水輪機安全設計

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1、僅供參考[整理]安全管理文書水輪機安全設計日期：__________________單位：__________________第1頁共22頁僅供參考[整理]水輪機安全設計水輪機是把水流的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械能的動力機械，它屬于流體機械中的透平機械。早在公元前100年前后，中國就出現(xiàn)了水輪機的雛形--水輪，用于提灌和驅(qū)動糧食加工器械。現(xiàn)代水輪機則大多數(shù)安裝在水電站內(nèi)，用來驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。在水電站中，上游水庫中的水經(jīng)引水管引向水輪機，推動水輪機轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機發(fā)電。作完功的水則通過尾水管道排向下游。水頭越高、流量越大，水輪機的輸出功率也就越大。水輪機的分類水輪機按工作原

2、理可分為沖擊式水輪機和反擊式水輪機兩大類。沖擊式水輪機的轉(zhuǎn)輪受到水流的沖擊而旋轉(zhuǎn)，工作過程中水流的壓力不變，主要是動能的轉(zhuǎn)換；反擊式水輪機的轉(zhuǎn)輪在水中受到水流的反作用力而旋轉(zhuǎn)，工作過程中水流的壓力能和動能均有改變，但主要是壓力能的轉(zhuǎn)換。沖擊式水輪機沖擊式水輪機按水流的流向可分為切擊式(又稱水斗式)和斜擊式兩類。斜擊式水輪機的結(jié)構(gòu)與水斗式水輪機基本相同，只是射流方向有一個傾角，只用于小型機組。理論分析證明，當水斗節(jié)圓處的圓周速度約為射流速度的一半時，效率最高。這種水輪機在負荷發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)輪的進水速度方向不變，加之這類水輪機都用于高水頭電站，水頭變化相對較小，速度變化不

3、大，因而效率受負荷變化的影響較小，效率曲線比較平緩，最高效率超過91%。反擊式水輪機第21頁共22頁僅供參考[整理]反擊式水輪機可分為混流式、軸流式、斜流式和貫流式。在混流式水輪機中，水流徑向進入導水機構(gòu)，軸向流出轉(zhuǎn)輪；在軸流式水輪機中，水流徑向進入導葉，軸向進入和流出轉(zhuǎn)輪；在斜流式水輪機中，水流徑向進入導葉而以傾斜于主軸某一角度的方向流進轉(zhuǎn)輪，或以傾斜于主軸的方向流進導葉和轉(zhuǎn)輪；在貫流式水輪機中，水流沿軸向流進導葉和轉(zhuǎn)輪。軸流式、貫流式和斜流式水輪機按其結(jié)構(gòu)還可分為定槳式和轉(zhuǎn)槳式。定槳式的轉(zhuǎn)輪葉片是固定的；轉(zhuǎn)槳式的轉(zhuǎn)輪葉片可以在運行中繞葉片軸轉(zhuǎn)動，以適應水頭和負荷的

4、變化。各種類型的反擊式水輪機都設有進水裝置，大、中型立軸反擊式水輪機的進水裝置一般由蝸殼、固定導葉和活動導葉組成。蝸殼的作用是把水流均勻分布到轉(zhuǎn)輪周圍。當水頭在40米以下時，水輪機的蝸殼常用鋼筋混凝土在現(xiàn)場澆注而成；水頭高于40米時，則常采用拼焊或整鑄的金屬蝸殼。在反擊式水輪機中，水流充滿整個轉(zhuǎn)輪流道，全部葉片同時受到水流的作用，所以在同樣的水頭下，轉(zhuǎn)輪直徑小于沖擊式水輪機。它們的最高效率也高于沖擊式水輪機，但當負荷變化時，水輪機的效率受到不同程度的影響。反擊式水輪機都設有尾水管，其作用是：回收轉(zhuǎn)輪出口處水流的動能；把水流排向下游；當轉(zhuǎn)輪的安裝位置高于下游水位時，將此

5、位能轉(zhuǎn)化為壓力能予以回收。對于低水頭大流量的水輪機，轉(zhuǎn)輪的出口動能相對較大，尾水管的回收性能對水輪機的效率有顯著影響。軸流式水輪機適用于較低水頭的電站。在相同水頭下，其比轉(zhuǎn)數(shù)較混流式水輪機為高。第21頁共22頁僅供參考[整理]軸流定槳式水輪機的葉片固定在轉(zhuǎn)輪體上。一般安裝高度在3-50m。，葉片安放角不能在運行中改變，結(jié)構(gòu)簡單，效率較低，適用于負荷變化小或可以用調(diào)整機組運行臺數(shù)來適應負荷變化的電站。軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機是奧地利工程師卡普蘭在1920年發(fā)明的，故又稱卡普蘭水輪機。一般安裝高度在3-80m。其轉(zhuǎn)輪葉片一般由裝在轉(zhuǎn)輪體內(nèi)的油壓接力器操作，可按水頭和負荷變化作相應

6、轉(zhuǎn)動，以保持活動導葉轉(zhuǎn)角和葉片轉(zhuǎn)角間的最優(yōu)配合，從而提高平均效率，這類水輪機的最高效率有的已超過94%。典型例子就是葛洲壩的導葉和轉(zhuǎn)輪間的水流基本上無變向流動，加上采用直錐形尾水管，排流不必在尾水管中轉(zhuǎn)彎，所以效率高，過流能力大，比轉(zhuǎn)數(shù)高，特別適用于水頭為3～20米的低水頭小型河床電站。這種水輪機裝在潮汐電站內(nèi)還可以實現(xiàn)雙向發(fā)電。這種水輪機有多種結(jié)構(gòu)，使用最多的是燈泡式水輪機。燈泡式機組的發(fā)電機裝在水密的燈泡體內(nèi)。其轉(zhuǎn)輪既可以設計成定槳式，也可以設計成轉(zhuǎn)槳式。其中又可以細分為貫流式和半貫流式。世界上最大的燈泡式水輪機(轉(zhuǎn)槳式半貫流)裝在美國的羅克島第二電站，水頭12.

7、1米，轉(zhuǎn)速為85.7轉(zhuǎn)/分，轉(zhuǎn)輪直徑為7.4米，單機功率為54兆瓦，于1978年投入運行?；炝魇剿啓C是世界上使用最廣泛的一種水輪機，由美國工程師弗朗西斯于1849年發(fā)明，故又稱弗朗西斯水輪機。與軸流轉(zhuǎn)槳式相比，其結(jié)構(gòu)較簡單，運行穩(wěn)定，最高效率也比軸流式的高，但在水頭和負荷變化大時，平均效率比軸流轉(zhuǎn)槳式的低，這類水輪機的最高效率有的已超過95%。混流式水輪機適用的水頭范圍很寬，為5～700米，但采用最多的是40～300米。第21頁共22頁僅供參考[整理]混流式的轉(zhuǎn)輪一般用低碳鋼或低合金鋼鑄件，或者采用鑄焊結(jié)構(gòu)。為提高抗汽蝕和抗泥沙磨損性能，可在易氣蝕