水轮机概论及工作原理共55页
水轮机概论
4、水轮机的装置方式
• 水轮机轴装置方式——立轴、卧轴、斜轴 • 机组连接方式：直接——水轮机轴、发电机轴在同一 轴线 间接——水轮机轴、发电机轴不在同 一轴线，靠传动装置连接 • 立轴直接连接方式——大中型水轮机 • 卧轴直接连接方式——大中型水斗式水轮机
金属蜗壳—立轴装置
混凝土蜗壳—立轴装置
金属蜗壳—卧轴布置
明槽——卧轴布置
5、思考练习
P17 1、2、3、4题
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• •
2、水轮机基本类型
• 反击式水轮机——利用水流的压力能和动能做 功：混流式、轴流式、斜流式、贯流式 • 冲击式水轮机——利用水流的动能做功：水斗 式（切击式）、斜击式、双击式
混流式水轮机
• 指水流沿径向进入转轮然后沿轴向自转轮流出的水轮 机。适用水头一般为20～700m，适用水头范围广，结 构简单，运行可靠，应用最为广泛。
• 流道呈直线状的卧轴水轮机,分为定桨式和转桨式两种。 其转轮与轴流式水轮机相似,但效率和过流量比轴流式 水轮机大,适用水头一般为3～20m，是开发低水头和潮 汐水力资源的新型水轮机。按发电机的布置方式分为 全贯流式和半贯流式两种半贯流式又分为竖井式、轴 伸式和灯泡式,其中以灯泡式水轮机应用最广泛。
斜流式水轮机
• 水流经转轮叶片时倾向于轴线某一方向的水轮机。其 叶片可转动，在结构和特性方面介于混流式和轴流式 水轮机之间，适用水头一般为40～120m，比轴流式水 轮机的适用水头高，比混流式水轮机的平均效率高， 对水头、负荷变化的适应性好。缺点是制造工艺复杂， 造价高，小型电站不宜采用。
贯流式水轮机
水斗式水轮机
• 由喷嘴喷射的轮缘 上所组成，适用水头一般为100～1700m。
3、水轮机型号
水轮机的工作原理
水轮机的工作原理
首先，水轮机的工作原理是基于水的动能转换为机械能。
当水流经过水轮机叶片时，水的动能会转化为叶片的动能，使得叶片开始旋转。
这种旋转运动会带动水轮机主轴转动，从而驱动发电机产生电能。
其次，水轮机的工作原理还涉及到水的动能和势能的转换。
在水流经过水轮机叶片时，水的动能会转化为叶片的动能，同时也会有一部分水的势能被转化为叶片的动能。
这样，水轮机就能够将水的动能和势能转换为机械能，实现发电的效果。
另外，水轮机的工作原理还包括水流的控制和调节。
为了使水轮机能够正常工作，需要对水流进行控制和调节，以保证水流的稳定性和流速的合适性。
这样才能够保证水轮机的正常运转，提高发电效率。
此外，水轮机的工作原理还与水轮机的结构和设计有关。
不同类型的水轮机有不同的结构和设计，但其工作原理都是基于水的动能转换为机械能。
因此，在设计和选择水轮机时，需要考虑其工作原理和适用性，以实现最佳的发电效果。
总的来说，水轮机的工作原理是基于水的动能和势能转换为机械能，通过水流的能量来驱动水轮机转动，从而带动发电机产生电能。
在实际应用中，需要综合考虑水流条件、水轮机的结构和设计以及水流的控制和调节，以实现最佳的发电效果。
希望本文能够对水轮机的工作原理有所帮助。
水轮发电机结构及工作原理介绍2讲课文档
现在二十九页，总共一百二十一页。
转子支架
磁轭
顶轴
转子
集电环组件
磁极
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转子引线
• 主轴
– 主轴的作用是用来传递扭矩，应具有一定的强 度和刚度。
– 主轴一般由35号、40号、45号或20SiMn等钢整 锻而成。
– 小容量水轮发电机一般采用整锻实心轴，也有 的采用无缝钢管作为轴；大、中型容量的发电 机采用整锻空心轴。
