葛洲坝水电站水轮机介绍63页PPT

轴流转桨式
水轮机
第一节 概述
• 轴流式轮机的特点：水轮 机的水流在进入转轮之前， 流向已经变得与水轮机主 轴中心经平行，因此水流 在经过转轮时沿轴向进入 而又依轴向流出。
概述
• 轴流转桨式水轮机在运行时转轮的叶片是 可以转动的，并和导叶的转动保持一定的 协联关系，以适应水头和流量的变化，使 水轮机在不同的工况下都能保持有较高的 效率。
原型机工作特性曲线：
工作特性曲线
η(%)
90.0 86.0
32 28.5
24.72
35.87
35.87 32 28.5 24.72
82.0 4.00
8.00
12.00 16.00 20.00 24.00 28.00 32.00 N(MW)
第三节 特性曲线
原型机运转特性曲线：
Hs(m)
2.00
Hmin
出水设备
直锥形尾水管：
• 特点：直锥形尾水管 一般用钢板制成，其 结构简单性能良好， 在各部尺寸选得合宜 时，其动能恢复系数 可达0.8～0.85.它仅 适用于小型水轮机。
出水设备
弯锥形尾水管：
• 特点：它是由一个等 直径的90°弯管和一 直锥管组成。水力损 失较大，尾水管的动 能恢复系数一般为 0.4～0.6。适用于小 型卧轴混流式水轮机。
进水设备
混凝土蜗壳：
• 考虑到蜗壳顶部布置接力器的方便多采 用m=n和m>n的（a)、(b)两种形式。
• 当水电站的死水位较高，地基为岩基时， 为了减少进口段的开挖，多采用m<n (c) 的形式。
• n=0的平顶蜗壳可以减小厂房下部混凝土 量，但须注意由于断面的过分下伸会形 成水流的死角的情况。
进水设备

3、活动导叶及其传动机构 主要包括活动导叶（32个活动导叶/1台机组）、分瓣键、
拐臂、剪断销、连接板、连杆、剪断销信号器等。 导叶由瓣体、上、下轴颈组焊成。瓣体是由60毫米厚钢板
压制成型焊接的空心体。 在导叶立面及导叶与顶盖和底环的上下端设有密封橡皮条。 导叶轴颈及导水机构各传动关节均采用具有自润滑性能的
三、水轮机各部分结构特点
（一）基础部分
包括：尾水管里衬和尾水管，排沙底孔与蜗壳上
Ф900进人门以及尾水管、蜗壳和排沙底孔上Ф800的盘
型排水阀。
1、尾水管 其主要作用：1）、将水流平顺的引到下游；2）、利用转轮出 口的动能和位能。为弯肘型。 2、尾水管里衬 为了防止尾水管里水流对边壁的冲刷，在水流速度较高的尾水 管锥管段上敷设16毫米的里衬，高6.347米，分两段。为了便于在 运行过程中进行观测，监视与安装检修方便，在里衬设有600*800 （毫米）的方形门。
（二）、埋入部分 包括：蜗壳、座环、转轮室上、中、下环及机坑里衬。
1、蜗壳 为混凝土蜗壳，不对称梯型段面，包角180度，最大平面宽
26.8米（包括宽度2.75米的中墩2个），蜗壳与座环连接区段敷 有10毫米厚钢板里衬，以防渗漏和冲刷。
2、座环 座环是水轮机的基础部件，除了承受水压力作用外，
还承受整个机组和机组段混凝土重量。为支墩式组装 结构，由钢板焊接的上环和17（16+1）个固定导叶支 墩组装成。
底环、上环、下环等过流部件进行喷涂环氧金刚砂涂料保护层； • 金刚砂抗磨蚀材料对机组过流部件固定部分（除转轮室中环外）
的四年保留量达90%以上；对叶片背面的保护效果不理想，约 80%左右，主要是叶片背面强汽蚀区的四年保留量为零。
2、水导轴承 作用：承受由主轴传来的径向力和摆动力;固定机组轴线位置，

