第三节 反击式水轮机引水部件

§2-3反击型水轮机导水部分的作用原理当水轮机轴端负荷发生改变时，n 随即改变，要求流量变，以使水轮机的功率与负荷平衡，而在许可的时间内使n 回到原来的位置。

转轮进口的速度矩：000000000001122απαπαctg b Q r ctg b r Q r ctg c r c r c m u u =⋅=⋅=⋅=⋅0b —导叶高度，0α—导叶出流角转轮出口的速度矩：222222222222r ctg A Q r r ctg r c r u r c m u βωβ-=⋅⋅-=2A ——水轮机转轮出口过流面积 2r —转轮出口半径 )(12211∞∞∞⋅-⋅=u u T c r c r gH ωω222002221βαπωωctg A r ctg b H g r Q TT T +⋅+=∴∞改变200,,βαb 均可改变流量§2-4尾水管的工作原理为了更好地利用压力势能，总希望转轮出口的绝对压力gp ρ2减少如果是大气出水则位能（2Z ）和动能（gc 222）白白浪费掉5－5断面至自由表面的0－0断面列能量方程0052555052)(Z h gc Z Z Z =∆-+-+-α5—5断面至自由表面的损失为gc 2255α则⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆----=-52255222222h g c c Z g p g p aααρρ 52-∆h 管中水力损失2Z 静态真空522552222-∆--=∆h gc c hd αα动态真空gch gc c V 2222252255222αααη-∆--=叫尾水管的回能系数§ 2-5流道中介质状态参数的变化 1点T ，v ,p,V驻点OpC VT T22*+=滞止温度1**2**2,-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=+===k kp p TTP p Vh TC h T C h扩压管内的流动)1/(2*22*2)1/(1*11*1222*2211*11121211222----⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=+=+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=k k k k pkk k T T p p T T p p CpC T TC C T Tp p v v T T§2-6变工况的流动分析 一、泵内的流动 1. 设计工况下⎪⎩⎪⎨⎧==∆2211,y y ββββ一致设计安放角与液流角进口速度2.Q 变化时冲角：11ββ-=y i 对工作机 冲角：11y i ββ-=对原动机图2－44中，转速n不变，流量q改变。

第一章水轮机的类型，构造及工作原理第一节水轮机的主要类型水轮机主要利用水能做功，将水能转换为旋转机械能。

列转轮进出口能量方程：即 E p +E c =1 。

根据水流作用原理分：冲击式：E p =0 E C =1 完全利用水流动能；反击式：0<E P <1 E p +E c =1 以利用势能为主。

一反击式水轮机(reaction water turbine)1 特征：转轮的叶片为空间扭曲面，流过转轮的水流式连续的，而且在同一时间内，所有转轮叶片之间的流道都由水流通过，积水流充满转轮室。

