水轮机的基本工作参数
水轮机的基本工作参数
水轮机是将水能转换为旋转机械能的一种水力机械，它包括引水部件、导水部件、工作部件和泄水部件四部分，其关键是它的工作部件，即水轮机转轮。
水流流经水轮机时，水流能量发生改变的过程，就是水轮机的工作过程。
反映水轮机工作过程特性值的一些参数，称为水轮机的基本参数，水轮机的参数包括结构参数、工作参数以及综合参数等。
水轮机的工作参数是表征水流通过水轮机，水流的能量转换为转轮的机械能过程中的一些特征数据。
水轮机的基本工作参数有：工作水头H 、流量Q 、出力N 、效率η、转速n 和转轮直径D 1。
１、工作水头H
水流从是从高处流向低处，这是水流流动的客观规律，当某河段修建水电站装置水轮机后，水流便由水轮机进口经水轮机流向出口，这就是说在水轮机进口和出口存在着能量差，其大小可以根据水流能量转换规律来确定。
水轮机工作水头就是指水轮机进、出口处水流的总比能之差。
水轮机的工作水头是水轮机的重要工作参数，其大小表示水轮机所利用水流单位能量的多少。
2、流量Q
单位时间内通过水轮机某一既定过流断面的水流体积，称为水轮机的流量。
通常以Q 表示，其单位为米3/秒。
水轮机流量为水轮机的另一个重要工作参数，其大小同样表示水轮机利用能量的多少。
3、出力N 和效率η
具有一定水头和流量的水流在流经水轮机时便可以做功，在单位时间内所做的功，在工程上称为出力或功率。
单位时间内水轮机主轴所输出的功，称为水轮机的出力。
水流输入给水轮机的出力为：
)(81.9kW QH N sr =
由于水流经水轮机时有摩擦、漏水等损失，实际水流输入给水轮机的出力，不能被水轮机全部利用并传输出去。
真正输出的出力小于输入的出力。
故水轮机输出出力为：
)(81.9kW QH N N sr ηη==
式中：η为水轮机的效率，水轮机的轴出力N 与输入给水轮机的水流出力
N sr之比，称为水轮机的总效率。
它表示水轮机对水流的有效利用率，水流流经水轮机时损失越小，有效利用率越大，即效率越高。
同样，出力和效率也是水轮机两个主要工作参数，其大小表示水轮机做功的多少。
4、转速n
水轮机转速是水轮机转轮单位时间内旋转的次数，常用n表示，转速的单位为r/min。
5、转轮直径D1
水轮机转轮直径是一个很重要的尺寸，水轮机其他部件的尺寸都与转轮直径有关，所以直径大，厂房的尺寸就大，工程的投资也就大。
但直径小，可能达不到设计出力，水轮机直径D1的尺寸，国家已有标准系列，选择D1时应以满足水轮机设计出力为准。
水轮机组运行参数
机组运行参数
1水轮发电机组技术参数
1.1水轮机技术参数
1.2发电机技术参数
1.2.2水轮发电机各部温度整定
1推力轴承双螺杆泵及高压减载装置基本参数
3发电机中性点接地变参数
2调速器系统主要技术参数
2.1调速柜设备主要参数：
2.2调速器技术参数
4主变技术参数
1.1.主变技术参数
1.1.1.主变主要技术参数
1.1.
