水电站机电设备.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date水电站机电设备水轮机：将水能转换成旋转机械能的机器。反击式水轮机特征：（1）水流始终以有压流的状态连续地充满整个转轮的过流部分，从而其位能、压能及动能均可被转轮所利用；（2）在转轮空间，水流始终受曲面型叶片的约束，从而利用水流对转轮叶片的反作用力驱使转轮旋转。冲击式水轮机特征:（1）转轮始终处于大气中；（2）主要利用压力钢管末端高速射流产生的动能驱使转轮旋转；（3）高

2、速射流只作用于转轮的部分轮叶。混流式水轮机特点:水流径向流入、大体轴向流出转轮。适用水头范围广，结构简单，运行稳定，效率高。适用：水头20700m，中水轮机：将水能转换成旋转机械能的机器。反击式水轮机特征：（1）水流始终以有压流的状态连续地充满整个转轮的过流部分，从而其位能、压能及动能均可被转轮所利用；（2）在转轮空间，水流始终受曲面型叶片的约束，从而利用水流对转轮叶片的反作用力驱使转轮旋转。冲击式水轮机特征:（1）转轮始终处于大气中；（2）主要利用压力钢管末端高速射流产生的动能驱使转轮旋转；（3）高速射流只作用于转轮的部分轮叶。混流式水轮机特点:水流径向流入、大体轴向流出转轮。适用水头范围广

3、，结构简单，运行稳定，效率高。适用：水头20700m，中高水头、中小流量水电站。轴流式水轮机特点:水流轴向流入、并轴向流出转轮。适用：水头380m，中低水头、大流量水电站。导叶开度a。：任意两个相邻导叶间的最短距离。水轮机的水头：也称工作水头、净水头。指单位重量水体通过水轮机时的能量减小值。流量：指单位时间内通过水轮机的水体体积。转速：是水轮机转轮在单位时间内的旋转转数。输入功率Nw:指单位时间内通过水轮机的水流的总能量。出力（输出功率）N:指水轮机主轴传递给发电机的功率。效率:水轮机的出力N与其输入功率Nw的比值。设计水头：水轮机发出额定出力的最小净水头。尾水管高度：自水轮机导水机构下环顶面

4、至尾水管底板平面之间的垂直距离。水轮机过流部件:通常由蜗壳、座环、导叶、转轮及尾水管。蜗壳作用：沿座环周围引导并均匀、对称地分配水流。座环作用：支承机组及蜗壳上部部分混凝土的重量，并将其传递给厂房基础。导水机构作用：形成及改变进入转轮室的水流速度矩，并按负荷要求调节引入水轮机的流量，甚至切断水流。转轮作用：将水能转换成旋转机械能。水轮机总效率=水力效率*容积效率*机械效率。折流板的作用都是用来改变液体流向，增加湍动用的。减压阀是通过调节，将进口压力减至某一需要的出口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定的阀门。2CJ20-W-120/210 表示转轮型号为20的水斗式水轮机，一根轴

5、上装有2个转轮，卧轴，转轮直径为120cm，每个转轮具有2个喷嘴，设计射流直径为10cm。SJ115-W-40/20,转轮宽度为20。损失分为：水力损失（主要部分）：水轮机在工作时，水流要经过引水部件、 导水部件、转轮和尾水管等过流部件，水流便产生摩擦、撞击、漩涡和脱流等损失。这些情况所引起的水头损失。容积损失，机械损失。最优工况即为撞击损失和涡流损失均最小的工况。条件（1）无撞击进口，转轮进口处水流相对速度W1的方向与叶片骨线在进口处的切线方向一致e1=1。（2）法向出口，水流在转轮出口处的绝对速度V2的方向角2=90。动能恢复系数：衡量尾水管性能好坏的主要指标。绝对速度V，即在静止地面上看

6、到的水流速度。相对速度W，即随转轮运动时见到的水流速度。圆周速度U，即水流随转轮旋转作圆周运动的速度。蜗壳的型式：(1)金属蜗壳,适用：水头大于40m的中、高水头水电站;制作方法:焊接、铸焊和铸造三种。(2)混凝土蜗壳,适用:水头小于40m的中、低水头水电站；材料：钢筋混凝土，可加钢板内衬。断面形状：(1)金属蜗壳绝大部分断面做成圆形以改善其受力条件，在尾部又改做成椭圆形以便与座环高度相适应。2)混凝土蜗壳断面常做成梯形，以便于施工及减小其径向尺寸。蜗壳的包角:从蜗壳鼻端至蜗壳进口断面之间的夹角。（1）金属蜗壳的包角：一般采用0-345。(2)混凝土蜗壳的包角：通常采用180-270。尾水管的

7、作用(1)汇集并引导转轮出口水流排往下游；(2)当H20时，利用这一高度水流所具有的位能；(3)回收转轮出口水流的部分动能。尾水管的型式：(1)直锥形尾水管(2)弯锥形尾水管(3)弯肘形尾水管：尾水管变动局部变动形式：1、尾水管扩散段向上倾斜2、尾水管肘管段偏移3、采用窄而深的断面4、尾水管直锥段加高。气蚀：指水轮机流道内流动水体中的微小气泡在其形成、发展、溃裂过程中对水轮机过流部件表面所产生的物理化学侵蚀作用。气蚀类型：翼型气蚀、间隙气蚀、空腔气蚀、局部气蚀。吸出高度Hs：从发生翼型气蚀最危险的K点到下游水面a-a的垂直高度。吸出高度Hs作用：可以选择适宜的吸出高度来控制K点真空值，以达到避