2 原理：水流通过转轮叶片时，水流流速的大小、方向均发生变化，因此动量也发生了改变，水流产生反作用力，作用与每个转轮叶片，使转轮产生旋转力矩，从而做功。

3 类型：(1) 、混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。

适用范围：H=30—700 m , 单机容量：几万kW—几十万kW优点：适用范围广，结构简单，运行稳定，效率高，适用高水头小流量电站。

（刘家峡）(2) 、轴流式：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。

(a) 、轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。

改变叶片转角时需要停机进行。

结构简单，效率低。

适用H 、Q 变化不大的情况（工况较稳定），H ：3—50m 。

(b) 、轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度）。

适用水头流量的变化，高效率区广，大中型电站多采用。

H ：3—80m 。

（葛洲坝：17 万kW 、12.5 万kW ，Hr=27m ）。

(3) 、斜流式：水流经过转轮时是斜向的。

转轮叶片随工况变化而转动，高效率区广。

H=40—120m 。

(4) 、贯流式：水轮机的主轴装置成水平或倾斜。

不设蜗壳，水流直贯转轮。

水流由管道进口到尾水管出口都是轴向的。

H<20m, 小型河床电站。

全贯流式：发电机转子安装在转轮外缘。

优点：水力损失小，过流量大，结构紧凑。

第二章水轮机及其选择水力机械❑水轮机+发电机：水轮发电机组❑功能：发电❑水泵+电动机：水泵抽水机组。

❑功能：输水❑水泵+水轮机：抽水蓄能机组。

❑功能：抽水蓄能水轮机水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站动力设备之一。

2.1 水轮机的类型和构造()()()()()()()()()()()()()()⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧ 双击式 斜击式 切击式水斗式冲击式贯流调桨式贯流定桨式贯流转桨式贯流式 斜流式　轴流调桨式　轴流定桨式　轴流转桨式轴流式 混流式反击式水轮机SJ XJ CJ GT GD GZ GL XL ZT ZD ZZ ZL HL一、反击式水轮机❑定义：利用水流的势能和动能做功的水轮机称为反击式水轮机。

❑特征：转轮的叶片为空间扭曲面，流过转轮的水流是连续的，而且在同一时间内，所有转轮叶片之间的流道都有水流通过，即水流充满转轮室。

反击式水轮机类型❑1.混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。

适用范围：H=30-700 m , 单机容量：几万kW-几十万kW适用于高水头小流量电站。

三峡水电站水轮机转轮❑2. 轴流式：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。

轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。

轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度)。

3. 斜流式：水流经过转轮时是斜向的。

转轮叶片随工况变化而转动，高效率区广。

常用于抽水蓄能水电站。

反击式水轮机类型4. 贯流式：水轮机的主轴装置成水平或倾斜。

不设蜗壳，水流直贯转轮。

水流由管道进口到尾水管出口都是轴向的。

适用于低水头、大流量的河床式和潮汐水电站。

二、冲击式水轮机❑定义：利用水流的动能来做功的水轮机为冲击式水轮机。

❑特征：由喷管和转轮组成。

水流以自由水流的形式(P=Pa)冲击转轮，利用水流动能(V方向、大小改变)产生旋转力矩使转轮转动。

第三节反击式水轮机引水部件一、引水室引水室和导水机构是水轮机的两大部件。

引水室是水流进入水轮机的第一个部件。

通过它将水引向导水机构并进入转轮区。

在转轮区工作中对引水室提出下列基本要求。

1(尽可能减少引水室中的水力损失以提高水轮机效率。

2(保证导水机构周围的进水量均匀，水流呈轴对称，使转轮四周受水流的作用力均匀，以便提高运行的稳定性。

3(水流进入导水机构前应具有一定的旋转(环量)，以保证在水轮机的主要工况下导叶处在不大的冲角下被绕流。

4(有合理的断面尺寸及形状，以降低电站厂房投资及便于电站辅助设备的布置(如导水机构的接力器及传动机构的布置)。

5(具有必要的强度及合适的材料，以保证结构上的可靠性及抵抗水流的冲刷。

显然上述各项要求之间是有矛盾的，例如要使水力损失小就须增大引水室尺寸，而增大引水室尺寸又会使厂房投资增加。

因此，对上述各项要求应作统一，全面的考虑。

为了适应不同的流量与水头条件，各种型式电水轮具有不同型式和结构的引水室。

归纳起来有开敞式引水室，罐式引水室和蜗壳式引水室三大类型(图2-24)。

1(开敞式引水室开敞式引水室(图2-25)是有水轮机导水机构外围作与一个开敞的水槽，为了保证水流轴对称及在引水室内水力损失小，其平面尺寸常很大。

由于这种引水室一般是用砖石及混凝土做成，所以只能用于较低水头及小型水轮机。

2(罐式引水室罐式引水室属于闭式，常见的有两种:一种如图2-26所示，水流沿轴向进入水轮机，在进入导水机构前流向急剧转弯致使水流不均匀。

因此这种引水室只适用于小型水轮机。

图2-24引水室的应用范围图2-25 开敞式引水室图2-26 罐式引水室3(蜗壳式引水室如前所述，由于保证沿外围圆周均匀地向水轮机导水机构和转轮径向进水，同时还造成一定的环量(周向流动)，这样，进水室就必须做成过水断面逐渐减小的蜗壳形状。

良好的蜗壳形进水室应能使水流流动损失最小，同时减小厂房尺寸，降低电站投资。

蜗壳是反击式水轮机中应用最普遍的一种引水室，本章将主要介绍这种引水室。