水轮机概述
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
•
• •
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
水轮机结构介绍
水轮机结构介绍水轮机是利用水能转换为机械能的一种装置，是发电厂中常用的主要发电设备之一、下面将对水轮机的结构进行详细介绍。
水轮机主要由机壳、转轮、导向装置、涡排装置、轴承和透水管道等组成。
1.机壳：水轮机的机壳是一个装置的外部保护壳，一般由钢板或钢铸件焊接而成。
机壳内有良好的润滑和密封装置，以保证机器的正常运转，并能减少机械损耗，并防止泄漏。
2.转轮：转轮是水轮机的核心部分，是水能转换为机械能的重要部分。
转轮的形状和组织结构根据不同的水轮机类型而有所不同，常见的有斜流式、混流式和轴流式等类型。
3.导向装置：导向装置起到引导水流进入转轮并调节进水流量的作用。
导向装置一般由多个可调节的导叶组成，导叶的位置和角度可以通过液压机构或机械装置进行调节，以实现对水流的控制。
4.涡排装置：涡排装置将已经转过水轮机的水流排出，将水流的动能转化为排出水流的动能。
一般情况下，涡排装置由锥壳、导管和涡轴组成，通过设计合理的导管形状和尺寸，使水流尽可能地获得动能转换。
5.轴承：轴承用于支撑和固定转轮和轴的位置，以减少旋转过程中的运动摩擦和机械损耗。
轴承在水轮机中至关重要，要求具有较高的承载能力和良好的摩擦性能。
6.透水管道：透水管道用于将调节好流量的水流引入水轮机的导叶中，以驱动转轮旋转。
透水管道的设计应保证水流顺利地进入和离开水轮机，并尽量减少水流中的压力损失和涡旋现象。
水轮机通过上述各部分的相互配合和工作，将水能转化为机械能，实现发电厂的发电功能。
在实际应用中，水轮机的转速和功率可根据工作需求进行调节和匹配，并通过自动控制系统来控制和监测水轮机的运行状态。
总之，水轮机是一种利用水能发电的设备，它通过机壳、转轮、导向装置、涡排装置、轴承和透水管道等部分的协同工作，将水能转化为有用的机械能。
水轮机的设计和运行状态对于发电厂的稳定运行至关重要，因此，在水轮机设计和制造过程中需要严格遵循相关的技术规范和要求，确保水轮机的性能和安全性。
水轮机结构及工作原理
水轮机结构及工作原理
水轮机是一种利用水流转动轮盘产生动力的机械装置，它可以将流体动能转化为机械能。
水轮机结构简单，主要由导流装置、转轮、出水装置和传动装置组成。
导流装置通常由水导管、导叶或导流管等构成，主要作用是引导水流进入转轮；转轮是水轮机的核心部件，通常由叶片和轮辐组成，它负责将水流的动能转化为机械能；出水装置用于将转轮后的水流排出；传动装置则将转轮的机械能传递给其他设备，如发电机或机械磨粉机等。
水轮机的工作原理基于液体在流动过程中所具有的动能和压力能。
当水流进入转轮时，叶片将水流的动能转化为转轮的旋转动能，然后通过传动装置将旋转动能传递出去。
在转轮内部，水流的压力能也会对转轮产生作用，进一步增加了转轮的驱动力。
水轮机的工作过程可以分为导流、冲击和排泄三个阶段。
在导流阶段，导流装置将水流引导进入转轮，并使其流向叶片；在冲击阶段，水流与叶片相互作用，使叶片受到冲击力，从而转动转轮；在排泄阶段，转轮后的水流通过出水装置被排出。
总之，水轮机通过利用水流动能和压力能的转化，将水流的动能转化为机械能，实现了能源的转换和利用。
水轮机具有结构简单、效率高等优点，在水力发电、水泵和机械加工等领域得到了广泛应用。
水轮机的基础知识
水轮机的基础知识水轮机的一些基础知识要点：1. 工作原理：水轮机通过水流对其内部转轮叶片的作用力而转动，将水流的动能和势能（位能）转化为机械能。
2. 分类：根据转换水流能量方式的不同，水轮机主要分为两大类：冲击式水轮机：如水斗式、斜击式和双击式等，这类水轮机的特点是水流在进入转轮前已转变为高速射流，直接冲击转轮叶片以做功。
反击式水轮机：包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式等，其特点是水流在通过转轮叶片时，压力和速度同时发生变化，水流充满整个转轮通道，在流动过程中持续作用于叶片上。
3. 主要部件：转轮（Runner）：是水轮机中直接接受水流能量并将其转化为旋转运动的关键部件。
导叶（Guide Vanes）：用于调节水流方向和速度，控制进入转轮的水流状态，从而影响水轮机的工作效率和稳定性。
压力管道或蜗壳（Spiral Case）：将上游水库中的水引入水轮机，并调整水流到合适的参数供转轮使用。
尾水管（Draft Tube）：作完功后的水流出转轮后，通过尾水管逐渐减压并将剩余能量转化为低速水流排出，减少能量损失。
4. 工作参数：工作水头（Head）：即水流从上游至下游的高度差，它代表了水流的位能大小。
流量（Discharge 或 Flow Rate）：单位时间内通过水轮机的水量，反映了水流的能量密度。
输出功率（Power Output）：由水头和流量共同决定，水头越高、流量越大，则水轮机输出的功率也越大。
5. 应用场合：水轮机广泛应用于水电站，根据不同的水头和流量条件选择不同类型的水轮机设计，以达到最优的能源转化效率。