02
水电站水轮发电机的结构与组 成
水电站水轮发电机的主体结构
01
02
03
转子
转子是水轮发电机的核心 部件，由主轴、磁轭和励 磁绕组组成，用于产生旋 转磁场。
定子
定子固定在水轮发电机机 座上，由铁芯和绕组组成 ，用于产生感应电动势。
轴承
轴承是连接水轮发电机转 子和机座的部件，用于支 撑转子并传递扭矩。
《水电站水轮发电机》 ppt课件
目录
Contents
• 水电站水轮发电机概述 • 水电站水轮发电机的结构与组成 • 水电站水轮发电机的运行与维护
目录
Contents
• 水电站水轮发电机的故障诊断与处 理
• 水电站水轮发电机的未来发展与展 望
01 水电站水轮发电机概述
水电站水轮发电机的定义与特点
监测电机电流、电压、功率等 电气参数，判断电气系统状态
。
油液分析
通过对润滑油和液压油的化验 分析，判断机械部件磨损情况
。
控制系统自诊断
利用控制系统的自诊断功能， 检测控制电路板、传感器和执
行器的工作状态。
水电站水轮发电机的故障处理措施
定期维护保养
按照规定周期对水轮发电机进 行维护保养，确保机器处于良
智能化控制技术
引入先进的传感器和控制系统，实 现水轮发电机的远程监控和智能控 制。
复合材料的应用
利用复合材料提高水轮机的耐磨、 耐腐蚀性能，延长使用寿命。
水电站水轮发电机在新能源领域的应用
抽水蓄能电站
利用水轮发电机进行抽水蓄能，解决电网调峰问题。
潮能、波浪能发电
结合水轮发电机技术，开发利用潮汐能和波浪能等新能源。
控制系统

• • •
轴流转桨式水轮机结构：
由受油器、主轴、转轮、导水机构、 导轴承、主轴密封、蜗壳、座环、基础 环、转轮室、尾水管、真空破坏阀等组 成。
轴流转桨式水轮机各部件结构及作用
主轴 结构：双法兰主轴-----一端与水轮机转轮体上
端法兰联接，另一端与发电机转子下端法兰联 接；轴心为空，用于装操作油管；在与水导轴 承接触部分制作有轴领(采用稀油润滑分块瓦轴 承；可锻造或焊接)。 作用：1、连接转轮构成水轮机转动部分； 2、传递能量； 3、承受轴向水推力和转动部分的重量。
形尾水管。
作用：1、将水流平顺的引到下游；
2、利用转轮出口的动能和位能。
主轴密封
采用双层平板密封结构，在两平板空腔中 通清洁水。工作中允许有少量漏水，漏水自 流到轴承锥体下环内。密封水压0.05～ 0.2MPa。 轴承密封下部，密封底座下法兰处 装有橡胶围带检修密封，当停机时，围带内 充气压力为4－7公斤/厘米2。机组启动时， 围带内的气压撤除。 在橡胶平板上开设12个楔形槽，均匀分布在 平板圆围，楔形槽呈三项式角形，顺水流方 向逐渐变浅，且不将平板径向开通，最大深 度约2．5mm，以便水箱中的水进入平板进行 润滑和冷却。 水封压力为P=轮叶前压力+0.O3--O.O5MaP
内。
作用：上法兰与底环联接，下法兰与转
轮室中环上法兰相联。
转轮
结构：转轮体、叶片、枢轴、转臂、操 作架、轮叶接力器、叶片密封装臵等组 成，如下图：
转轮体：
轴流式水轮机中多采用球形结构，主要用来装 臵和布臵转桨机构，一般整体铸造, 其下部与 连接体（或泄水锥）联接。
转轮体
叶片
是转轮中最重要的能量转换部件，一方面 承受叶片正背面水压差所形成的弯曲力矩，另 一方面承受水流作用于叶片上的扭转力矩，同 时还要 承受旋转后离心力，受力最大点在根部。

