J9九游会AG

业内资讯

水电站水轮机的主要类型

2021-10-17 01:43:12      来源:J9九游会AG      点击:0
水(shui)(shui)(shui)轮机(ji),英(ying)文名称为(wei)turbine, water turbine或 hydraulic turbine,是一种将(jiang)水(shui)(shui)(shui)能(neng)(neng)(water energy)转(zhuan)换成(cheng)旋转(zhuan)机(ji)械(xie)(xie)能(neng)(neng)(rotational mechanical energy)的(de)机(ji)械(xie)(xie)装置。水(shui)(shui)(shui)轮机(ji)通(tong)过主轴(zhou)(main shaft/turbine shaft)带(dai)动发电(dian)(dian)机(ji)(generator)将(jiang)旋转(zhuan)机(ji)械(xie)(xie)能(neng)(neng)转(zhuan)换成(cheng)电(dian)(dian)能(neng)(neng)(electricalenergy)。水(shui)(shui)(shui)轮机(ji)与发电(dian)(dian)机(ji)通(tong)过主轴(zhou)联接而成(cheng)的(de)整体(ti)称为(wei)水(shui)(shui)(shui)轮发电(dian)(dian)机(ji)组(turbine-generator unit),简(jian)称机(ji)组(unit),是水(shui)(shui)(shui)电(dian)(dian)站主要(yao)设备之一,1。
水轮机(ji)种类(lei)很(hen)多,目前按水轮机(ji)对水流(liu)能量的(de)转换(huan)特征(zheng)的(de)不同而(er)分为两大(da)类(lei),即反击式水轮机(ji)(reaction turbine)和冲(chong)击式水轮机(ji)(impulse turbine)。每种水轮机(ji)根据转轮区内水流(liu)流(liu)动特征(zheng)和转轮(runner)结构特征(zheng)的(de)不同又进一步(bu)细(xi)分。