2.冷却条件变化时负载特性表
1.1.3.主变分接开关技术参数。
1.1.4.主变冷却器主要技术参数
1.2.18kV 干式变主要技术参数1.2.1.18kV 干式变额定值
5.1快速闸门
5.2 快速闸门液压系统见表1－2
6压缩空气系统主要技术参数
7技术供水减压阀
7.2泄压安全阀
7.3滤水器主要参数
8、10kV 干式变参数
1.2.3.10kV 干式变额定值
1.2.4.干式变压器过负荷能力。
1.2.5.干式变线圈温度与风机运行状态关系表
1.2.6.照明变有载调压装置主要技术参数
1设备主要技术参数
1.1500kV GIS设备主要参数。
1.1.1SF6气室中含水量PPM参数（见表1）：
1.1.2500kV GIS组合电器设备参数（见表3）：
1.1.3隔离开关、检修接地开关、快速接地开关、电压互感器、电流互感器、SF6/空气出线套管性能参数（见表3～表6）
1.2发电机出口断路器GCB主要技术参数
1.3封闭母线IPB。
水轮机复重点
1、水轮机的基本工作参数都有哪些？答：水头、流量、转速、出力、效率（每写对一个得2分）2、水轮机的编号规则？类型 比转速表示水轮型号 主轴布置形式 引水形式 以厘米表示的转轮直径（每写对一个得2分）3、试简述一元理论，二元理论，三元理论。
一元理论：采用无穷叶片数及轴面速度沿过流断面均匀分布假定，流动状态只是转面流线长度坐标的函数。
二元理论：放弃一元理论中两个基本假设中的一个。
三元理论：完全放弃一元理论的两个基本假设，直接研究三维流场。
4、什么是蜗壳的最大包角、水轮机比转速、单位流量？答：蜗壳最大包角指蜗壳的进口端面到蜗壳的鼻端所围成的角度。
水轮机比转速是指水轮机在水头为1m ，出力为1kw 时所具有的转速。
单位流量是指水轮机标称直径为1m ，有效水头为1m 时所具有的的流量。
5、按水流流经导叶与水轮机轴线的相对位置，导水机构可分为哪几种形式？（1）径向式导水机构，水流方向与主轴垂直（2）轴向式导水机构，水流方向与主轴平行（3）斜向式导水机构，水流方向与主轴相交6、水轮机的几个典型工作水头如何定义？最大水头：是允许水轮机运行的最大净水头。
最小水头：是保证水轮机安全、稳定运行的的最小净水头。
设计水头：是水轮机发出额定出力时所需的最小净水头。
加权平均水头：是在一定时期内（视水库的调节性能而 定），所有可能出现的水轮机水头的加权平均值，是水轮机在其附近运行时间最长的净水头。
7、水轮机的主要过流部件有哪些及其作用是什么？答：水轮机的主要过流部件有：引水室、导水机构、转轮、尾水管。
1）引水室的作用是将水流按所需要的速度（大小和方向）引入转轮。
()1111Q n ，轮机的功率，以适应负荷的变化；在非蜗壳式引水室中，还用来改变水流方向，以适应转轮需要。
3）转轮的作用是改变水流方向并产生能量。
4）尾水管作用是将离开转轮的水引导至下游并利用转轮出口水流的部分能量。
8、什么是水轮机的最优工况、协联工况、飞逸工况、飞逸转速？说明飞逸工况的危害。
水轮机类型构造及工作原理培训课件课件(PPT36页)
我厂水轮机型号：HLA743-LJ-395
水轮机类型构造及工作原理培训课件( PPT36 页)管理 培训教 材财务 业务培 训绩效 管理PP T课件 人力资 源管理 培训
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三、水轮机结构简介
由于水轮机类型较多，这次培训主要讲述我厂的水轮机结构，总体来说水
轮机分为埋入部分、导水机构、转动部分、水导轴承、主轴密封、检修密封、
接力器及机组自动化等几个主要部件。
1、埋入部分
埋入部分由肘管、锥管、座环、蜗壳、机坑里衬等组成。
座环
机坑里衬
蜗壳 预留坑
基础环
尾水管里衬
埋设件安装
我厂的水轮机类型为混流式
混流式水轮机：混流式水轮机结构简单，运行可靠，效率高，应用于水 头范围宽阔，水流沿径向进入转轮而轴向流出转轮。与其他型式的水轮机相 比，当运行条件相同时，混流式的能量特性比水斗式好，面抗气蚀性能比轴 流式强，额定负荷时效率高。同时，它的结构简单，制造、安装方便，运转 可靠，因而得到广泛的应用。
水轮机类型、构造及工作原理
二〇一七年八月
目录
一
水轮机概述
二
水轮机分类及型号
三
水轮机结构
四
水轮机常见问题及分析
五
小结
1
一、水轮机概述
1、水力发电基本原理
水轮机获得旋转的机械能后带动发电机旋转，发电机便将旋转的机械能 转换成电能。
2 、水轮机的基本工作参数