• 表3-3，表3-4（p73): 反击式水轮机转轮暂行系列型谱 • 可根据电站水头直接从型谱表中选择适用的机型 • 有两种以上的机型可选时，应做方案比较
（2）采用套用机组和通用机型
• 要求设备系列化、标准化、通用化 • 水轮发电设备制造和已建电站的运行情况
N 3000kW
大中型机组
D1 2.75m
三、用主要综合特性曲线选择水轮机的主要参数
• 过程：
• 根据相似公式计算出原形水轮机的主要参数（D1、n) • 把已选定的原形水轮机参数反过来换算成模型参数 • 将模型参数放置到模型主要综合特性曲线上，检验所选水轮机工作
条件是否合理（即检验高效区）
• 步骤：
• 选择计算点→n’1, D’1 → D1，n
用此△η对一般效率进行修正，即 p m • 转桨式：由于ηmmax= ηm（φ），故每个φ应分别修正
在不同的φ角下， △η值也不同
• 单位转速n‘1和单位流量Q’1的修正
• 前一节中，理论上认为原、模型n’ 、Q’1一致 • 实际上，考虑原、模型水轮机的效率差别后，原、模
型n’1 、Q’1就不一致 • 原、模型n’1 、Q’1的修正原因：水轮机的效率差别，特
D1,m D1, p
• •
轴流式 说明
p max
1 0.3(1mmax ) 0.7(1mmax )5
D1,m D1, p
10 Hm Hp
1. 已知ηmmax→ηpmax 2. 公式中ηm 应取最大值 3. 对于混流式水轮机， 最优效率点是唯一的
轴流转桨式， ηmmax= ηm（φ），每一个φ→ ηmmax 效率修正时应分别对待
• N总、Hr 已定的情况下 • 不同机组台数，则单机容量、转轮直径、转速、型号

反击式水轮机
混流式水轮机：幅向流入、轴向流出 轴流式水轮机：轴向流入、轴向流出
定桨 转桨
斜流式水轮机：斜向流入、斜向流出
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贯流式水轮机
全贯流式 半贯流式（灯泡式、轴伸式、竖井式）
冲击式水轮机 水斗式水轮机 斜击式水轮机 双击式水轮机
1、水轮机根据能量转换特征分为哪几类?反击式水轮机及冲击式 水轮机又是如何分类的?
2、试说明各型水轮机的特点及其应用范围。
3、水轮机型号由哪几部分代号组成，各代号的含义?试举两个实 例加以说明。
4、反击式水轮机引水机构的构造及各部件的作用是什么？
5、反击式水轮机导水机构的构造、作用及其工作原理?
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二、水轮机的主要组成部分及其作用
反击式水轮机
o混流式水轮机 –引水机构：水轮机室和座环 –导水机构：导叶及传动机构组成 –转轮：上冠、下环及叶片组成 –泄水机构：尾水管
o轴流式水轮机 –定桨式转轮 –转桨式转轮：转角与导叶开度协联动作
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6、试说明混流式水轮机转轮及轴流式水轮机转轮的构造及各组 成部分的作用。
7、试阐述尾水管的作用及其动能回收系数。
8、试说明冲击式水轮机的构造及其各组成部件的作用。
水轮机的基本类型、组成和安装高程 水轮机的工作原理、特性及选择 水轮机的调速设备
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第四章 水轮机的基本类型、组成和安装高程

三角形是相同的；每一个出
口点的速度三角形也是相同
的。
根据恒定流假定可知，任一水流质点在转轮进口
的运动状态及其流动到转轮出口的运动状态可由
同一时刻该流面上任意进、出口点的速度三角形 表示。
速度与分速度的空间矢量关系
第二节 水轮机工作的基本方程式
一、动量矩定理 单位时间内水流对转轮的动量矩改变，应等于
水流在水轮机的蜗壳、导水叶及尾水管中的流动 假定是恒定流。 水流在转轮内的流动相对于转轮旋转坐标而言，
也假定是恒定流。
水流在转轮中的运动非常复杂，上述假定可以简
化分析。
三、水流运动是空间三元流
水流运动规律用速度三角形表达
V U W V ——水流绝对流速（相对于地球） —— 水流流动的牵连流速 U
所以
E2 B
5V52
2g
h25
设尾水管后，转轮所获得能量：
EB E1 E2 B H1 (
水轮机多获得的能量：
5V5
2g
2
h25 )
2V22 5V52 E EB E A H 2 ( h 25 ) 2g
设置尾水管以后，在转轮出口形成了压力降低， 出现了真空现象，真空由两部分组成：
Wk2 W22 V22 Hs ( w ) 2g 2g pa
K点的真空值Hk.v：
pa pk Wk2 W22 V22 H kv H s ( w ) 2g 2g
w 为尾水管动能恢复系数。
静力真空Hs是吸出高度，取决于水轮机的安装 高程，与水轮机的性能无关； 动力真空hk与转轮叶型、水轮机工况、尾水管
汽泡产生反作用力向外膨胀，压力升高，水流质点