8、免发生翼型气蚀的目的。立轴混流式Hs为导叶下部底环平面到设计尾水位的垂直高度。立轴轴流式Hs为转轮叶片轴线到设计尾水位的垂直高度。卧轴反击式Hs为转轮叶片的最高点到设计尾水位的垂直高度。安装高程Zs的作用：Zs是一个控制性高程，是确定厂房各层面高程的基准尺寸。频率电压变化不能大。反击式水轮机调节流量的机构为导叶，冲击式为带针阀的喷嘴。油压装置包括：压力油箱、集油桶、油泵系统。相似工况：同一系列水轮机保持运动相似的工作状况。单位参数：将模型试验结果参数按相似定律换算成D1M=1.0m和HM=1.0m标准条件下的参数。比转速ns：是与D1无关的综合单位参数，表示同一系列水轮机在H=1m、N=1kW

9、时的转速。线性、综合特性曲线。前者分为：工作、水头、转速特性曲线，后者分为：模型、运转综合特性曲线。综合特性曲线：是多参数之间的关系曲线,用于较完整地描述水轮机在各种运行工况下的综合特性。可分为:(1)模型综合特性曲线：是以单位转速和单位流量为纵横坐标而绘制的几组等值线。有等效率线、导叶等开度线、等气蚀系数线、混流式水轮机的出力限制线、转浆式水轮机转轮等转角线(2)运转综合特性曲线：是在转轮直径D1和转速n为常数时，一水头H和出力N为纵横坐标而绘制的几组等值线。等效率线、等吸出高度线、出力限制线、有时还有导叶等开度线、转桨式水轮机叶片等转角线。系列型谱：型谱参数表中选出电站水头范围（Hmax及

10、Hmin）与之基本相符的水轮机型号。模型水轮机与原型水轮机的差别：(1)原型机过流表面的相对粗糙度较小；(2)原型机使用水头较高，相对水力损失较小；(3)模型水轮机的容积与机械损失不可能按其所需的相似关系缩小。因此，原型水轮机的总效率高于模型水轮机的总效率。水轮机选型设计的主要内容：(1)选择水轮发电机组的台数及单机容量。(2)选择水轮机的型号及装置方式。(3)确定水轮机的轴功率、转轮直径、同步转速、吸出高度、安装高程等主要参数。方法：一、机组台数及单机容量的选择：水电站总装机容量等于机组台数和单机容量的乘积。在总装机容量确定的情况下，采用方案比较法择优确定装机台数。1、尽可能选用相同型号的机

11、组2、大多数情况下机组台数用偶数3、机组台数一般不少于2台4、不宜选择过多的机组台数。二、水轮机型号及装置方式的选择：根据水轮机系列型谱选择、套用机组法。模型综合特性曲线选择水轮机的主要参数基本步骤：首先根据模型综合特性曲线，利用相似公式计算出原型水轮机的主要参数；然后把已选定的原型水轮机主要参数换算成模型参数，绘在模型综合特性曲线图上，以检验所选的参数是否合适，如果合适，则这些参数即为所选参数。1.转轮直径D1的计算2.转速n的计算3.效率换算及单位参数修正4.工作范围的检验5.吸出高度Hs的计算6.水轮机安装高程Zs的计算。水轮机调节的主要任务：(1)根据系统负荷变化迅速调节机组出力，以满

12、足系统的负荷要求；(2)在系统负荷发生短周期的、不可预见的波动时，调整系统频率，并维持机组转速在规定范围内。(3)其它任务：机组起动、并网及停机等。水轮机调节的原理：只有Q是易于改变的。因此，通常将Q作为水轮机的被调节参数，通过改变Q来改变Mt。调速器的分类：按其组成元件的工作原理，分为：（1）机械液压调速器（2）电气液压调速器（3）微机电液调速器。混凝土蜗壳的水力计算：1、蜗壳进口断面面积：Fc=Qmaxo/360Vc 2、将进口断面画在图的右上方3、以虚线画出若干个中间断面4、绘出F=f（R）关系曲线5、按Fc=Qmaxo/360Vc 在图的左下方并列绘出的F=f（）直线6、绘制出蜗壳断面

13、和平面的单线图。气蚀的防护：1设计制造：采用合理的翼型；提高翼型曲线的加工精度和叶片表面的光洁度；选用耐蚀、耐磨性能较好的材料等。2运行维护：拟定合理的水电站运行方式；在尾水管进口补气、叶片补焊等。3工程措施：选择合理的水轮机安装高程；设置沉沙、排沙设施等。水轮机模型试验步骤：1、按比例将原型水轮机缩小为模型水轮机，D1m=250、350、460mm。2、模型试验水头Hm=26m。3、模型试验流量Qm=2030L/s。4、测定各工况下的工作参数5、通过公式换算和修正得出该轮系的综合参数6、试验中固定Hm，改变转速Nm和流量Qm。 当水头H，流量Q不同时，为什么反击式水轮机转轮的外型不相同？ 混

14、流式水轮机转轮为适应不同水头和流量的要求，其形状不同，以D1表示转轮进水口边最大直径，D2表示出口边最大直径，进口边高度用b0表示。高水头，流速大，流量较小，所需进水和出水断面均较小，故，所需用转轮的b0、D2均较小；低水头，流量大，所需进水和出水断面较大，则所用转轮的b0、D2大。 计算题 1、已知水轮机为HL240LJ120，水电站的Hmax=37m, HP=31m, Hmin=25m,尾水位为180 m，各水头对应的气蚀系数为：Hmax时，HP=31m时，Hmin=25m时，。坐环高度b0=0.365D1，确定水轮机的安装高层。解：1）计算吸出高度可得吸出高度分别为0.18，1.43，2.8。2）计算安装高程取吸出高度为179.4米立轴混流式水轮机：Zs=Za+Hs+b0/2立轴混流式水轮机：Zs=Za+Hs+XD1-