水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械,它属于流体机械中的透平机械。
水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转,工作过程中水流的压力不变,主要是动能的转换;反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转,工作过程中水流的压力能和动能均有改变,但主要是压力能的转换。
冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类。斜击式水轮机的结构与水斗式水轮机基本相同,只是射流方向有一个倾角,只用于小型机组。
早期的冲击式水轮机的水流在冲击叶片时,动能损失很大,效率不高。1889年,美国工程师佩尔顿发明了水斗式水轮机,它有流线型的收缩喷嘴,能把水流能量高效率地转变为高速射流的动能。
理论分析证明,当水斗节圆处的圆周速度约为射流速度的一半时,效率最高。这种水轮机在负荷发生变化时,转轮的进水速度方向不变,加之这类水轮机都用于高水头电站,水头变化相对较小,速度变化不大,因而效率受负荷变化的影响较小,效率曲线比较平缓,最高效率超过91%。
20世纪80年代初,世界上单机功率最大的水斗式水轮机装于挪威的悉·西马电站,其单机容量为315兆瓦,水头885米,转速为300转/分,于1980年投入运行。水头最高的水斗式水轮机装于奥地利的赖瑟克山电站,其单机功率为22.8兆瓦,转速750转/分,水头达1763.5米,1959年投入运行。
反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。在混流式水轮机中,水流径向进入导水机构,轴向流出转轮;在轴流式水轮机中,水流径向进入导叶,轴向进入和流出转轮;在斜流式水轮机中,水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮,或以倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮;在贯流式水轮机中,水流沿轴向流进导叶和转轮。
轴流式、贯流式和斜流式水轮机按其结构还可分为定桨式和转桨式。定桨式的转轮叶片是固定的;转桨式的转轮叶片可以在运行中绕叶片轴转动,以适应水头和负荷的变化。
各种类型的反击式水轮机都设有进水装置,大、中型立轴反击式水轮机的进水装置一般由蜗壳、固定导叶和活动导叶组成。蜗壳的作用是把水流均匀分布到转轮周围。
当水头在40米以下时,水轮机的蜗壳常用钢筋混凝土在现场浇注而成;水头高于40米时,则常采用拼焊或整铸的金属蜗壳。 在反击式水轮机中,水流充满整个转轮流道,全部叶片同时受到水流的作用,所以在同样的水头下,转轮直径小于冲击式水轮机。
它们的最高效率也高于冲击式水轮机,但当负荷变化时,水轮机的效率受到不同程度的影响。 反击式水轮机都设有尾水管,其作用是:回收转轮出口处水流的动能;把水流排向下游;当转轮的安装位置高于下游水位时,将此位能转化为压力能予以回收。
对于低水头大流量的水轮机,转轮的出口动能相对较大,尾水管的回收性能对水轮机的效率有显著影响。 轴流式水轮机适用于较低水头的电站。
在相同水头下,其比转数较混流式水轮机为高。轴流定桨式水轮机的叶片固定在转轮体上,叶片安放角不能在运行中改变,效率曲线较陡,适用于负荷变化小或可以用调整机组运行台数来适应负荷变化的电站。
轴流转桨式水轮机是奥地利工程师卡普兰在1920年发明的,故又称卡普兰水轮机。其转轮叶片一般由装在转轮体内的油压接力器操作,可按水头和负荷变化作相应转动,以保持活动导叶转角和叶片转角间的最优配合,从而提高平均效率,这类水轮机的最高效率有的已超过94%。