当水流通过水轮机时，水流的能量被转换为水轮机转轮的机械能，就 把这一能量转换的过程的参数，来作为水轮机的基本工作参数。
水轮机运行维护规程
第六篇水轮机运行维护规程第一章水轮机的运行技术参数1.1 水轮机运行技术参数1.2.1 1#～2#机 HLD08-LJ-96HL—代表水轮机型式为混流式；D—代表制造厂家为东方电机厂；08—代表转轮的模型编号为08（2F为10）；L—代表主轴布置形式为立式；J—代表引水室为金属蜗壳；96—代表转轮标称直径为96cm。
1.2.2 3#～6#机 HL129-LJ-110HL—代表水轮机型式为混流式；129—代表转轮型号（比速代号）为129；L—代表主轴布置形式为立式；J—代表引水室为金属蜗壳；110—代表转轮标称直径为110cm。
-LJ-1101.2.3 HL129-LJ-110现已改为HLDT8DT—代表该转轮为杜同水轮机研究设计；8—代表转轮的模型编号为08。
1.3 球阀运行技术参数一台YS—1.0油压装置，在正常情况下，球阀的开、关操作可视情况在现地（球阀操作柜）、机旁盘（机组现地控制站#2柜）和中控室进行操作。
1.3.4 球阀为双面止水型，正常情况下由工作密封（止水盖原来称下游止水）止水，当工作密封要检修时，改由检修密封（止水环原来称上游止水）止水，检修密封为手动水压操作。
1.3.5 球阀上设有一个φ150旁通阀；一个φ150泄荷阀。
球阀底部有一根φ150、上游止水环底部有一根φ25冲沙管。
汛期运行时定期手动操作上述两管路上的阀门向下游排除沉积于底部的泥沙。
1.3.6 1#～2#机球阀采用一个φ500的摇摆式接力器，3#～6#机球阀采用一个φ350的环形接力器操作，接力器工作油压为2.5MPa 。
第二章水轮机运行、监视维护2.1 机组各轴承的油位和油温2.1.1机组各轴承使用30#透平油。
2.1.2给轴承加油可在开机前或机组运行中进行。
2.1.3各轴承的油位正常。
在开机前各油位应保持在中线位置，不应低于下限，水导轴承开机前应注意检查油盆内的油位，若偏低时应作适当增补，待机组开启后，应视其真实甩油情况对油盆内的油位进行进行判断，若油位偏低且甩油不好时应及时增补。
第一章_水轮机类型构造
kg.m/s） （kg.m/s） 又工程上常用“千瓦” 又工程上常用“千瓦”或“马力”来表 马力” 示： 1千瓦=102kg.m/s。 千瓦=102kg.m/s。 =102kg.m/s 水流给予水轮机的功率 水轮机作的有效功率 水轮机输出功率（出力） 水轮机输出功率（出力） （η为水轮机的效率） 为水轮机的效率） 千瓦） （千瓦）
二、水头 水轮机的水头，也称工作水头， 水轮机的水头，也称工作水头，即水轮机工作 的净水头。 的净水头。 定义： 定义：单位重量水体通过水轮机进出口断面的 能量差值。 能量差值。
为了推求
和
，以下游水位
为基准面， 为基准面，列上游引水道进口与 水轮机进口断面、水轮机出口与 水轮机进口断面、 下游尾水渠断面的能量方程， 下游尾水渠断面的能量方程，并 忽略上游进口断面和下游尾水渠 断面的流速水头的差值， 断面的流速水头的差值，并忽略 B-D处的水头损失，由此可以得 处的水头损失， 到：
为了研究问题的方便，工程上一般作如下假定： 为了研究问题的方便，工程上一般作如下假定： 1.假定叶片无限多、无限薄。 1.假定叶片无限多、无限薄。这样可以认为转轮中 假定叶片无限多 的水流运动是均匀、轴对称的。显然在此假定下， 的水流运动是均匀、轴对称的。显然在此假定下， 流线也就和骨线的形状完全一致。（ 。（叶片翼形断面 流线也就和骨线的形状完全一致。（叶片翼形断面 的中心线称为骨线） 的中心线称为骨线） 2.假定水流在进入转轮之前的运动是均匀的、 2.假定水流在进入转轮之前的运动是均匀的、轴对 假定水流在进入转轮之前的运动是均匀的 称的。 称的。 3.假定水轮机在所研究的工况下保持稳定运行， 3.假定水轮机在所研究的工况下保持稳定运行，即水 假定水轮机在所研究的工况下保持稳定运行 轮机的特征参数（ 保持不变， 轮机的特征参数（H、Q、N、n）保持不变，从而水流 在水轮机各过流部件中的运动均为恒定流动。 在水轮机各过流部件中的运动均为恒定流动。 4.忽略水流的粘性： 4.忽略水流的粘性： 忽略水流的粘性 可认为这些流面之间是互不干扰的。 可认为这些流面之间是互不干扰的。
水轮机
目录第一节水轮机的主要类型第二节水轮机的工作参数第三节水轮机的型号第四节水轮机的装置型式第五节水轮机发展综述第一章水轮机的主要类型、构造第一节水轮机的主要类型自然界有多种能源，其中有很多式可以开发利用的，目前已被利用的能源中主要有热能、水能、风能和核能。
