第一章 緒 論

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1、水輪機(jī)能源動(dòng)力工程學(xué)院何寶海第一章緒論第一節(jié)水電站與水輪機(jī)第二節(jié)水輪機(jī)的工作參數(shù)第三節(jié)水輪機(jī)的類型及使用范圍第四節(jié)水輪機(jī)結(jié)構(gòu)概述第五節(jié)水輪機(jī)的牌號(hào)及裝置方式第六節(jié)現(xiàn)代水輪機(jī)的發(fā)展能源動(dòng)力工程學(xué)院何寶海第一節(jié)水電站與水輪機(jī)自然界有多種能源，目前已被開(kāi)發(fā)利用的能源中主要有熱能、水能、風(fēng)能、核能和太陽(yáng)能。其中水能是一種最經(jīng)濟(jì)的能源，也是一種永遠(yuǎn)消耗不盡的能源。利用水能發(fā)電是最經(jīng)濟(jì)的電能轉(zhuǎn)換方式。1.設(shè)備簡(jiǎn)單。2.發(fā)電成本低，運(yùn)行、維護(hù)、管理等簡(jiǎn)單。3.啟動(dòng)快。4.污染少。適于調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用等。優(yōu)點(diǎn)：能源動(dòng)力工程學(xué)院何寶海水電站：借助水工建

2、筑物和機(jī)電設(shè)備將水能轉(zhuǎn)換為電能的生產(chǎn)部門。壩后式水電站樞紐斷面圖能源動(dòng)力工程學(xué)院何寶海水電站的型式根據(jù)集中水頭的方式分為：1.壩式水電站由壩抬高上游水位形成水頭。如豐滿、葛洲壩、三峽等。2.引水式水電站由引水管（渠）道形成水頭。如隔河巖等。3.混合式水電站電站的水頭一部分由壩集中，另一部分由引水道形成。如白山、龍羊峽等。能源動(dòng)力工程學(xué)院何寶海壩后式水電站樞紐橫剖面示意圖能源動(dòng)力工程學(xué)院何寶海水庫(kù)；2—閘門室；3—進(jìn)水口；4—壩；5—泄水道；6—調(diào)壓室7—有壓隧道；8—壓力管道；9—廠房；10—尾水渠有壓引水式水電站示意圖能源動(dòng)力工程學(xué)院何

3、寶海水輪機(jī)：能將河流水中蘊(yùn)藏的水能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的機(jī)械。水輪機(jī)通過(guò)主軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。水輪發(fā)電機(jī)組：水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)聯(lián)接成的整體稱為水輪發(fā)電機(jī)組，它是水電廠的最主要的動(dòng)力設(shè)備。能源動(dòng)力工程學(xué)院何寶海第二節(jié)水輪機(jī)的工作參數(shù)工作水頭（H）流量（Q）轉(zhuǎn)速（n）功率（N）和效率（η）例題水輪機(jī)作為水力原動(dòng)機(jī)將水能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的過(guò)程稱為水輪機(jī)的工作過(guò)程。反映工作過(guò)程特性的參數(shù)稱為水輪機(jī)工作參數(shù)。能源動(dòng)力工程學(xué)院何寶海一、水輪機(jī)工作水頭水電站和水輪機(jī)的水頭示意圖水輪機(jī)工作水頭是指水輪機(jī)進(jìn)、出口斷面處單位重量的水流能量之差，用H表示

4、，單位為m。水電站水頭是指電站水庫(kù)上、下游水位之差，也稱電站靜水頭，用Hg表示，單位為m。能源動(dòng)力工程學(xué)院何寶海上式中H是水輪機(jī)做功的有效水頭，也稱為水輪機(jī)的凈水頭。電站水頭和水輪機(jī)水頭的關(guān)系列出水輪機(jī)進(jìn)、出口斷面的能量方程，根據(jù)水輪機(jī)工作水頭的定義可寫出其基本表達(dá)式：能源動(dòng)力工程學(xué)院何寶海同樣列水輪機(jī)出口Ⅱ-Ⅱ斷面和下游T-T的能量方程列上游A-A斷面和Ⅰ-Ⅰ斷面的能量方程由上式得到將上式代入進(jìn)口能量表達(dá)式，得到代入水輪機(jī)出口能量表達(dá)式，得到電站水頭和水輪機(jī)水頭的關(guān)系能源動(dòng)力工程學(xué)院何寶海由于則由此可見(jiàn)，水輪機(jī)工作水頭是電站毛水頭和引水