80年代,世界上尺寸最大的转桨式水轮机是中国东方电机厂制造的,装在中国长江中游的葛洲坝电站,其单机功率为170兆瓦,水头为18.6米,转速为54.6转/分,转轮直径为11.3米,于1981年投入运行。世界上水头最高的转桨式水轮机装在意大利的那姆比亚电站,其水头为88.4米,单机功率为13.5兆瓦,转速为375转/分,于1959年投入运行。
贯流式水轮机的导叶和转轮间的水流基本上无变向流动,加上采用直锥形尾水管,排流不必在尾水管中转弯,所以效率高,过流能力大,比转数高,特别适用于水头为3~20米的低水头电站。这种水轮机装在潮汐电站内还可以实现双向发电。
这种水轮机有多种结构,使用最多的是灯泡式水轮机。 灯泡式机组的发电机装在水密的灯泡体内。
其转轮既可以设计成定桨式,也可以设计成转桨式。世界上最大的灯泡式水轮机(转桨式)装在美国的罗克岛第二电站,水头12.1米,转速为85.7转/分,转轮直径为7.4米,单机功率为54兆瓦,于1978年投入运行。
混流式水轮机是世界上使用最广泛的一种水轮机,由美国工程师弗朗西斯于1849年发明,故又称弗朗西斯水轮机。与轴流转桨式相比,其结构较简单,最高效率也比轴流式的高,但在水头和负荷变化大时,平均效率比轴流转桨式的低,这类水轮机的最高效率有的已超过95%。
混流式水轮机适用的水头范围很宽,为5~700米,但采用最多的是40~300米。 混流式的转轮一般用低碳钢或低合金钢铸件,或者采用铸焊结构。
为提高抗汽蚀和抗泥沙磨损性能,可在易气蚀部位堆焊不锈钢,或采。
轴流式水轮机
适用于较低水头的电站。在相同水头下,其比转数较混流式水轮机为高。轴流定桨式水轮机的叶片固定在转轮体上,叶片安放角不能在运行中改变,效率曲线较陡,适用于负荷变化小或可以用调整机组运行台数来适应负荷变化的电站。
混流式水轮机
是世界上使用最广泛的一种水轮机,由美国工程师弗朗西斯于1849年发明,故又称弗朗西斯水轮机。与轴流转桨式相比,其结构较简单,最高效率也比轴流式的高,但在水头和负荷变化大时,平均效率比轴流转桨式的低,这类水轮机的最高效率有的已超过95%。混流式水轮机适用的水头范围很宽,为5~700米,但采用最多的是40~300米。
1。 水轮机有哪些工作参数?
水轮机的基本工作参数有水头、流量、转速、出力和效率。
水轮机水头是指水轮机进口断面与其出口断面的单位重量水流能量的差值,用h表示,单位为m。
水轮机流量是指单位时间内通过水轮机过水断面的水流体积。
水轮机转速是指水轮机主轴每分钟旋转的次数。
水轮机出力是指水轮机轴端输出的功率。
水轮机效率是指水轮机出力与水流出力之比。
2 。水轮机有哪几种类型?
水轮机可分为反击式和冲击式两大类。
反击式水轮机包括混流式水轮机(hl)、轴流定桨式水轮机(zd)、轴流转桨式水轮机(zz)、斜流式水轮机(xl)、贯流定奖式本轮机(gd)和贯流转桨式水轮机(gz)六种型式。
冲击式水轮机包括水斗式(切击式)水轮机(cj)、斜击式水轮机(xj)和双击式水轮机(sj)三种形式。
3 。混流式水轮机的特点及适用范围?
混流式水轮机又称法兰斯式水轮机,水流由径向进入转轮,大体沿轴向流出。混流式水轮机应用水头范围较大,结构简单,运行可靠,效率高。是现代应用最广泛的水轮机之一。水头适用范围50~700m。
4 。轴流式水轮机的特点及适用范围?
轴流式水轮机,转轮区域内水流沿轴向流动,水流在导叶与转轮间由径向转为轴向。
定桨式结构简单,但它在偏离设计工况时效率会急剧下降,适用于功率不大及水头变化幅度较小的电站,一般水头范围3~50m。转桨式结构较复杂,它通过桨叶的转动与导叶的转动相互配合,实现导叶与桨叶的双重调节,扩大了高效区的出力范围,有较好的运行稳定性。目前,应用水头范围从几米直到50~70m。
5 。斜流式水轮机的特点及适用范围?
斜流式水轮机,水流对于主轴是斜向流动的,它是50年代发展起来的一种机型,与轴流转桨式水轮机相似,叶片可以转动从而实现双重调节,有较宽的高效率区。适用水头范围40~700m。这种水轮机常被用来作可逆式水力机械,在抽水蓄能电站中较为多见。
6 。水斗式水轮机的特点及适用范围?