6. 性能指标：效率（Efficiency）：衡量水轮机能量转化好坏的重要参数，通常指水轮机的有效功率与输入水流总能量之比。
稳定性（Stability）：反映水轮机在各种工况下运行的稳定程度。
7. 发展历史：水轮机的历史悠久，早在古代中国就有利用水轮驱动磨坊等器械的记载，现代水轮机则经过不断的科技创新，设计和制造技术日益成熟，效能不断提升。
《水轮机介绍》课件
工业应用
水轮机可以通过联轴器或其他机构与其它设备实现 任意转速匹配和联动运作。
水轮机基本原理
水轮机受到水流的作用产生功率，根据能量守恒和牛顿第二定律，外出水功率等于轮机内部转化的机械功率和 内部耗散的损失。
1
流体力学基础
水轮机是流体力学和材料力学相结合的
机械运动学基础
2
产物。 流体力学研究的是液体在各种情况下运
境没有污染。 • 使用寿命长，可达数十年或更长。
缺点
• 需要大量的水资源支持，这可能对周边生态 环境造成影响。
• 需要耗费较大的资金和人力来进行安装和维护。 • 无法满足一些特定的需求，比如一些应用场
合需要更高的功率。
水轮机的维护和保养
定期的维护和保养对水轮机的运行和性能十分重要，它们可以延长水轮机的使用寿命。
可获得的能量之比，通常在80%-90%之 间。功率则是水轮机的输出功率。
流量指单位时间内通过水轮机的水量，
转速是叶轮每分钟的旋转圈数，是影响ຫໍສະໝຸດ 水轮机性能的重要因素之一。
水轮机的优缺点
水轮机具有高效、环保、耐久等优点，但也存在一些缺点，比如对水资源需求大、安装和维修成本高等。
优点
• 具有高效利用水能和发电效率高等优点。 • 使用水作为能源，无需消耗化石能源，对环
2 水轮机对环境的影响
水轮机对环境主要的贡献在于它产生的清洁能源有助于减少化石燃料的使用，从而降低 温室气体的排放。
案例分析
水轮机在发电、工业和民用领域有着广泛的应用，以下将介绍几个成功案例。
水轮机应用案例
八闽大地水利用电站是福建省最大的水利机械系统项目，水轮机的运行保障了亿万家庭的用 电需求。
水轮机维护案例
水轮机介绍
水轮机概述
水轮机概述水轮机概述（Hydraulic Turbine Overview）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（Impulse Turbine）和反击式水轮机（Reaction Turbine）两大类。
水轮机受水流作用而旋转的部件称为转轮（Runner）。
水轮机主要类别见图1。
图1--水轮机主要类别图一、冲击式水轮机（Impulse Turbine）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2是冲击式水轮机水流向示意图。
图2--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。
图3--水斗式、斜击式、双击式水轮机示意图（1）水斗式水轮机（Pelton Turbine），水流由喷嘴喷射出来沿着转轮圆周的切线方向冲击在斗叶上做功，图3（a）。
由美国人培尔顿于1889年提出，又称为培尔顿式水轮机。
适用水头范围40~2000m，尤其适用超高水头，国外最大单机出力目前已达40万kW，是冲击式水轮机中应用最广泛的一种水轮机。
图4--水斗式水轮机转轮图5--双喷管水斗式水轮机（2）斜击式水轮机（Turgo Turbine、 Inclined-jet Turbine），水流由喷嘴喷射出来沿着与转轮旋转平面成某一角度（约22.5°）进入叶片，图3（b）。
适用于高水头，中小型的水电站。
图6--斜击式水轮机转轮图7--斜击式水轮机转轮及主轴（图片来源于网络）（3）双击式水轮机（Banki Turbine、Cross-flow turbine），水流从喷嘴流出后，从转轮外周通过径向叶片进入转轮中心，进行第一次能量交换，再从转轮中心通过径向叶片流出转轮，完成第二次能量交换，图3（c）。
水轮机结构介绍范文
水轮机结构介绍范文水轮机是一种将水的动能转化为机械能的装置，是发电厂中常用的水力发电装置。
水轮机的结构包括水轮机转子、定子和调节装置。
水轮机转子是水能转化的主要部分。
它一般由转轮、叶片和轴承组成。
转轮是一个直径较大的圆盘，由高强度的金属材料制成，通常是铸铁或钢。
转轮上有一系列的叶片，叶片的形状有直线型、曲线型、斜面型等，可以根据具体的水力条件进行设计。
叶片的材料通常是耐磨的合金钢。
转轮的直径决定了水轮机的功率大小，直径越大，功率越大。
轴承用于支撑转轮，并使其能够旋转。
水轮机定子包括水轮机轮槽、喷口和进流导管。
轮槽是由金属材料制成的圆筒形结构，安装在转轮的外围。
它的作用是将水引入叶片之间，使水对叶片施加压力，产生转动力。
喷口是水流进入轮槽的出口，通常位于轮槽的下部。
进流导管用于将水从水库或河流引导到水轮机的轮槽中，通常是金属管道或混凝土构筑物。
水轮机的调节装置用于控制水流的流量和压力，以便适应不同的发电负荷。
常见的调节装置有进水阀门和偏心机构。
进水阀门的开度可以调节进入轮槽中的水流量，从而控制水轮机的转速。
偏心机构是一种可以改变喷口的位置的装置，通过改变喷口的位置，可以调整水流对叶片的压力，从而改变水轮机的转速。
水轮机的工作原理是利用水流的动能和压力作用于叶片上，将水的动能转化为转轮的机械能。