5、建筑物中水頭損失之差。水輪機(jī)工作水頭隨電站上下游水位變化而改變，工程實(shí)際中一般用如下幾個(gè)特征水頭表示水輪機(jī)工作水頭的范圍：Hmax、Hmin、Ha和Hr。所以能源動(dòng)力工程學(xué)院何寶海特征水頭1.最大水頭（Hmax），是允許水輪機(jī)運(yùn)行的最大凈水頭。它對(duì)水輪機(jī)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)有決定性的影響。2.最小水頭（Hmin），是保證水輪機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的最小凈水頭。3.加權(quán)平均水頭（Ha），是在一定期間內(nèi)（視水庫(kù)調(diào)節(jié)性能而定），所有可能出現(xiàn)的水輪機(jī)水頭的加權(quán)平均值，是水輪機(jī)在其附近運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的凈水頭。4.設(shè)計(jì)水頭（Hr），是水輪機(jī)發(fā)出額定出力時(shí)所需要的最

6、小凈水頭。水輪機(jī)的工作水頭，表明水輪機(jī)利用水流單位機(jī)械能的多少，是水輪機(jī)最重要的工作參數(shù)，其大小直接影響著水電站的開(kāi)發(fā)方式、機(jī)組類型以及電站的經(jīng)濟(jì)效益等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。能源動(dòng)力工程學(xué)院何寶海二、流量流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)水輪機(jī)某一既定過(guò)流斷面的水流體積，常用符號(hào)Q表示，常用的單位為m3/s。設(shè)計(jì)流量：在設(shè)計(jì)水頭下，水輪機(jī)以額定轉(zhuǎn)速、額定出力運(yùn)行時(shí)所對(duì)應(yīng)的水流量稱為設(shè)計(jì)流量，常用Qr表示，它是水輪機(jī)發(fā)出額定出力時(shí)所需要的最大流量。限制流量：對(duì)應(yīng)于限制工況的水輪機(jī)流量。能源動(dòng)力工程學(xué)院何寶海水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速是水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪（主軸）在單位時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)的次數(shù)，

7、常用符號(hào)n表示，常用單位為r/min。同步轉(zhuǎn)速。三、轉(zhuǎn)速四、出力與效率由于水流通過(guò)水輪機(jī)時(shí)存在一定的能量損耗，所以水輪機(jī)出力總是小于水流出力。水輪機(jī)的輸入和輸出功率之比稱為水輪機(jī)的效率，用符號(hào)η表示，其值小于1。η表示水輪機(jī)對(duì)水流能量的有效利用程度。水輪機(jī)出力是指水輪機(jī)軸端輸出的功率，常用符號(hào)N表示，常用單位kw。額定出力。水輪機(jī)的輸入功率為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)水輪機(jī)的水流的總能量，即水流的出力，常用符號(hào)Ni表示，則能源動(dòng)力工程學(xué)院何寶海四、出力與效率（續(xù)）由此，水輪機(jī)的出力可寫成水輪機(jī)將水能轉(zhuǎn)化為水輪機(jī)軸端的出力，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩用來(lái)克服發(fā)電機(jī)的

8、阻抗力矩，并以角速度ω旋轉(zhuǎn)。水輪機(jī)出力、旋轉(zhuǎn)力矩和角速度之間有以下關(guān)系式上式中M—水輪機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)力矩，當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)出額定功率時(shí)相應(yīng)的水輪機(jī)軸功率稱為水輪機(jī)額定功率，用Nr表示。能源動(dòng)力工程學(xué)院何