水斗式水轮机又称培尔顿( petion)水轮机,它靠从喷嘴出来的射流沿转轮圆周切线方向冲击转轮斗叶而做功。水斗式水轮机应用水头较高,小型水斗式用于水头40~250m,大型水斗式用在水头400~4500m。
7 。斜击式水轮机的特点及适用范围?
斜击式水轮机,喷嘴出来的射流,在进口与转能平面成一角(通常为22.5度)。这种水轮机用在中小型水电站中,水头适用范围在400m以下。
8 。如何读懂得水轮机的牌号?
根据我国jbb84-74"水轮机型号编制规则"规定,水轮机牌号由三部分组成,每一部分之间用"-"分开。第一部分的符号是该水轮机型式的汉语拼音的第一个字母,阿拉伯数字表示该水轮机的特征比转速。第二部分由两个汉语拼音字母组成,前一个表示水轮机主轴的布置型式,后一个表示引水室特征。第三部分是以厘米为单位的转轮标称直径。
9 。各种类型水轮机的标称直径是如何规定的?
混流式水轮机标称直径是转轮叶片进口边上的最大直径,即转轮下环与叶片进口边交点处直径。
轴流式和斜流式水轮机标称直径是转轮叶片轴线与转轮室相交处的转轮室内径。 水斗式水轮机标称直径是转轮与射流中正线相切的节圆直径。
水轮发电机组是由水轮机和受其驱动的发电机组组成,用来将水体机械能转换为电能的一套机器。常用的水轮机有冲击式、反击式、贯流式和可逆式。发电机则均采用同步发电机。由于水电站的自然条件和工况各异,水轮发电机组的容量和转速变化范围很大。可按其尺寸大小和结构特征划分其容量和转速特点水轮发电机与其他发电机相比有一些不同的特点:①它需有较大的飞轮力矩。因此,发电机的转子直径及整机的外形尺寸都比较大。②水电站一般离负荷中心较远,需通过长距高压输电线路向负荷供电。因此,要求水轮发电机有较高的动态稳定和静态稳定特性。③水轮发电机的转子直径大,选用的材料要求又不及汽轮机、燃汽轮机的高。所以,虽然其转速不及后两者,但仍需考虑万一达到飞逸转速时对材料强度的要求,以保证其可靠性。
基本数据:水轮发电机组的基本数据包括额定容量、额定电压、额定功率因数、电抗与短路比、飞逸速度、飞轮力矩等。
额定容量通常以兆伏安或千伏安计。水电站选择机组容量和台数需考虑枢纽布置,电力系统运行的要求,机组在系统中调度的灵活性,设备制造、运输、安装、造价等多种因素。在保证电力系统运行安全、灵活的条件下,采用单机容量较大、台数较少的方案有利机组的高效率,并可简化水电站的枢纽布置,加快施工进度和总投资。但通常不少于两台。
额定电压它的选取要从额定容量、电磁负荷、电站的技术经济指标及电力系统输配电设备等方面综合考虑。一般来说,在合理范围内,电压取低值,电机的经济指标要好一些。
额定功率因数对它的选择既要考虑发电机的造价、对水电站设备和电力系统无功补偿装置的影响和投资,又要考虑由电站输送无功功率造成的功率损失,同时,还要计及它超过设计水头运行多发电的效益,特别是在建站初期,只有一、两台机组投运(其余机组未装完)以及可能发生弃水的情况下,更应考虑这种运行性的可能性与合理性。大型水电站多处深山狭谷,远离负荷中心,功率因数可适当提高。通常情况下,功率因数取值为0.8~0.9。
电抗包括直轴同步电抗、直轴瞬变电抗和超瞬变电抗。直轴同步电抗(xd)指机组正常稳定运行时,发电机直轴呈现的电抗。其值为发电机额定相电压和额定相电流之比。减少同步电抗可提高电力系统输送功率的极限,但须增加电机尺寸和造价。超瞬变电抗(x廐)指发电机运行状态突变(如突然短路或自同步合闸时)的暂态过程的起始瞬间,对应电枢反应磁通磁路的磁阻最大、电抗最小。瞬变电抗(x媁)则是在暂态过程中,超瞬变电抗在过程的初始一段时间内迅速增大到某一值。这之后,电抗缓慢增大到同步电抗。x媁的变化对电力系统的静态稳定有重大影响,减小x媁可以提高静态稳定的储备系数,但x媁的变化对动态稳定影响有限。x廐是计算短路电流的重要数据,对选择水电站的电工设备有直接影响。