水轮机
(图中箭头代表水流方向,上半部分为发电机,下半部分为水轮机
1. 反击式水(shui)轮机
反击(ji)式(shi)水(shui)轮(lun)(lun)机转(zhuan)(zhuan)(zhuan)轮(lun)(lun)区内的水(shui)流在(zai)(zai)通(tong)过转(zhuan)(zhuan)(zhuan)轮(lun)(lun)叶(ye)(ye)片(runner blade)流道时,始终是连续(xu)的充满整个转(zhuan)(zhuan)(zhuan)轮(lun)(lun)的有压流动,并在(zai)(zai)转(zhuan)(zhuan)(zhuan)轮(lun)(lun)空间曲面型(xing)叶(ye)(ye)片的约束下,连续(xu)不断地改变流速的大(da)小和(he)(he)方(fang)向,从而对转(zhuan)(zhuan)(zhuan)轮(lun)(lun)产生一个反作用力(li),驱动转(zhuan)(zhuan)(zhuan)轮(lun)(lun)旋(xuan)转(zhuan)(zhuan)(zhuan)。当水(shui)流通(tong)过转(zhuan)(zhuan)(zhuan)轮(lun)(lun)后,其动能(neng)(kinetic energy)和(he)(he)势能(neng)(potential energy)(包括位能(neng)和(he)(he)压能(neng))均大(da)部分被(bei)转(zhuan)(zhuan)(zhuan)换成转(zhuan)(zhuan)(zhuan)轮(lun)(lun)的旋(xuan)转(zhuan)(zhuan)(zhuan)机械能(neng)。
反击式(shi)水(shui)轮(lun)(lun)机按转(zhuan)(zhuan)轮(lun)(lun)区内(nei)水(shui)流相对于主轴(zhou)流动(dong)(dong)方向的不同,分为混流式(shi)水(shui)轮(lun)(lun)机(mixed flow turbine)、轴(zhou)流式(shi)水(shui)轮(lun)(lun)机(axial flow turbine)、斜流式(shi)水(shui)轮(lun)(lun)机(diagonal flow turbine)和(he)贯流式(shi)水(shui)轮(lun)(lun)机(tubular turbine)四种。根据转(zhuan)(zhuan)轮(lun)(lun)叶片是否可以(yi)转(zhuan)(zhuan)动(dong)(dong),又将轴(zhou)流式(shi)、斜流式(shi)和(he)贯流式(shi)分为定桨式(shi)水(shui)轮(lun)(lun)机(fixed blade turbine)和(he)转(zhuan)(zhuan)浆(jiang)式(shi)水(shui)轮(lun)(lun)机(adjustable blade turbine)。
1.1 混流式(shi)水轮机
水(shui)流沿径向流入(ru)转轮,然(ran)后以轴向流出转轮。混流式水(shui)轮机又(you)称为弗(fu)朗西(xi)斯水(shui)轮机,因为其由美国工程(cheng)师(Francis)于1849年(nian)发明,应(ying)用(yong)水(shui)头范围广、结构简(jian)单、运行(xing)稳定且效(xiao)率高,是(shi)目前应(ying)用(yong)最(zui)广泛的(de)一种水(shui)轮机。
混(hun)流(liu)式水轮机三维结构(gou)动画演示(shi)
1.2 轴流式水轮机
水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)流在(zai)导叶与转(zhuan)轮(lun)(lun)之间(jian)由径(jing)向(xiang)流动(dong)(dong)转(zhuan)变为(wei)(wei)轴(zhou)(zhou)向(xiang)流动(dong)(dong),而在(zai)转(zhuan)轮(lun)(lun)区(qu)内保持轴(zhou)(zhou)向(xiang)流动(dong)(dong)。根据转(zhuan)轮(lun)(lun)叶片在(zai)运行(xing)中能否转(zhuan)动(dong)(dong),分(fen)为(wei)(wei)轴(zhou)(zhou)流定桨(jiang)式(shi)和(he)轴(zhou)(zhou)流转(zhuan)桨(jiang)式(shi)两种。轴(zhou)(zhou)流定桨(jiang)式(shi)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)轮(lun)(lun)机(ji)的(de)(de)转(zhuan)轮(lun)(lun)叶片是固定不变的(de)(de),因(yin)(yin)而结构(gou)(gou)简单、造(zao)价较(jiao)低(di),但(dan)在(zai)偏离(li)设计工况(kuang)时(shi)效(xiao)率会急(ji)剧下降,因(yin)(yin)此主(zhu)要适用(yong)于水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)头(tou)(head)较(jiao)低(di)、出力(li)(output)较(jiao)小以及水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)头(tou)变化幅度(du)较(jiao)小的(de)(de)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)电(dian)站(zhan)。轴(zhou)(zhou)流转(zhuan)桨(jiang)式(shi)是由奥地利工程师(shi)卡普兰(Kaplan)于1920年发明,故又称为(wei)(wei)卡普兰水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)轮(lun)(lun)机(ji)(Kaplan turbine),其叶片(blade)可根据运行(xing)工况(kuang)的(de)(de)改变而转(zhuan)动(dong)(dong),从(cong)而扩大(da)(da)了高(gao)效(xiao)率区(qu)的(de)(de)范围,提高(gao)了运行(xing)稳定性。但(dan)是,这种水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)轮(lun)(lun)机(ji)需(xu)要有一个操作叶片转(zhuan)动(dong)(dong)的(de)(de)机(ji)构(gou)(gou),因(yin)(yin)此其结构(gou)(gou)较(jiao)复杂,造(zao)价较(jiao)高(gao),一般应用(yong)于水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)头(tou)、出力(li)均(jun)有较(jiao)大(da)(da)变化幅度(du)的(de)(de)大(da)(da)中型(xing)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)电(dian)站(zhan)。


