

水輪機(jī)分類
水輪機(jī)分類
水輪機(jī)按工作原理可分為沖擊式水輪機(jī)和反擊式水輪機(jī)兩大類。沖擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪受到水流的沖擊而旋轉(zhuǎn),工作過程中水流的壓力不變,主要是動能的轉(zhuǎn)換;反擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪在水中受到水流的反作用力而旋轉(zhuǎn),工作過程中水流的壓力能和動能均有改變,但主要是壓力能的轉(zhuǎn)換。
水輪機(jī)按其裝載方式可分為立軸、臥軸和斜軸三大類。主軸豎著裝程立軸裝載,臥則臥,斜即斜。其中立軸和臥軸較為常用。立軸裝置有混流式、軸流式、斜流式等。其安裝、拆卸方便。但其負(fù)荷比較集中,水下部分深度增加,因而土建投資較大;臥軸裝置有貫流式、水斗式等機(jī)組。臥式機(jī)組因機(jī)組支撐面積較大故不致產(chǎn)生較大的集中負(fù)荷,廠房較低。但其軸和軸受力情況不好。
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沖擊式水輪機(jī)
沖擊式水輪機(jī)按水流的流向可分為切擊式(又稱水斗式)和斜擊式兩類。斜擊式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)與水斗式水輪機(jī)基本相同,只是射流方向有一個傾角,只用于小型機(jī)組。
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,效率最高。這種水輪機(jī)在負(fù)荷發(fā)生變化時,轉(zhuǎn)輪的進(jìn)水速度方向不變,加之這類水輪機(jī)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(fù)荷變化的影響較小,效率曲線比較平緩,最高效率超過91%
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反擊式水輪機(jī)
反擊式水輪機(jī)可分為混流式、軸流式、斜流式和貫流式。在混流式水輪機(jī)中,水流徑向進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu),軸向流出轉(zhuǎn)輪;在軸流式水輪機(jī)中,水流徑向進(jìn)入導(dǎo)葉,軸向進(jìn)入和流出轉(zhuǎn)輪;在斜流式水輪機(jī)中,水流徑向進(jìn)入導(dǎo)葉而以傾斜于主軸某一角度的方向流進(jìn)轉(zhuǎn)輪,或以傾斜于主軸的方向流進(jìn)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪;在貫流式水輪機(jī)中,水流沿軸向流進(jìn)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪。軸流式、貫流式和斜流式水輪機(jī)按其結(jié)構(gòu)還可分為定槳式和轉(zhuǎn)槳式。定槳式的轉(zhuǎn)輪葉片是固定的;轉(zhuǎn)槳式的轉(zhuǎn)輪葉片可以在運(yùn)行中繞葉片軸轉(zhuǎn)動,以適應(yīng)水頭和負(fù)荷的變化。
常見機(jī)型介紹
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軸流式水輪機(jī)(ZZ/ZD)
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)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)行臺數(shù)來適應(yīng)負(fù)荷變化的電站。
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貫流式水輪機(jī)(GZ/GD)
貫流式水輪機(jī)的導(dǎo)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3~20米的低水頭小型河床電站。
這種水輪機(jī)裝在潮汐電站內(nèi)還可以實(shí)現(xiàn)雙向發(fā)電。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)。
燈泡式機(jī)組的發(fā)電機(jī)裝在水密的燈泡體內(nèi)。其轉(zhuǎn)輪既可以設(shè)計(jì)成定槳式,也可以設(shè)計(jì)成轉(zhuǎn)槳式。其中又可以細(xì)分為貫流式和半貫流式。
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混流式水輪機(jī)(HL)
混流式水輪機(jī)與軸流轉(zhuǎn)槳式相比,其結(jié)構(gòu)較簡單,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,平均效率比軸流轉(zhuǎn)槳式的低,這類水輪機(jī)的最高效率有的已超過95%。混流式水輪機(jī)適用的水頭范圍很寬,為5~700米,但采用最多的是40~300米。
混流式的轉(zhuǎn)輪一般用低碳鋼或低合金鋼鑄件,或者采用鑄焊結(jié)構(gòu)。為提高抗汽蝕和抗泥沙磨損性能,可在易氣蝕部位堆焊不銹鋼,或采用不銹鋼葉片,有時也可整個轉(zhuǎn)輪采用不銹鋼。采用鑄焊結(jié)構(gòu)能降低成本,并使流道尺寸更精確,流道表面更光滑,有利于提高水輪機(jī)的效率,還可以分別用不同材料制造葉片、上冠和下環(huán)。
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斜流式水輪機(jī)(XL)
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)的油壓接力器操作葉片繞其軸線相應(yīng)轉(zhuǎn)動。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40~120米水頭。
由于斜流式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高,一般只在不宜使用混流式或軸流式水輪機(jī),或不夠理想時才采用。這種水輪機(jī)還可用作可逆式水泵水輪機(jī)。當(dāng)它在水泵工況啟動時,轉(zhuǎn)輪葉片可關(guān)閉成近于封閉的圓錐因而能減小電動機(jī)的啟動負(fù)荷。
藍(lán)色向右箭頭分割線
水輪機(jī)發(fā)電原理
水輪發(fā)電機(jī)通常會利用不同形式的水輪機(jī)與不同形式的發(fā)電機(jī)組成水輪發(fā)電機(jī)組,而水輪發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理是透過水輪機(jī)內(nèi)的動輪連結(jié)軸承到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上,再利用水自高處向低處水輪機(jī)沖下的位能轉(zhuǎn)換成動能來帶動動輪與發(fā)電機(jī)軸承上的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)子上的線圈在磁鐵的兩極間轉(zhuǎn)動。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動時,轉(zhuǎn)子上的線圈與定子上的磁鐵發(fā)生磁場改變,以切線互相做功,因此產(chǎn)生感應(yīng)電流,是運(yùn)用“電磁感應(yīng)”原理將動力所作的功利用切線方向的磁場轉(zhuǎn)換成電能的電力生產(chǎn)裝置。
主要工作參數(shù)
1.水頭H(米)
連續(xù)水流兩斷面間單位能量的差值稱為水頭。水頭是水輪機(jī)的一個重要參數(shù),它的大小直接影響著水輪機(jī)出力的大小和水輪機(jī)型式的選擇。
2.流量
單位時間內(nèi)流經(jīng)水輪機(jī)的水量(體積)稱為水輪機(jī)的流量,用Q表示。通常用米3/秒為單位。
3.出力
單位時間內(nèi)流經(jīng)水輪機(jī)的水流所具有的能量,稱為通過水輪機(jī)的“水流的出力”,用Np^0表示。Np^0=9.81QH(千瓦)。
4.效率
水輪機(jī)的出力N通過水輪機(jī)水流的出力Np^0之比,稱為水輪機(jī)的效率,用η表示。顯然效率是表面水輪機(jī)對水流能量的有效利用程度,是一個無量綱的物理量,用百分?jǐn)?shù)(%)表示。
5.轉(zhuǎn)速
水輪機(jī)主軸在單位時間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù),稱為水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速,用n表示,通常采用“轉(zhuǎn)/分”作單位。
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