多种水轮发电机组结构原理

水轮机原理及构造1、概述混流式水轮机工作原理：水流经压力钢管在开启蝶阀后进入蜗壳形成封闭的环流〔形成环流是为了使水流作用转轮时，使转轮各方向受力均匀，到达机组稳定运行的目的〕，在导叶开启后，水流径向进入转轮又轴向流出转轮〔所以称之为混流式水轮机〕，在这个过程中由水流和水轮机的相互作用，水流能量传给水轮机，水轮机开始旋转作功。

水轮机带动直流励磁的同步发电机转子旋转后，根据电磁感应原理〔问题〕，在三相定子绕阻中便感应出交流电势，带上外负荷后便输出电流。

注：电磁感应闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生感应电流，这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。

①产生感应电流的必要条件是：a、电路要闭合；b、闭合电路中一部分导体做切割磁感线运动，缺一不可；假设是闭合电路的一部分导体，但不做切割磁感线运动则无感应电流，假设导体做切割磁感线运动但电路不闭合，导体上仍无感应电流则导体两端有感应电压。

②感应电流的方向跟磁场方向和导体切割磁感线运动方向有关三者互相垂直，改变磁场方向或改变导体切割磁感线方向都会改变感应电流的方向。

③在电磁感应现象中机械能转化为电能。

应用：发电机是根据电磁感应原理制成的，它使人们大规模获得电能成为现实。

①交流发电机主要由转子和定子两部分组成，另外还有滑环、电刷等。

②交流电的周期与频率周期和频率是用来表示交流电特点的两个物理量，周期是指交流发电机中线圈转动一周所用的时间，所以单位是“秒”；频率是指每秒钟内线圈转动的周数，它的单位是“赫”。

我国使用的交流电周期为0.02秒，频率是50赫，其意义是发电机线圈转一周用时0.02秒，即1秒内线圈转50周，因为线圈每转一周电流方向改变两次，所以，频率为50赫的交流电在1秒钟内方向改变100次。

2、水轮机的主要类型：水轮机基本类型有：还击式冲击式还击式：混流式〔HL〕、东风：HLA722C-LJ-192HL混流式水轮机设计序号为A722C为L立轴J金属蜗壳192转轮直径为192cm轴流式〔ZL〕：轴流转桨式〔ZZ〕轴流定桨式〔ZD〕、斜流式〔XL〕、贯流式〔GL〕：贯流转桨式〔GZ〕贯流定桨式〔GD〕特点：将位能〔势能〕、动能转换为压能，进行工作；转轮完全淹没在密闭的水体中。

水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。

早在公元前100年前后，中国就出现了水轮机的雏形——水轮，用于提灌和驱动粮食加工器械。

现代水轮机则大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。

在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。

作完功的水则通过尾水管道排向下游。

水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。

水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。

冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。

冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类。

斜击式水轮机的结构与水斗式水轮机基本相同，只是射流方向有一个倾角，只用于小型机组。

早期的冲击式水轮机的水流在冲击叶片时，动能损失很大，效率不高。

1889年，美国工程师佩尔顿发明了水斗式水轮机，它有流线型的收缩喷嘴，能把水流能量高效率地转变为高速射流的动能。

理论分析证明，当水斗节圆处的圆周速度约为射流速度的一半时，效率最高。

这种水轮机在负荷发生变化时，转轮的进水速度方向不变，加之这类水轮机都用于高水头电站，水头变化相对较小，速度变化不大，因而效率受负荷变化的影响较小，效率曲线比较平缓，最高效率超过91％。

20世纪80年代初，世界上单机功率最大的水斗式水轮机装于挪威的悉·西马电站，其单机容量为315兆瓦，水头885米，转速为300转／分，于1980年投入运行。

水头最高的水斗式水轮机装于奥地利的赖瑟克山电站，其单机功率为22.8兆瓦，转速750转/分，水头达1763.5米，1959年投入运行。

反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。

在混流式水轮机中，水流径向进入导水机构，轴向流出转轮；在轴流式水轮机中，水流径向进入导叶，轴向进入和流出转轮；在斜流式水轮机中，水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮，或以倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮；在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。

