地，通过江河又流入海洋，如此循环不已，永无止境。所以说利用水能发电是最经济的电能转换方式， 它与火力发电和核能发电相比有许多的优点，例如成本低，运行管理简单，启动快，消耗少，适于调峰和调频， 污染少等。自然界的河流都具有一定的坡降，水流在重力作用下沿着河床流动，在高处的水蕴藏着丰富的位能，如果没有把这种水能加以利用，当它向低处流动时，则所有的能量都消耗在克服水流的粘性、摩阻、冲刷河床和夹带泥沙等方面去了。水轮机是一种能将河流中蕴藏的水能转换成旋转机械能的机械。水轮机通过主轴带动发电机将旋转机械能转换成电能。水轮机与发电机联接成的整体称为水轮发电机组，它是水电站的主要设备之一。水电站是借助水工建筑物和机电设备将水能转换为电能的企业。为了利用水流发电，就要将天然落差集中起来，并对天然的流量加以控制和调节（如建造水库），形成发电所需要的水头和流量。水电站的型式主要取决于集中水头的方式，根据集中水头的方式的不同，水电站分为坝式水电站、引水式水电站和混合式水电站，见所示。图电建论坛http://max.book118.com，单位为。对反击式水轮机进口断面取在蜗壳进口处口断面。列出水轮机进、出口断面的能量方程，如图头的定义可写出其基本表达式：式中：力，其值为水库；调压室、出力、效率水轮机的工作参数是表征水流通过水轮机时水流能量转换为转轮机械能过程中的一些、流量、转速特性数据。水轮机的基本工作参数主要有水头。一、水头水轮机的水头（亦称工作水头） 是指水轮机进口和出口截面处单位重量的水流能量断面，出口取在尾水管出所示，根据水轮机工作水闸门室；一有压隧道；或为单位重量水体的能量，为断面平均流速，为重力加速度，一进水一坝；压力管道；泄水道；尾水渠为断面动能不均匀系数； 为水的重度，为相对某一基准的位置高度， ； 为相对压（ ）图水电站和水轮机的水头示意图厂房；图混合式水电站枢纽布置示意图电建论坛http://max.book118.com的三项之和为某水流截面水的总比能。式中，计算常取式中：特征水头表示水轮机水头的范围。特征水头包括最大水头额定水头等，这些特征水头由水能计算给出。加权平均水头， 是在一定期间内（ 视水库调节性能而定） ，所有可能出现的＝能（ 称为某截面的水流单称为某截面的水流单位动能，即比动称为某截面的水流单位压力势能，即比压能（又称净水头，是水轮机做功的有效水头。上游水库的水流经过进水口位位置势能，即比位能（水轮机水头，其单位为拦污栅、闸门和压力水管进入水轮机，水流通过水轮机做功后，由尾水管排至下游。上、下游水位差值称为水电站的毛水头水轮机的工作水头又可表示为一△为水电站毛水头， 为水电站引水建筑物中的水力损失，从式（ 可知，水轮机的水头随着水电站的上下水位的变化而改变，常用取几个、最小水头均水头最大水头、加权平，是允许水轮机运行的最大净水头。它对水轮机结构的强度设计有决性的影响。最小水头，是保证水轮机安全、稳定运行的最小净水头。水轮机水头的加权平均值，是水轮机在其附近运行时间最长的净水头。额定水头，是水轮机发出额定出力时所需要的最小净水头。水轮机的水头表明水轮机利用水流单位机械能的多少，是水轮机最重要的基本工作参，是指水轮机具有最高效率的水头。水轮机的流量是单位时间内通过水轮机某一既定过流断面的水流体积，常用符号的水流量称为设计流量水轮机的转速是水轮机转轮在单位时间内旋转的次数，常用符号四、出力表示，则水轮机的输入功率为单位时间内通过水轮机的水流的总能量，即水流的出力，常用符（由于水流通过水轮机时存在一定的能量损耗，所以水轮机出力。水轮机的输入和输出功率之比称为水轮机的效率，用符号设计水头二、流数，其大小直接影响着水电站的开发方式、机组类型以及电站的经济效益等技术经济指标。表示，常用的单位为三、转速表示， 常用单位与效率水轮机出力是水轮机轴端输出的功率，常用符号表示，常用单位为号。在额定水头下， 水轮机以额定转速、额定出力运行时所对应，它是水轮机发出额定出力时所需要的最大流量。总是小于水流出力表示。（由于水轮机在工作过程中存在能量损耗，故水轮机的效率电建论坛http://max.book118.com轮机将水能转化为水轮机轴端的出力，产生旋转力矩用来克服发电机的阻抗力由此，水轮机的出力可写成＝ ＝矩，并以角速度旋转。水轮机出力、旋转力矩式中：轮机转速，和角速度之间有以下关系式（为水轮机旋转角速度， 为水轮机主轴输出的旋转力矩， 为水水轮机是将水能转换成旋转机械能的一种水力原动机。根据转轮转换水流能量方式的不同，水轮机分成两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机。反击式水轮机包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机；冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式水轮机。一、反击式水轮机反击式水轮机转轮区内的水流在通过转轮叶片流道时，始终是连续充满整个转轮的有压流动，并在转轮空间曲面型叶片的约束下连续不断地改变流速的大小和方向，从而对转轮叶片产生一个反作用力驱动转轮旋转。当水流通过水轮机后，其动能和势能大部分被转换成转轮的旋转机械能。混流式水轮机所示，水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。混流式水轮，结构简单，运行稳定且效率高，是现代应用最广图主轴；如图机应用水头范围较广，约为泛的一种水轮机。混流式水轮机一导叶流保持轴向流动，轴流式水轮机的常用水头约为叶片；轴流式水轮机如图所示，水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而在转轮区内水。轴流式水轮机在中低水头、大流量水电站中得到了广泛应用。根据其转轮叶片在运行中能否转动，又可分为轴流定桨式和轴流转桨式水轮机两种。轴流定桨式水轮机的转轮叶片是固定不动的，因而结构简单、造价较低，但它在偏离设计工况运行时效率会急剧下降，因此，这种水轮机一般用于水头一导叶； 一叶片； 轮毂图轴流式水轮机电建论坛http://max.book118.com等装置形式，如图、图、图它是在较低、出力较小以及水头变化幅度较小的水电站。轴流转桨式水轮机的转轮叶片可以根据运行工况的改变而转动，从而扩大了高效率区的范围，提高了运行的稳定性。但是，这种水轮机需要有一个操作叶片转动的机构，因而结构较复杂，造价较高，一般用于水头、出力均有较大变化幅度的大中型水电站。图斜流式水轮机如图蜗壳；一转轮叶片；所示，水流在转轮区内沿着与主轴成某一角度的方向流动。斜流式水轮机的转轮叶片大多做成可转动的形式，具有较宽的高效率区，适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为世纪年代初为了提高轴流式水轮机适用水头而在轴流转桨式水轮机基础上改进提出的新机型，其结构形式及性能特征与轴流转桨式水轮机类似，但由于其倾斜桨叶操作机构的结构特别复杂，加工工艺要求和造价均较高，所以一般只在大中型水电站中使用，目前这种水轮机应用还不普遍。贯流式水轮机贯流式水轮机是一种流道近似为直筒状的卧轴式水轮机，它不设引水蜗
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