1.3 斜流式水(shui)轮机
水流(liu)(liu)(liu)在(zai)(zai)转(zhuan)轮(lun)区内沿着与主(zhu)轴成某一角度的(de)方向流(liu)(liu)(liu)动。斜流(liu)(liu)(liu)式(shi)(shi)水轮(lun)机是为了提高轴流(liu)(liu)(liu)式(shi)(shi)水轮(lun)机的(de)适用水头而在(zai)(zai)轴流(liu)(liu)(liu)转(zhuan)桨(jiang)式(shi)(shi)水轮(lun)机的(de)基础上(shang)改进(jin)提出的(de)新机型,由瑞士工(gong)程师德里亚(Deriaz)于1956年发明,故又(you)称德里亚水轮(lun)机(Deriaz turbine),其结(jie)构(gou)形式(shi)(shi)及性能(neng)特征与轴流(liu)(liu)(liu)转(zhuan)桨(jiang)式(shi)(shi)水轮(lun)机类似,但由于其倾斜桨(jiang)叶操(cao)作机构(gou)的(de)结(jie)构(gou)特别(bie)复杂,加工(gong)工(gong)艺要求和造价均(jun)较(jiao)高,一般只(zhi)在(zai)(zai)大中型水电站中使用。
1.4 贯(guan)流(liu)式水轮(lun)机
贯(guan)流(liu)(liu)式(shi)水轮(lun)机(ji)(ji)(tubular turbine)是(shi)一种(zhong)流(liu)(liu)道近似(si)直(zhi)筒(tong)状的卧轴式(shi)水轮(lun)机(ji)(ji),不(bu)设引水蜗壳,叶片可采用固定的或可转动的两种(zhong)。根据(ju)发电机(ji)(ji)装置形式(shi)的不(bu)同,可分为全(quan)贯(guan)流(liu)(liu)式(shi)和半贯(guan)流(liu)(liu)式(shi)两类。
全贯流(liu)式(shi)水轮(lun)(lun)机(ji)的发(fa)电机(ji)转子直接安装(zhuang)在转轮(lun)(lun)叶片的外缘,优点是流(liu)道平直、过流(liu)量(liang)大、效率高。但由于转轮(lun)(lun)叶片外缘的线速度大、周线长(zhang),旋转密封困(kun)难,很少使(shi)用。
半贯(guan)流式(shi)水(shui)轮机有轴(zhou)伸式(shi)水(shui)轮机(S-type turbine)、竖井式(shi)水(shui)轮机(pit turbine)和灯泡(pao)式(shi)水(shui)轮机(bulb turbine)。
轴(zhou)伸贯流式水轮发电机组(zu)采用卧式布置,也有倾斜安装的。


竖井贯流式水(shui)轮(lun)(lun)机(ji)是将发电机(ji)组安(an)装(zhuang)在(zai)水(shui)轮(lun)(lun)机(ji)上游侧的一个混凝土竖井中(zhong),水(shui)轮(lun)(lun)机(ji)部分主要由导叶机(ji)构、转(zhuan)(zhuan)轮(lun)(lun)室、转(zhuan)(zhuan)轮(lun)(lun)、尾水(shui)管组成,转(zhuan)(zhuan)轮(lun)(lun)主轴伸入混凝土竖井中(zhong),通过(guo)齿轮(lun)(lun)箱等增速装(zhuang)置(zhi)连接到(dao)发电机(ji)。