9
No Image
水轮机型号：
水轮机型号：□ □ － □ □－□ 1 2 3 45
1、 水轮机类型 HL：混流式，XL：斜流式，ZD：轴流定桨式，ZZ：轴流转桨 式，GD：贯流定桨式，GZ：贯流转桨式 QJ：切击式，XJ：斜击式，SJ：双击式 2、 转轮型号（效率88%，水头以m计，出力以kW计的比转 速） 3、 主轴布置方式——L：立轴布置，W：卧轴布置 4、引水室特征——M：明槽引水，J：金属蜗壳，H：混凝土 蜗壳，P：灯泡式，G：罐式，S：竖井式，X：虹吸式，Z：轴 伸式 5、转轮标称直径（cm）
（2）流量Q
单位时间内通过水轮机的水流体积称为流量，其代表符号为Q ，单位为m³/s.
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（3）出力P和效率Ƞ
水轮机出力是水轮机轴端输出的功率，常用符号P表示，常用单位Kw。
水轮机的输入功率为单位时间内通过水轮机的水流的总能量，即水流的出力
，常用符号Pn表示，则Pn=rQH=9.81QH (Kw)
12
No Image
3、转动部分
转动部分包括转轮、主轴、护罩等部件。，其中转轮在转动部分极为重要， 以下单独讲解转轮。
。
座环
机坑里衬
蜗壳 预留坑
基础环
尾水管里衬
埋设件安装
能转尾 量轮水 。出管
口作 水用 流： 中用 的来 剩回 余收
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No Image
2、导水机构
2.1 导水机构包括底环、顶盖、导叶、套筒、控制环等零件。
2.2 作用： ①、当机组的负荷发生变化时，用来调节进入水轮机转轮的水量，改 变水轮机的出力，使其与水轮发电机的电磁功率相应。 ②、正常与事故停机时，用来截断水流，使机组停止转动。 ③、水轮机运行时，使水流按有利的方向均匀地流入转轮。

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密封圈 油槽盖
推力瓦 托瓦
支筒 支铁 弹性油箱
推力轴承结构
推力头
卡环
底盘 推力轴承座 挡油管
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镜板 油冷器
推力油箱
与油槽盖 配合面
推力油箱
与推力轴承柱 段配合面
油冷却器 安装孔
推力油箱由二瓣组成，两者组装后吊入机坑与推力轴承支 架柱段通过螺栓紧固在一起。
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泄水锥安装
装配步骤：
首先将泄水锥固定在地 面上，基本保证其轴心与地 面垂直；用桥机调起转轮体 与泄水锥进行对接；调整位 置使得二者的轴心在同一条 直线上，然后用固定螺栓将 二者把合在一起；连接体外 部安装封围板（图中没有表 示）。
在二者的配合面上注意 按照设计要求安装橡皮密封 圈（图中没有表示）。
上机架
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永磁机
三维效果图
机组基础部分
正视结构图
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风洞 蜗壳
座环 转轮室 尾水管
水轮机底环
活动导叶 固定孔
与基础结 合部位
作用：水轮机过流部件之一，固定活动导叶。
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水轮机底环安装
1. 将底环吊入机坑，调 整底环位置符合设计要 求；
2. 将底环固定在水泥基 础上，保证其过流面与 座环和转轮室上环过流 面光滑过渡。
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方键安装位置
推力头
与镜板结合部位
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油槽盖
油槽盖
挡油板
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外形图
密封圈
截面图
与推力头侧面结合处
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推 力 轴 承 装 配（一）