飞轮力矩当电力系统发生故障,水轮发电机突然和系统解列时,由于水轮机导水机构关闭需要一定时间,这一时间内,机组转速将升高。为控制转速上升值,要求水轮发电机具有一定的飞轮力矩(gd)。 它是指发电机转动部分的重量和惯性直径d 的平方的乘积。它直接影响电力系统受到大干扰时所需极限切除时间,对电力系统的暂态过程和动稳定有很大影响。在一定极限切除时间内,gd越大可以提高输送功率。同时gd大,机组甩负荷后转速上升率较低,这可以减小引水钢管的直径,或增加钢管长度。但gd加大会增加发电机重量和造价。
1.水力发电的基本原理
水力发电是利用水体作为传递能量的介质来发电的,其基本原理是:利用水位落差形成的势能推动水轮机转动,将水能转变为水轮机的旋转机械能,水轮机转子带动发电机转子旋转,由于磁场切割导体,从而在发电机的定子绕组上产生感应电动势,当发电机与外电路接通时,发电机就向外供电了,此时,水轮机的旋转机械能又通过发电机转变为电能,形成了水力发电的过程。
2.水力资源的开发方式和水电站的基本类型
水力资源的开发方式是按照集中落差而选定,大致有三种基本方式:即堤坝式、引水式和混合式等。但这三种开发方式还要各适用一定的河段自然条件。按不同的开发方式修建起来的水电站,其枢纽布置、建筑物组成等也截然不同,故水电站也随之而分为堤坝式、引水式和混合式三种基本类型。
3.径流式水电站及其特点
无调节水库的电站称为径流式水电站。此种水电站按照河道多年平均流量及所可能获得的水头进行装机容量选择。全年不能满负荷运行,保证率为80%,一般仅达到180天左右的正常运行;枯水期发电量急剧下降,小于50%,有时甚至发不出电。即受河道天然流量的制约,而丰水期又有大量的弃水。
4.何谓出力?怎样估算水电站的出力和计算水电站的发电量?
在水电站(厂)中,水轮发电机组发出的电力功率称为出力,河川中某断面水流的出力则表示该段水能资源。所谓水流的出力就是单位时间内的水能。
n=9.81qh
式中,q为流量(m3/s);h为水头(m);n为水电站出力(kw)。
年发电量公式为:e=n?t
式中,n为平均出力(kw);t为年利用小时数(h);e为年发电量(kw?h)。
5.保证出力及其作用
水电站在较长时段工作中,该供水期所能发出的相应于设计保证率的平均出力,称作该水电站的保证出力。水电站的保证出力是规划设计阶段确定水电站装机的重要依据。
6.装机年利用小时
装机年利用小时指水轮发电机组在年内平均满负荷运行的时间,是衡量水电站经济效益的重要指标。
7.日调节、周调节、年调节和多年调节
日调节是指一昼夜内进行的径流重新分配。周调节:调节周期为一周。年调节:对径流在一年内重新分配,当汛期洪水到来发生弃水,仅能存蓄洪水期部分多余水量的径流调节,称不完全年调节;能将年内来水完全按用水要求重新分配,又不需要弃水的径流调节称完全年调节。多年调节:当水库容积足够大,可把多年期间的多余水量存在水库中分配在若干枯水年才用的年调节,称多年调节。
8.水电站设计保证率与年保证率
水电站的设计保证率是指在多年运行期间正常工作的时段数与总运行时段之比的百分率;年保证率指多年期间正常发电工作年数占运行总年数的百分比。
9.水电站主要经济指标
单位千瓦投资,是每千瓦装机需要的投资。单位电能投资,是每千瓦时电量需要的投资。电能成本,是每千瓦时电量支付的费用。装机年利用小时数,是衡量水电站设备利用程度的指标。
电能售价,是每千瓦时电量售给电网的价格。
10.水电站主要经济指标的计算
水电站主要经济指标按下列公式计算:
单位千瓦投资=水电站建设总投资/水电站总装机容量
单位电能投资=水电站建设总投资/水电站多年平均发电量
装机年利用小时数=多年平均发电量/总装机容量
发电机
将机械能转变成电能的电机。通常由汽轮机、水轮机或内燃机驱动。小型发电机也有用风车或其他机械经齿轮或皮带驱动的。
发电机分为直流发电机和交流发电机两大类。后者又可分为同步发电机和异步发电机两种。现代发电站中最常用的是同步发电机。这种发电机的特点是由直流电流励磁,既能提供有功功率,也能提供无功功率,可满足各种负载的需要。异步发电机由于没有独立的励磁绕组,其结构简单,操作方便,但是不能向负载提供无功功率,而且还需要从所接电网中汲取滞后的磁化电流。因此异步发电机运行时必须与其他同步电机并联,或者并接相当数量的电容器。这限制了异步发电机的应用范围,只能较多地应用于小型自动化水电站。城市电车、电解、电化学等行业所用的直流电源,在20世纪50年代以前多采用直流发电机。但是直流发电机有换向器,结构复杂,制造费时,价格较贵,且易出故障,维护困难,效率也不如交流发电机。故大功率可控整流器问世以来,有利用交流电源经半导体整流获得直流电以取代直流发电机的趋势。
同步发电机按所用原动机的不同分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机 3种。它们结构上的共同点是除了小型电机有用永久磁铁产生磁场以外,一般的磁场都是由通直流电的励磁线圈产生,而且励磁线圈放在转子上,电枢绕组放在定子上。因为励磁线圈的电压较低,功率较小,又只有两个出线头,容易通过滑环引出;而电枢绕组电压较高,功率又大,多用三相绕组,有3个或4个引出头,放在定子上比较方便。发电机的电枢(定子)铁心用硅钢片叠成,以减少铁耗。转子铁心由于通过的磁通不变,可以用整体的钢块制成。在大型电机中,由于转子承受着强大的离心力,制造转子的材料必须选用优质钢材。
上传一份试题供你参考 答案如下: 水电水轮机安装工高级技师试题答案 一、判断题(正确的请在括号内打“√”,错误的请在括号内打“*” 每题1分,共13分) 1。
表面粗糙度对零件的耐磨、抗疲劳、抗腐蚀能力影响极大。( )答案:√ 2。
轴流转桨式水轮机具有宽阔的高效率区。( )答案:√ 3。
轴流转桨式水轮机结构复杂,成本高,转轮汽蚀没有混流式严重。( )答案:* 4。
水轮机工作参数是表征水流通过水轮机时,水流的能量转换为转轮的机械能过程中的一些特性数据。 ( )答案:√ 5。
盘车的目的是为了找水轮发电机组的中心线。( )答案:* 6。
在水电站油、水、气系统管路中,气管路为白色。 ( )答案:√ 7。
机械方面和水力方面的原因,都会造成水轮机运行中振动。( )答案:√ 8。
水轮机转轮止漏环间隙不均匀会引起水轮机振动。 ( )答案:√ 9。
在进行公差与配合的选择时,应首先选用常用公差和常用配合;其次选用优先公差和优先配合。( )答案:* 10。
应用软件是指在电脑硬件和系统软件的支持下,为解决各类实际问题而设计的软件。 ( )答案:√ 11。
在弯肘形尾水管中的水流运动是随反击型水轮机类型、应用水头、运行工况及设计性能等因素不同而不同。( )答案:√ 12。
对带电设备着火时,应使用干式灭火器、一氧化碳灭火器等灭火,不得使用泡沫灭火器灭火。对注油设备应使用泡沫灭火器和干糙的砂子等灭火。
( )答案:* 13。质量记录是指直接或间接的证明产品或质量是否符合规定要求的证据。
( )答案:√ 二、选择题(请将正确答案的代号填入括号内, 每题1分,共12分) 1。公制三角螺纹的剖面角为( ),螺距是以毫米表示的。
(a)30°;(b)60°;(c)45°;(d)55°。答案:b 2。