其中水能是一种最经济的能源，水能的开发利用已受到越来越多的关注。
我国有着丰富的水力资源，对水能的开发利用已受到社会的广泛关注，对水能最重要的开发形式就是兴建各种各样的水电站。
水轮机作为将水能转换成旋转机械能的一种水力原动机，是水电站中最重要的组成部分。
根据转轮转换水流能量方式的不同，水轮机分成两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机。
反击式水轮机包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机；冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式水轮机。
一、反击式水轮机反击式水轮机转轮区内的水流在通过转轮叶片流道时，始终是连续充满整个转轮的有压流动，并在转轮空间曲面型叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向，从而对转轮叶片产生一个反作用力，驱动转轮旋转。
当水流通过水轮机后，其动能和势能大部分被转换成转轮的旋转机械能。
1.混流式水轮机如图1-1所示，水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。
混流式水轮机应用水头范围较广，约为20～700m，结构简单，运行稳定且效率高，是现代应用最广泛的一种水轮机。
图1-1 混流式水轮机1—主轴；2—叶片；3—导叶2．轴流式水轮机如图1-2所示，水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而在转轮区内水流保持轴向流动，轴流式水轮机的应用水头约为3～80m。
轴流式水轮机在中低水头、大流量水电站中得到了广泛应用。
根据其转轮叶片在运行中能否转动，又可分为轴流定桨式和轴流转桨式水轮机两种。
轴流定桨式水轮机的转轮叶片是固定不动的，因而结构简单、造价较低，但它在偏离设计工况运行时效率会急剧下降，因此，这种水轮机一般用于水头较低、出力较小以及水头变化幅度较小的水电站。
水力机械第二章12
式中
v w u
v wu
——绝对流速（相对于大地） ——相对速度（水流质点相对于转轮 叶片从流道进口移动到出口） ——牵连（圆周）速度（水流质点随 转轮一起旋转）
绝对速度 v 与牵连速 度 u 之间的夹角a ，称为 绝对速度的方向角；相对 速度 w 与牵连速度 u 之间 的夹角 b ，称为相对速度 的方向角。
三、转速n
水轮机转速是指水轮机转轮每分钟内旋转的次数， 单位为r/min。 水轮机在稳定运行时的转速是固定不变的，称为水 轮机额定转速，并与发电机的同步转速相等。
机组丢弃全部负荷同时调速系统失灵时，导水叶不 能关闭，水流能量使转轮转速增加达到的最大值， 称为飞逸转速nrun，飞逸转速可达额定转速的1.8~ 3.0倍。 机组发生飞逸时，离心力非常大，它对机组的设计、 制造，对机组支撑结构及水电站厂房的振动都有较 大的影响。
以水流流线为母线绕水轮机主轴轴线旋转所形成的 若干回转面，称之为水流流面。 将流线与转轮叶片相割的流面展开，便可得到由 一系列叶片
翼型（即为
流面切割
叶片所得到
的剖面）所 组成的叶栅
剖面图。
混流式 轴流式
为了便于研究反击式水轮机转轮中复杂的水流运 动，做了如下假定：
（1）水流为理想流体； （2）转轮中水流的相对运动为定常运动（稳定流）； （3）叶片数无穷多，且叶片厚度无限薄（叶片翼型剖 面可以简化成无厚的骨线）；
已知条件
Di n
60
（1）u1和u2的大小和方向
u1 u2
方向：圆周切向方向
式中，Di 为同一流面上的转轮叶片进、出口计算点 所在圆直径，m。
（2）vm1和vm2的大小和方向
水轮机相关知识培训
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2.3. 泥沙磨损破坏的因素： ①.磨损物质的成分、颗粒大小、硬质、形状等。 ②.受磨材料的特性：指水轮机过流部件金属材料的内部组织及成分、粗糙 度、表面尺寸、硬度等。 ③.水流的一些特性：水流含泥沙的浓度、水流速度大小及方向等。 ④.运行方式的影响。当在非设计工况下运行时，会引起气蚀和磨损对机件 的联合作用，其表现为： a.气蚀和磨损联合作用时间在材料的汽蚀潜伏期内，这时材料破坏仅与水 流速度、泥沙含量及沙粒特性有关，即主要为磨损。