灯(deng)(deng)泡(pao)贯流(liu)式(shi)水(shui)轮(lun)机(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)组(zu)的发(fa)电(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)密封安装在(zai)(zai)(zai)(zai)水(shui)轮(lun)机(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)上游(you)侧一个灯(deng)(deng)泡(pao)型的金属壳(qiao)体中(zhong)(zhong),发(fa)电(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)水(shui)平方(fang)向安装,发(fa)动(dong)机(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)主(zhu)轴直(zhi)接连(lian)接水(shui)轮(lun)机(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)转轮(lun)。灯(deng)(deng)泡(pao)贯流(liu)式(shi)水(shui)轮(lun)机(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)组(zu)的水(shui)轮(lun)机(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)部分由转轮(lun)室、导(dao)叶机(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)构、转轮(lun)、尾(wei)水(shui)管组(zu)成(cheng);发(fa)电(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)轴直(zhi)接连(lian)接到转轮(lun),一同安装在(zai)(zai)(zai)(zai)钢(gang)制(zhi)灯(deng)(deng)泡(pao)外(wai)壳(qiao)上,发(fa)电(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)在(zai)(zai)(zai)(zai)灯(deng)(deng)泡(pao)壳(qiao)内,转轮(lun)在(zai)(zai)(zai)(zai)灯(deng)(deng)泡(pao)尾(wei)端,发(fa)电(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)轴承通(tong)过轴承支持环固定在(zai)(zai)(zai)(zai)灯(deng)(deng)泡(pao)外(wai)壳(qiao)上,转轮(lun)端轴承固定在(zai)(zai)(zai)(zai)灯(deng)(deng)泡(pao)尾(wei)端外(wai)壳(qiao)上,发(fa)电(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)轴前端连(lian)接到电(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)滑环与转轮(lun)变桨控制(zhi)的油路装置。钢(gang)制(zhi)灯(deng)(deng)泡(pao)通(tong)过上支柱、下支柱固定在(zai)(zai)(zai)(zai)混凝土基础中(zhong)(zhong),上支柱也是人员出入(ru)灯(deng)(deng)泡(pao)的通(tong)道。


2.冲击式水轮机
冲击式水轮机的转轮始终处于大气中,来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已转变成高度自由射流(high speed water jet),该射流冲击转轮的部分轮叶,并在轮叶的约束下发生流速大小和方向的改变,从而将其动能大部分传递给轮叶,驱动转轮旋转。在射流冲击轮叶的过程中,射流内的压力基本保持大气压不变,而转轮出口流速明显的减少。
冲(chong)(chong)击式(shi)(shi)水轮(lun)(lun)机按射流冲(chong)(chong)击转轮(lun)(lun)的方(fang)式(shi)(shi)不同(tong),分为水斗式(shi)(shi)水轮(lun)(lun)机(tangential flow turbine)、斜击式(shi)(shi)水轮(lun)(lun)机(turgo turbine)和双(shuang)击式(shi)(shi)水轮(lun)(lun)机(cross flow turbine)。
2.1 水(shui)斗式水(shui)轮机
从喷嘴(zui)出来的高速自由射流沿转轮(lun)圆(yuan)周切(qie)线方向(xiang)垂直冲击轮(lun)叶。水(shui)斗(dou)式水(shui)轮(lun)机由美国工程师培尔(er)顿(Pelton)于(yu)1989年发明,又称为培尔(er)顿水(shui)轮(lun)机(Pelton turbine)。水(shui)斗(dou)式水(shui)轮(lun)机适用于(yu)高水(shui)头、小流量(liang)的水(shui)电站。


2.2 斜击式水轮机
从(cong)喷嘴(zui)出来的自由射流沿着与(yu)转(zhuan)轮(lun)(lun)旋转(zhuan)平面成一(yi)角度的方向,从(cong)转(zhuan)轮(lun)(lun)的一(yi)侧进入轮(lun)(lun)叶,再从(cong)一(yi)侧流出轮(lun)(lun)叶。与(yu)水(shui)斗式水(shui)轮(lun)(lun)机相比,斜击式水(shui)轮(lun)(lun)机过流量大(da),但(dan)效率(lv)较低,一(yi)般多(duo)用(yong)于(yu)中小型水(shui)电站(zhan)。
2.3 双击式水轮机(ji)
从喷嘴出来的射流先后两次冲(chong)击(ji)转轮叶片。