下列金属材料中,一般无法淬硬的是( )。 (a)合金钢;(b)高碳钢;(c)低碳钢;(d)优质合金钢。
答案:c 3。受油器的水平偏差,在受油器的平面上测量,应不大于( )mm/m。
(a)0。03;(b)0。
05;(c)0。10;(d)0。
15。答案:b 4。
在油、水、气管路系统中常用的执行元件有( )。 (a)电磁阀、电磁空气阀、液压操作阀; (b)电磁阀、电磁空气阀、电磁配压阀; (c)电磁阀、电磁空气阀、电磁配压阀、液压操作阀; (d)电磁阀、液压操作阀、电磁配压阀。
答案:c 5。关于大、中型轴流式水轮机转轮室,说法正确的是:( )。
(a)大、中型轴流式水轮机转轮室在叶片枢轴中心线以上为圆柱面,以下为圆锥面; (b)大、中型轴流式水轮机转轮室在叶片枢轴中心线以上为球面,以下为圆锥面; (c)大、中型轴流式水轮机转轮室在叶片枢轴中心线以上为球面,以下为圆柱面; (d)大、中型轴流式水轮机转轮室在叶片枢轴中心线以上为圆柱面,以下为球面。 答案:d 6。
混流式水轮机汽蚀的主要类型是( )。 (a)间隙汽蚀;(b)局部汽蚀;(c)空腔汽蚀;(d)翼型汽蚀。
答案:d 7。测某连接螺丝伸长,扭紧前百分表长针指向“12”, 短针指向2,扭紧后长针指向“41”,短针在2~3之间,则螺丝伸长( )mm。
(a)0。12;(b)0。
29;(c)0。41;(d)1。
12。答案:b 8。
蝶阀旁通阀的作用是使活门( )充满水,以取得平衡而省力的操作效果。 (a)前;(b)后;(c)前后;(d)中间。
答案:c 9。水轮机转轮静平衡试验的目的是( )。
(a)检查转轮有无裂纹;(b)检查转轮偏重是否超过允许值;(c)检查转轮连接是否松动;(d) 检查转轮汽蚀磨损状况。答案:b 10。
对于混流式水轮机,当机组额定转速为150rpm时,机组的最大飞逸转速为(飞逸系数为f=2。1)( )rpm。
(a)71。42;(b)315;(c)320;(d)310。
答案:b 11。立式深井泵橡胶轴承与轴的间隙大于( )mm时,就应更换。
(a)0。10;(b)0。
15;(c)0。20;(d)0。
30。答案:b 12。
在选用钢丝绳安全系数时,应按( )来选用。 (a)重物的重量;(b)安全、经济;(c)安全;(d)经济。
答案:b 三、简答题(每题6分,共60分) 1。画出图3。
1的受力图。 图3。
1 答案:如图3。1d所示。
图3。1d 2。
已知单列向心球轴承:d=40mm,d=17mm,b=12mm,倒角为1,用简化画法画出单列向心球轴承。 答案:如图3。
2d所示。 图3。
2d 3。水轮机转轮静平衡试验的目的是什么? 答案:水轮机转轮静平衡试验的目的是为了消除由于水轮机转轮在铸造加工, 尤其是经过多次补焊处理过程中出现的质量偏心。
由于质量偏心的存在使机组在运行中产生一个附加离心力,如果该力较大,很可能导致水轮机转轮的水力不平衡,主轴摆度增大,轴承偏磨以及不同形式、不同程度的机组振动等不良现象,影响机组安全稳定运行。 4。
立式水轮发电机导轴承有何作用?一个性能良好的导轴承的主要标志是什么? 答案:立式水轮发电机导轴承的作用是:承受机组转动部分的径向机械不平衡力和电磁不平衡力,使机组轴线在规定数值范围内摆动。 一个性能良好的导轴承的主要标志是: (1)能形成足够的工作油膜厚度; (2)瓦温应在允许范围之内,一般在50℃左右; (3)循环油路畅通,冷却效果好; (4)油槽油面和轴瓦间隙满足设计要求; (5)密封结构合理,不甩油; (6)结构简单,便于安装和检修。
5。
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