13
下环：下环将转轮的叶片练成整体，以增加转轮的强度和刚度，并与上冠一起形 成过流通道。 泄水锥：泄水锥作用是引导经叶片流道出来的水流迅速而又顺利地向下渲泄，防 止水流相互撞击，以减少水力损失，提高水轮机的效率。 止漏环：作用是减少转轮上下转动间隙的漏水量。 减压装置：作用是减少作用在转轮上冠上的轴向水推力，以减轻推力轴承的负荷。
气蚀对过流表面产生的破坏作用
主要有以下三种： ①.机械破坏作用：大量气泡连续不断地产生与溃灭，水流质点反复冲 击，使过流通道的金属表面晶粒脱落，遭到严重破坏，称为机械破坏，又称 疲劳剥蚀。 ②.化学破坏作用：气泡被压缩，体积缩小，气泡破坏时水流质点相互 撞击，引起局部温度升高（可达到300℃），气泡的氧原子与金属发生化学 反应，造成腐蚀；同时由于局部温度升高，引起金属材料氧化。 ③.电化破坏作用：在发生气蚀过程，气泡溃灭时引起局部温度升高， 冷热端之间形成热电偶，冷热端间存在着电位差，在材料中有电流产生，引 起热电效应，对金属表面产生电解作用，形成电化学腐蚀。金属表面因电解 作用而发暗边毛糙，加速了机械作用的破坏。
子的转速n （r/min） 则感应电势每秒交变 频率为 f=pn/60 （Hz），又得： pn/60 次，即电势的 （r/min）
水轮机组运行参数
机组运行参数
1水轮发电机组技术参数
1.1水轮机技术参数
1.2发电机技术参数
1.2.2水轮发电机各部温度整定
1推力轴承双螺杆泵及高压减载装置基本参数
3发电机中性点接地变参数
2调速器系统主要技术参数
2.1调速柜设备主要参数：
2.2调速器技术参数
4主变技术参数
1.1.主变技术参数
1.1.1.主变主要技术参数
1.1.
2.冷却条件变化时负载特性表
1.1.3.主变分接开关技术参数。
1.1.4.主变冷却器主要技术参数
1.2.18kV 干式变主要技术参数1.2.1.18kV 干式变额定值
5.1快速闸门
5.2 快速闸门液压系统见表1－2
6压缩空气系统主要技术参数
7技术供水减压阀
7.2泄压安全阀
7.3滤水器主要参数
8、10kV 干式变参数
1.2.3.10kV 干式变额定值
1.2.4.干式变压器过负荷能力。
1.2.5.干式变线圈温度与风机运行状态关系表
1.2.6.照明变有载调压装置主要技术参数
1设备主要技术参数
1.1500kV GIS设备主要参数。
1.1.1SF6气室中含水量PPM参数（见表1）：
1.1.2500kV GIS组合电器设备参数（见表3）：
1.1.3隔离开关、检修接地开关、快速接地开关、电压互感器、电流互感器、SF6/空气出线套管性能参数（见表3～表6）
1.2发电机出口断路器GCB主要技术参数
1.3封闭母线IPB。
水轮机
止漏装置型式 (a)间隙式；(b)迷宫式；(c)梳齿式； (d)阶梯式迷宫
三、导水机构
• 导水机构的作用：
a.主要是形成和改变进入转轮水流的环量，保 证水轮机具有良好的水力特性。 b.调节流量，以改变机组出力。 c.正常与事故停机时，封住水流，停止机组转 动。
1.导水机构 光照采用径向式导水机构。
2. 主轴密封 主轴部分的密封装置分两种，一种是机组 正常运行中，防止水轮机导轴承下部机组漏水 的主轴密封。我厂在导轴承下方设置自补偿型 静压自调节式轴向密封作为工作密封，密封处 的水压力约为0.35MPa，所需的润滑水取自机 组技术供水系统。另一种是作机组停机检修轴 承和轴承下部主轴密封时防止尾水从顶盖涌出 的检修密封。这种密封的结构形式有空气围带 式、机械操作或抬机密封等多种，我厂采用空 气围带密封，由气系统供给压力为0.6～ 0.7MPa的压缩空气。
3.基础环
基础环是混流式水轮机的基础部件， 埋设在混凝土中，它和座环以及尾水管 进口直锥段想连接，转轮的下环在其内 转动。基础环下法兰面也是装拆水轮机 时落放转轮的基础，它与转轮下环底面 之间有一定的间隙，作为安装时放置斜 楔，调整转轮水平用。
4.尾水管
我厂水轮机尾水管采用弯肘形尾水管， 它是由进口椎管、弯形吸管和出口扩散 段组成，用钢筋混凝土浇灌而成。
3. 补气装置 混流式水轮机运行时一般在40～70%额 定出力时尾水管内会出现涡带，由于涡带强 烈扰动，或其频率与机组固有频率重合，就 会产生共振，引起机组震动或出力摆动，此 时需要对尾水管内进行补气，消除或减小涡 带，改善机组运行状态。补气方式分自然补 气和强迫补气两种。常见的补气位置有主轴 中心孔补气、顶盖补气和尾水管补气。我厂 采用主轴中心孔补气方式，利用发电机轴的 中心孔，将空气引入。