水轮发电机组组成部件及作用以水轮发电机组组成部件及作用为题，我们来详细介绍一下水轮发电机组的构成和各个部件的作用。

水轮发电机组是一种利用水能转化为电能的装置，由水轮机、发电机和辅助设备组成。

下面我们逐个介绍各个部件的作用。

1. 水轮机：水轮机是水轮发电机组的核心部件，负责将水能转化为机械能。

它通常由水轮机转轴、叶片和水轮机壳体组成。

水轮机转轴接受水流的冲击力，转动起来带动叶片旋转，通过机械传动将旋转的动能传给发电机。

2. 发电机：发电机是水轮发电机组中的另一个重要部件，负责将机械能转化为电能。

它通过转子和定子之间的相对运动，利用电磁感应原理产生电流。

转子是由转子轴和磁铁组成，定子是由定子线圈和铁芯组成。

当转子旋转时，磁铁产生变化的磁场，使定子线圈中的电流产生变化，从而产生交流电。

3. 水轮机进水系统：水轮机进水系统主要包括进水管道、调节门和水轮机进口。

进水管道将水引入水轮机，调节门用于调节水的流量和水轮机的运行状态，水轮机进口则是水流进入水轮机的入口。

4. 冷却系统：水轮机发电过程中会产生热量，为了保证水轮机的正常运行，需要使用冷却系统对其进行冷却。

冷却系统由冷却水管道、冷却水箱、冷却水泵等组成，通过循环供水的方式将冷却水流经水轮机和发电机，降低其温度。

5. 调速系统：调速系统用于控制水轮机的转速，以保证发电机输出电能的稳定。

调速系统由调速器和执行机构组成，通过检测发电机输出电能的频率，调整调速器的开度，从而控制水轮机的进水量，实现对转速的调节。

6. 电气控制系统：电气控制系统负责对水轮发电机组的电气设备进行监控和控制。

它包括发电机的电气保护装置、电气控制柜、自动调节装置等。

电气控制系统可以实现对发电机的启动、停止、调速等操作，并对发电机运行时的电压、电流、频率等参数进行监测和保护。

以上是水轮发电机组的主要组成部件及其作用。

水轮机负责将水能转化为机械能，发电机将机械能转化为电能，进水系统、冷却系统、调速系统和电气控制系统则分别起到引水、冷却、调速和控制的作用。

水力发电机组工作原理
水力发电机组利用水流的动能来产生电能。

具体工作原理如下：
1. 水源供给：水力发电机组需要有充足的水源供给。

通常，水会从水库、河流或自然湖泊中引入。

2. 水流控制：水流通过堤坝或闸门进行调节和控制。

这样可以控制流入水轮机的水量和水压。

3. 水轮机的工作：水流进入水轮机，推动叶片转动。

水轮机通常由水轮、轴和发电机组成。

水轮利用水流的动能转动，通过轴传递转动力量给发电机。

4. 电能输出：水轮机转动的同时，发电机也被带动转动。

发电机内部的绕组通过磁场感应原理，将机械能转化为电能。

这样产生的交流电经过变压器，最终输出为符合要求的电能。

需要注意的是，水力发电机组的效率与水的流量、水压和水轮机的设计有关。

通过合理控制水流和优化水轮机设计，可以提高发电机组的工作效率。

水轮发电机工作原理
水轮发电机工作原理如下：
水轮发电机由水轮机驱动。

它的转子短粗，机组的起动、并网所需时间较短，运行调度灵活，除一般发电外，特别宜于作为调峰机组和事故备用机组。

水轮发电机组的最大容量已达80万千瓦。

柴油发电机由内燃机驱动。

它起动迅速，操作方便，但发电成本高，主要用作应急备用电源，或在大电网没有达到的地区和流动电站使用。

容量多在几千瓦至几千千瓦之间。

柴油机轴上输出的转矩呈周期性脉动，须防止共振和断轴事故。

水轮发电机的转速将决定发出的交流电的频率，为保证这个频率的稳定，就必须稳定转子的转速。

为了稳定转速，可采用闭环控制的方式对原动机（水轮机）转速进行控制，即将发出的交流电的频率信号采样，并将其反馈到控制水轮机导叶开合角度的控制系统中，去控制水轮机的输出功率，通过反馈控制原理，就可以让发电机的转速稳定了。

水力发电的原理过程
水力发电的原理过程如下：
1.水库蓄水：水力发电站通常建在水库上游，当水库蓄满水后，水库中的水通过流量控制设备进入水轮机。

2.水轮机运转：水流进入水轮机，推动水轮机的叶轮旋转。

水轮机可以是以水流方向为轴旋转的水轮机，也可以是以垂直于水流方向旋转的水轮机。

常见的水轮机有水轮发电机组和水轮压缩机组。

3.发电机发电：水轮机将流经的水流动能转换为机械能，进而驱动发电机转动。

发电机通过磁场和导线之间的相互作用，将机械能转化成电能。

发电机所产生的交流电经过变压器，转化为适合输送的高压电力。

4.输电输送：输电线路将发电机产生的高压电力输送到消费者所在地。

为了减少输电损耗，通常采用高压输电。

在输送过程中，可能需要通过变压器将电能变为低压电力，以适应用户的需求。

5.供电使用：输电线路将电力送到消费者，供给消费者使用。

电力可以用于家庭、工业、商业等各个领域。

总体来说，水力发电利用水的动能转化为机械能，再经过发电机转化为电能，最
终供给给用户使用。

这种能源转化的过程可以有效利用水资源，减少对化石能源的依赖，并具有环保和可再生的特点。

水轮发电机的种类及原理
水电厂的发电机都为同步电机，它能把原动机（水轮机）的机械能转变成电能。

当转子被原动机拖动旋转时，定子绕组不断切割磁力线，就在其中感应出电动势。

导线切割磁力线能产生感应电动势，将导线连成闭合回路，就有电流通过，同步发电机就是利用电磁感应原理将机械能转变为电能的。

发电机分为直流发电机和交流发电机两大类。

后者又可分为同步发电机和异步发电机两种。

现代发电站中最常用的是同步发电机。

这种发电机的特点是由直流电流励磁,既能提供有功功率，也能提供无功功率,可满足各种负载的需要。

异步发电机由于没有独立的励磁绕组，其结构简单，操作方便，但是不能向负载提供无功功率，而且还需要从所接电网中汲取滞后的磁化电流。

因此异步发电机运行时必须与其他同步电机并联，或者并接相当数量的电容器。

这限制了异步发电机的应用范围，只能较多地应用于小型自动化水电站。

水轮发电机结构形式有以下几种：
1）卧式结构卧式结构的水轮发电机通常有冲击式水轮机驱动。

2）立式结构国产水轮发电机组广泛采用立式结构。

立式水轮发电机组通常由混流式或轴流式水轮机驱动。

立式结构又可分为悬式和伞式。

发电机推力轴承位于转子上部的统称为悬式,位于转子下部的统称为伞式。

3）贯流式结构贯流式水轮发电机组由贯流式水轮机驱动。

贯流式水轮机是一种带有固定或可调转轮叶片的轴流式水轮机的特殊型式。

它的主要特征是转轮轴线采取水平或倾斜布置,并与水轮机进水管和出水管水流方向一致。

贯流式水轮发电机具有结构紧凑,重量轻的优点,广泛用于低水头的电站中。