水轮机结构及工作原理

水轮机结构

2010-4-23

（一）、水轮机简介

水轮机是水电厂将水轮转换为机械能的重要设备。

1、按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。反击型利用水流的压能和动能，冲击型利用水流动能。

2、反击式水轮机中又分为混流式水轮机、轴流式水轮机、斜流式水轮机和贯流式水轮机四种；

3、冲击式中又分为水斗、斜击和双击式三种。

1）、混流式水轮机：

水流从四周沿径向进入水轮机转轮，近似轴向流出

应用水头范围：30m~700m

特点：结构简单、运行稳定且效率高

2）、轴流式水轮机

水流在导叶与水轮机转轮之间由径向运动转变为水轮机轴向流动

应用水头：3~80m

特点：适用于中低水头，大流量水电站

分类：轴流定桨式水轮机、轴流转桨式水轮机

3）、冲击式水轮机

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经转变为高速射流，冲击转轮叶片作功。

水头范围：300~1700m 适用于高水头，小流量机组。

（二）、水轮机主要类型归类

二、 水轮机主要基本参数

1、水轮机主要基本参数

水头：Hg、H、Hmax、Hmin、Hr（设计水头）

流量：Q

转速:f=np/60

出力：N=9.81QHη（Kw）

效率：η

2、水轮机型式代号

混流式水轮机：HL

斜流式水轮机：XL

轴流转桨式水轮机：ZZ

轴流定桨式水轮机：ZD

冲击（水斗式）水轮机：CJ

双击式水轮机：SJ

斜击式水轮机：XJ

贯流转桨式水轮机：GZ

贯流定桨式水轮机：GD

对于可逆式，在其代号后增加N

3、混流式水轮机 型号：HL100—LJ—210

HL：代表混流式水轮机

100：转轮型号（也称比转速）

LJ：立式金属蜗壳

210：转轮直径（210厘米）

4、轴流式水轮机

ZZ560—LH—1130

ZZ：轴流转桨式水轮机

560：转轮型号

LH：立式混凝土蜗壳

1130：表示转轮直径为1130厘米

水轮机调速器结构及工作原理

水轮机调速器是水轮机系统中的重要设备，其主要功能是控制水轮机的转速，以满足不同负载工况下的运行要求。本文将从结构和工作原理两个方面介绍水轮机调速器的基本知识。

一、水轮机调速器的结构

水轮机调速器一般由调速机构、液压控制系统和电气控制系统三部分组成。

1. 调速机构

调速机构是水轮机调速器的核心部分，它通过改变水轮机的导叶开度来调节水轮机的转速。调速机构主要由调节器、传动装置和导叶机构组成。

调节器是水轮机调速器的关键部件，它通过接收输入信号，控制传动装置的运动，从而改变导叶的开度。常见的调节器有液压调节器和电动调节器两种。

传动装置是将调节器的运动转化为导叶运动的装置，常见的传动装置有丝杠传动和液压传动两种。

导叶机构是通过传动装置将调节器的运动传递给导叶，改变导叶的开度。导叶机构主要由导叶轴、导叶臂和导叶组成。

2. 液压控制系统 液压控制系统是水轮机调速器的控制部分，它通过控制液压元件的工作状态，实现对调速机构的控制。

液压控制系统一般由液压泵站、液压缸和液压阀组成。液压泵站负责提供液压能源，液压缸负责执行调速机构的运动，液压阀负责控制液压缸的工作状态。

3. 电气控制系统

电气控制系统是水轮机调速器的辅助部分，它通过控制电气元件的工作状态，实现对液压控制系统的控制。

电气控制系统一般由控制柜、传感器和执行器组成。控制柜负责接收输入信号和控制输出信号，传感器负责感知水轮机的运行状态，执行器负责执行控制柜的输出信号。

二、水轮机调速器的工作原理

水轮机调速器的工作原理主要是通过调节水轮机的导叶开度来改变水轮机的转速。

当负载增加时，调速器接收到输入信号后，调节器会发出相应的指令，通过传动装置将运动转化为导叶的运动，导叶的开度逐渐增大。导叶开度增大会减小水轮机叶片与水流的夹角，使水轮机的输出功率增加，从而使转速稳定在设定值附近。

当负载减小时，调速器接收到输入信号后，调节器会发出相应的指令，通过传动装置将运动转化为导叶的运动，导叶的开度逐渐减小。导叶开度减小会增大水轮机叶片与水流的夹角，使水轮机的输出功率减小，从而使转速稳定在设定值附近。

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〕、

混流式水轮机的结构与工作原理分析

引言：

混流式水轮机是一种常见的水力发电设施，利用水流的动能将其转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。本文将对混流式水轮机的结构和工作原理进行详细分析。

一、混流式水轮机的结构

混流式水轮机由以下几个主要部分组成：

1. 水轮机框架：水轮机框架承载着整个水轮机的结构，并将水轮机与发电机连接在一起。

2. 水泵：混流式水轮机的入水部分是一个水泵，用于将水引入水轮机。

3. 水轮机转子：水轮机转子是整个水轮机的核心部件，主要负责将水流的动能转化为机械能。

4. 水轮机导叶：水轮机导叶位于水轮机转子的周围，通过控制导叶角度来控制水流的流向和流量。

5. 水轮机叶片：水轮机叶片是水轮机转子上的可调叶片，用于改变水流通过叶片时的流向和速度。

6. 发电机：发电机是将水轮机转子输出的机械能转化为电能的设备，通过电磁感应原理生成电能。

二、混流式水轮机的工作原理

混流式水轮机的工作原理可以分为下面几个步骤：

1. 水的引入：水首先通过水泵被引入混流式水轮机。 2. 水的控制：水流经过水轮机导叶时，导叶角度的调整可以改变水流的流向和流量。通过控制导叶的开度，可以控制水流进入水轮机转子的形式，从而实现对水轮机的输出功率的控制。

3. 动能转换：当水流通过水轮机转子的叶片时，水流的动能被转化为机械能。水轮机叶片的形状和数量会影响到水流通过叶片时的流向和速度，从而影响机械能的转化效率。

4. 电能产生：水轮机转子输出的机械能被传递给发电机，发电机通过电磁感应原理将机械能转化为电能。电能可以进行输送和利用，供给电网或者使用在其他需要电力的设备中。

三、混流式水轮机的特点和应用

混流式水轮机具有以下特点和应用：

1. 宽广调功范围：混流式水轮机适用于水头较高的水流，工作范围较宽，可以根据需要调整输出功率。

2. 节能环保：由于混流式水轮机可以更好地利用水流的动能，相对于传统的水轮机具有更高的转化效率，可以节约水资源，减少对环境的影响。