当水流经过叶片时，叶片受到水的冲击力，产生力矩将转轮带动旋转。
转动的轴通过连接装置将机械能传递给发电机或其他机械设备。
水轮机广泛应用于水力发电、水泵站和水厂等场所。
在水力发电过程中，利用水轮机将水的潜能和动能转换为电能，实现可持续能源的利用。
同时，由于水轮机具有结构简单、运行可靠、维护成本低等优点，因此得到了广泛的应用和推广。
总之，水轮机是一种将水的动能转化为机械能的装置，由转子、定子和调节装置组成。
它的工作原理是利用水的动能和压力作用于叶片上，将水的动能转化为转轮的机械能。
水轮机具有结构简单、运行可靠等优点，在水力发电、水泵站等领域有着广泛的应用。
水轮机概述
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
轮叶
水
斗
式
水
轮
轮盘
机 转
轮
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
斜 击 式 水 轮 机 转 轮
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
双击式水轮机转轮
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
水轮机的主要类型及其构造
水轮机
反击式 冲击式
混流式 轴流式 斜流式 贯流式
水斗式 双击式 斜击式
轴流定浆式
轴流转浆式
全贯流式
灯泡式
半贯流式
轴伸式
竖井式
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
(一)、反击式水轮机 (reaction water turbine)
➢定义：利用水流的势能和动能做功的水轮机
水轮机
反击式 冲击式
混流式 轴流式 斜流式 贯流式
水斗式 双击式 斜击式
轴流定浆式
轴流转浆式
全贯流式
灯泡式
半贯流式
轴伸式
竖井式
水轮机的主要类型及其构造--基本构造
1、反击式水轮机的主要组成部件： (1) 进水(引水)部件—蜗壳：使水流均匀、旋转，以最小水头损失送入转轮室。 (2) 导水机构（导叶及控制设备)：控制工况。 (3) 转轮（工作核心)：能量转换，决定水轮机的尺寸、性能、结构。 (4) 泄水部件(尾水管)：回收能量、排水至下游。 2、冲击式水轮机的主要组成部件：喷管，转轮，折流器，机壳，射流制动器等 组成。
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
冲 击 式 水 轮 机 运 行 中
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
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水轮机的主要类型及其构造--主要类型
冲 击 式 水 轮 机 运 行 中
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
单 喷 嘴 运 行 中
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
➢水斗: 特点是由喷嘴出来的射流沿圆周切线方向冲击转轮上的水斗 作功。
口到尾水管出口都是轴向的。H<20m，小型河床电站。
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
贯流式机组分类
全贯流式：发电机转子安装在水轮机转轮外缘，其密封困难，现在较少使 用。
半贯流式：
➢灯泡贯流式：发电机组安装在密闭的灯泡体内，使用较广泛，机组结 构紧凑，流道形状平直，水力效率高。
➢轴伸式贯流机组：发电机安装在外面，水轮机轴伸出到尾水管外面。
➢竖井式贯流机组：发电机安装在竖井内。
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
灯泡式水轮机组
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
轴伸式贯流机组
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
竖 井 贯 流 式 水 轮 机
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
(二)、冲击式水轮机(Inpulse water tubine)
➢定义：利用水流的动能来做功的水轮机 ➢特征：由喷管和转轮组成。
水流以自由水流的形式(P=Pa)冲击转轮，利用水流动能(V方向、大小改变)产生 旋转力矩使转轮转动。在同一时刻内，水流只冲击着转轮的一部分，而不是全部。 不适宜调峰运行。 ➢适用：水头高，流量小，多用于400m以上，最高接近2000m。
水 轮 发 电 机 组
水轮机是将水能转 变为旋转机械能，从而 带动发电机发出电能的 一种机械，是水电站动 力设备之一。
水轮机的工作参数
水轮发电机组装置原理图
水轮机的工作参数
定义：反映水轮机工作状况特性值的一些参数，称水轮机的基本 参数。