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• 水轮发电机的主要作用
将水轮机旋转的机械能最终转换成电能，其结构与 性能的好坏对电站的安全、稳定、高效运行起着致 关重要的作用。
• 水轮发电机组成
主要由定子、转子、机架、推力轴承、导轴承、冷却器、 制动器等部件组成。
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水轮发电机定子结构
13—抗重螺栓；14—托盘；15—推力瓦；16—绝缘垫
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– 抗重螺栓
• 推力瓦由头部为球面的抗重螺栓支承，抗重螺栓垂 直拧入装有螺纹套筒的轴承座上。调整抗重螺栓的 高度，可使瓦块保持在同一水平面上，使瓦块受力 均匀。
– 推力瓦
• 推力瓦是推力轴承中的关键部件，它是整个机组转 动部分和固定部分的摩擦面，并且承受整个机组转 动部分的重量和轴向水推力。
– 按推力轴承位置分：立式发电机又分为悬式和伞 式两种。
• 推力轴承位于转子上方的发电机称为悬式发电机，它适 用于转速在100r/min以上。
• 推力轴承位于转子下方的发电机称为伞式发电机，无上 导的称为全伞式，有上导的称为半伞式，它适用于转速 在150r/min以下。
– 按冷却方式分：可分为空气冷却和水冷却两种 。
水轮机结构与工作原理
水轮机结构与工作原理嘿，你知道水轮机不？那可是个神奇的家伙！水轮机就像一个不知疲倦的大力士，默默地为我们的生活贡献着力量。
水轮机的结构那可相当复杂。
它有一个巨大的转轮，就像一个超级大的风扇叶片。
这个转轮可不一般，它是由坚固的材料制成，能够承受巨大的水流冲击力。
转轮上还有很多形状各异的叶片，这些叶片就像是一双双有力的手臂，在水流的推动下不停地转动。
水轮机还有一个外壳，就像一个坚固的堡垒，保护着里面的核心部件不受外界的破坏。
外壳上有各种管道和阀门，就像人体的血管和关节一样，控制着水流的进出和流向。
水轮机的工作原理也非常有趣。
想象一下，当水流从高处冲下来的时候，就像一群奔腾的野马，充满了力量。
这些水流冲击到水轮机的转轮上，就像一阵强风推动着风车的叶片一样，使转轮开始转动起来。
转轮的转动带动了连接在它上面的轴，轴又通过一系列的齿轮和传动装置，将动力传递给发电机或者其他设备。
这就像是一个接力赛，水流把力量传递给转轮，转轮又把力量传递给轴，轴再把力量传递给发电机，最后发电机把水流的能量转化为电能或者其他形式的能量。
水轮机的种类也有很多呢！有反击式水轮机和冲击式水轮机。
反击式水轮机就像一个温柔的大力士，它利用水流的压力和动能来推动转轮转动。
冲击式水轮机则像一个勇猛的战士，它直接利用水流的冲击力来推动转轮转动。
不同种类的水轮机适用于不同的场合和水流条件，就像不同的工具适用于不同的工作一样。
水轮机的作用可大了！它可以为我们提供清洁的电能，让我们的生活更加便利。
它还可以用于灌溉、排水、防洪等方面，为我们的农业和城市建设做出贡献。
水轮机就像一个默默无闻的英雄，在我们的生活中发挥着重要的作用。
水轮机的发展也是日新月异。
随着科技的不断进步，水轮机的效率越来越高，体积越来越小，性能也越来越稳定。
未来的水轮机可能会更加智能化，能够自动调节水流的大小和方向，适应不同的工作环境。
这就像我们的手机越来越智能一样，让人充满期待。
水轮机真的是一个了不起的发明！它让我们充分利用了大自然的力量，为我们的生活带来了很多好处。
水轮机原理及构造
水轮机原理及构造水轮机是一种将水流动能转化为机械能的能量转换装置。
它的工作原理基于动能守恒定律和能量守恒定律。
水轮机的构造主要包括水轮机轮盘、水轮机叶片、水轮机导叶和水轮机主轴等。