由水能出力公式: N=9.81ηQH 可知，基本参数包括：工作水 头H、流量Q、出力N、效率η，工作力矩M、机组转速n。
水轮机的输出功率： 2. 效率：
η=N/Nw ， 一般η=80%~95%
水轮机的工作参数--出力与效率
水轮机的出力可以用旋转机械运动公式来表达
N M M 2n 9.81QH
60
M——主轴力矩; ω——水轮机旋转角速度， n ——转速，n=3000/p p ——发电机磁极对 额定转速n：正常情况下机组的转速保持为固定转速，该转速称为额 定转速，并与发电机的同步转速相等。
水轮机的工作参数--水头(head)
1. 毛水头(nominal productive head)
HM=EU-ED=ZU-ZD 2. 反击式水轮机的工作水头
毛水头 - 水头损失=净水头 3. 冲击式水轮机的水头
HG=EA- EB=HM - hI-A
HG=ZU- ZZ - hI-A 其中ZU和ZZ分别为上游和水轮机喷嘴处的水头。
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
轴 流 式 水ห้องสมุดไป่ตู้轮 机
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
轴 流 转 浆 式 水 轮 机 转 轮
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
3. 斜流式：水流经过转轮时是斜向的。转轮叶片随工况变化而转动，高效率区广。
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
4. 贯流式：水轮机的主轴装置成水平或倾斜。不设蜗壳，水流直贯转轮。水流由管道进
水轮机的主要类型及其构造
水轮机
反击式 冲击式
混流式 轴流式 斜流式 贯流式
水斗式 双击式 斜击式
轴流定浆式
轴流转浆式
全贯流式
灯泡式
半贯流式
轴伸式
竖井式
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
(一)、反击式水轮机 (reaction water turbine)
➢定义：利用水流的势能和动能做功的水轮机
➢特征：转轮的叶片为空 间扭曲面，流过转轮的 水流是连续的，而且在 同一时间内，所有转轮 叶片之间的流道都有水 流通过，水流充满转轮 室。
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
反击式水轮机原理
➢水流通过转轮叶片时， 水流流速的大小、方向均 发生变化，因此动量也发 生了改变，水流产生反作 用力，作用与 每个转轮叶片，使转 轮产生旋转力矩，从 而做功。
水轮机概述
--水轮机组工作参数、主要类型及构造数
类型及 构造
型号及 直径
水轮机概述--什么是水轮机?
➢水轮机+发电机： 水轮发电机组
功能：
发电
➢水 泵+电动机： 水泵抽水机组
功能：
输水
➢水 泵+水轮机： 抽水蓄能机组。
功能：
抽水蓄能
水轮机概述--什么是水轮机?
大的机组。
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
混 流 式 水 轮 机
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
2. 轴流式： ➢特点：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。 ➢适用于大流量、低水头。一般水头在50m以下。 ➢轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。高效率区较小，适用于水头变化 不大的小型电站。 ➢轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转动，进行双重调节（导叶开度、叶片角 度)。适用于大型水电站。
水轮机的主要类型及其构造--主要类型
1. 混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。
➢ 适用范围：H=30-450 m , 最高水头已接近700米，单机容量：几万kW-几
十万kW ➢ 特点：适用范围广，结构简单，运行稳定，效率高，适用高水头小流量电站。 ➢ 三峡水电站即采用了这种水轮机，单机容量70万kW。是世界上单机容量最
水轮机的工作参数--水头(head)
4.特征水头(characteristic head) 表示水轮机的运行范围和运行工况。 最大工作水头： Hmax=Z正-Z下min-hI-A 最小工作水头： Hmin=Z死-Z下max-hI-A 设计水头(计算水头) Hr ：
水轮机发额定出力时的最小水头。 平均水头： Hav =Z上av-Z下av
水轮机的工作参数--流量(m3/s)
单位时间内通过水轮机的水量 Q 。 Q随H、N的变化：
H、N一定时， Q也一定； 当H=Hr、N=N额时，Q为最大。 在Hr、nr、Nr 运行时—— Qr(设计流量)
水轮机的工作参数--出力与效率
1. 出力(水轮机的输出功率)N： 指水轮机轴传给发电机轴的功率。 水轮机的输入功率 (水流传给水轮机的能量)为：