水轮机的工作原理：水轮机的工作原理是利用水流的冲击力和动能来推动轮盘旋转，从而进行能量转换。
具体来说，水轮机是利用流体在受力后产生的动量变化来实现动能转化的。
当水流经过水轮机叶片时，由于叶片形状和速度的变化，水流的动量发生了变化。
这个过程中，水流的动能减小，而叶片所受到的水流冲击力增加，从而推动轮盘旋转。
水流的动力作用可分为冲击力和剪力两部分，它们共同作用在叶片上，产生一个向环形斜盘中心方向的作用力，使其在金属皮带或摩擦轮的拉力下转动。
水轮机的构造：1.水轮机轮盘：水轮机轮盘是水轮机的主要部件，它可以分为定子轮盘和转子轮盘两部分。
定子轮盘通常是固定的，而转子轮盘则与主轴连接，并能转动。
轮盘的外形和材料选择需根据具体的工作条件和需求来确定。
2.水轮机叶片：水轮机叶片是位于轮盘上的一系列叶片，其形状和角度的设计对水轮机的性能具有很大的影响。
一般来说，叶片可以分为定叶和移动叶两种类型。
定叶是固定在轮盘上的，主要用于导向水流；移动叶则可以调整角度，用于控制水流的进入和出口。
叶片通常由耐磨和高强度的材料制成，如钢铁或铝合金。
3.水轮机导叶：水轮机导叶位于叶片和进水管道之间，用于引导水流进入叶片。
导叶的设计可根据水流的速度和压力来决定。
通常，导叶是可调角度的，通过调整导叶的角度，可以控制水流的流向和流速，从而实现对水轮机的调节。
4.水轮机主轴：水轮机主轴是连接轮盘和发电机或其他设备的中心轴。
它负责传输轮盘旋转产生的机械能，使之转化成用于发电或其他工作的机械能。
主轴的设计需考虑到承载能力、刚度和传动效率等要素。
除了以上主要构造部件外，水轮机还包括导叶机构、轴承、机壳和冷却系统等辅助部件。
导叶机构通常是由液压或电动设备控制，用于调节导叶的角度。
水轮机的工作原理
1、为了使水斗排出的水流不冲击下一个水斗的背
面，叶片的出水角β2 并不等于零，一般采用
β2= 7o~13o；
2、射流在斗叶曲面上的运动是扩散的，各点的圆
周速度U并不是均匀的，且由于摩擦损失的影响，
W2 也 并 不 等 于 W1 。 因 此 最 大 出 力 并 不 发 生 在 U=0.5V0时，根据实验，水斗式水轮机最有利的 U/V0约为0.42~0.49。
H.E.茹可夫斯基定理
P V
反击式水轮机转轮叶片上作用力的形成与绕流翼型 上的作用力类似。作用力的方向指向旋转方向，依靠 叶片工作面与背面的压力差而形成的。
转轮正是在压力差的作用下被“推”着旋转。
第三节 水轮机的效率及最优工况
一、水轮机的效率
水轮机将水流的输入功率转变为旋转轴的输出机
作用在水流质量上的外力及形成的力矩：
1、转轮叶片作用力：迫使水流改变运动的方向与速度 的大小，对水流产生作用力矩；
2、转轮外水流在转轮进、出口处的水压力：此压力对 转轮是轴对称的，压力通过轴心，不产生作用力矩；
3、上冠、下环内表面对水流的压力：内表面均为旋转 面，故此压力也是与轴线相交的，不产生作用力矩；
轴面速度
Vr
Vu
Vm VrV Vz
z
Vm Vr Vz
V Vu Vm
V U W
轴面速度
U Uu U z Ur
U Uu
V U W
W Wu Wz Wr Wu Wm
U Uu
Wr Wu Wm
W
V U W
V Vu Vz Vr Vu Vm
冲击作功的整个过程在大气压力下进行。
特 点：
水轮机的工作原理
3．卧轴混流式和贯流式水轮机
第七节 水斗式水轮机旳工作原理
一、水斗式水轮机工作旳基本方程式
自喷嘴喷射出来旳射流以很大旳绝对速度Vo 射向运动着旳转轮，如图2—18所示，Vo 可由下式
求得：
在选定喷嘴数目z。之后，则经过z。个喷嘴
旳流量Q 为：
当选用
kv ＝0．97，
则由已知旳 水轮机引用 流量，便可 得出射流旳
2．间隙汽蚀 当水流经过某些间隙和较小旳通道时，因局部 速度旳升高而形成了压力降低，当压力低于汽化压 力时所产生旳汽蚀称为间隙汽蚀。
3．空腔汽蚀 真空涡带周期性旳冲击使转轮下环和尾水管进 口处产生汽蚀破坏，这种汽蚀称为空腔气蚀。
4．局部汽蚀 因为水轮机旳过流表面在某些地方凹凸不平 因脱流而产生旳汽蚀。
当设有尾水管时，转轮出口处水流旳损失能量
3．尾水管旳作用 从 中减去 ，便可得出因为设置尾水管
后水轮机能够多利用旳能量 为：
综合以上所述，水轮机尾水管旳作用可归纳为：
1)汇集转轮出口旳水流，并引导水流排至下游；
2)当H‘>0时，以静力真空旳方式使水轮机完全 利用了这一高度所具有旳势能；
3)以动力真空旳方式使水轮机回收并利用了转轮 出口水流旳大部分动能。
为
，在正常工作时，其最高效率
=85％～90％，略低于混流式水轮机，但其效
率变化比较平稳，在低负荷和满负荷运营时其效
率反而比混流式水轮机为高，如图4—7所示
三、水斗式水轮机旳安装高程
对于立轴水斗式水轮机，如图2—17(c)所 示，其安装高程要求为喷嘴射流中心线旳高 程，则有：
对于卧轴水斗式水轮机，如图2—17(／)所 示，其安装高程要求为主轴中心线旳高程，则 有：
水轮机概述
水轮机概述水轮机概述Hydraulic Turbine Overview在“水电站栏目”的“水力发电原理”一节中曾介绍中国传统应用的水轮机——水车，在本栏目介绍目前真正用于发电的水轮机的原理与结构。
水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，是利用水流做功的水力机械，根据转换水流能量方式的不同，水轮机分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。
把受水流作用而旋转的部件称为转轮。
冲击式水轮机冲击式水轮机的转轮受到喷射水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换，在同一时刻内，水流只冲击着转轮的一部分，而不是全部。
图1是冲击式水轮机水流向示意图。
图1 冲击式水轮机水流向示意图冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式（又称水斗式）、斜击式、双击式三类，在后面章节会介绍常用的切击式与斜击式水轮机。
反击式水轮机与冲击式水轮机不同，反击式水轮机同时利用了水流的势能与动能，水流充满整个转轮的空间，在转轮叶片约束下改变流速与方向，从而对转轮叶片产生反作用力，驱动转轮旋转。
通过水轮机水流的大部分动能与势能都转换成转轮旋转的机械能。
反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。
轴流式水轮机轴流式水轮机的转轮如同风扇叶片，工作原理与常见的风力机相似。
水流从水轮机四周水平方向向中心流入（径向进入），然后转为向下方向推动转轮叶片做功，由于推动转轮叶片的水流方向与转轮轴方向平行，故称为轴流式水轮机。
图2是轴流式水轮机水流走向示意图图2 轴流式水轮机水流走向示意图混流式水轮机混流式水轮机的转轮看起来较复杂，水流从水轮机四周水平方向向中心流入转轮（径向进入），然后转为向下方向出口，水流进入转轮内在向轴芯方向通过叶片时推动转轮，同时在向下通过叶片时也推动转轮。
也就是说水流在径向与轴向通过叶片时都做功。
故称为混流式水轮机，也称为幅向轴流式水轮机。
图3是混流式水轮机水流走向示意图。
图3 混流式水轮机水流走向示意图斜流式水轮机斜流式水轮机转轮有点像轴流式水轮机转轮，只不过通过叶片的水流是倾斜于轴向，是轴流式水轮机的变种，通过调节叶片角度可适应较大的水头范围。