冲击式水轮机
冲击式水轮机
水轮机课程总结
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浅谈冲击式水轮机
早在古代，我国就开始使用水车提供生产动力。现如今，以水车为原型的水轮机——冲击式水轮机正在成为水轮机领域一个新的热门领域。在其他各种水轮机都相对成熟了的时候，冲击式水轮机正在受到越来越多的关注。现代冲击式水轮机是借助于特殊导水机构引出具有动能的自由射流，冲向转轮水斗，使转轮旋转做功，从而完成讲水能转换成机械能的一种水力原动机。在冲击式水轮机中，以工作射流与转轮相对位置和做工次数的不同，可分为切击式水轮机、斜击式水轮机和双击式水轮机。
切击式水轮机工作射流中心线与转轮节圆相切，故名切击式水轮机。其转轮叶片均由一系列呈双碗状水斗组成，故又称水斗式水轮机。切击式水轮机是目前冲击式水轮机中应用最广泛的一种机型。其应用水头一般为300-2000m，目前最高应用水头已达到1771.3m（澳大利亚的列塞克-克罗依采克水力蓄能电站，水轮机出力P=22.8MW）。
斜击式水轮机主要工作部件和切击式水轮机基本相同，只是工作射流与转轮进口平面呈某一角度α，射流斜着射向转轮。斜击式水轮机适用于水头在
35-350m、轴功率为10-500kW、比转速为18-45的中小型水电站。
双击式水轮机水流先从转轮外周进入部分叶片流道，消耗了大约70%-80%的动能，然后离开叶道，穿过转轮中心部分的空间，又一次进入转轮另一部分叶道消耗余下大约20%-30%的动能。这种水轮机效率低，一般适用于H<60m，N<150kW 的小型水电站。
随着水力资源的深入开发，有许多高落差的流域需要进行开发，如我国的雅鲁藏布江，落差达到两千多米，同时修筑水坝又不现实（考虑到这时一条国际河流）。因此冲击式水轮机便成为了首选。冲击式水轮机主要有以下优点：
1.适应流量和水头比值比较小的情况。
2. 加权平均效率很高，在整个运行区间都有很高的效率。特别是水斗式水轮机现在先进的可以在30％～110％负荷区间可以平均91％以上的效率。
3.对水头变化的适应能力比较强
4.对管道和水头比值很大的也很适应。
5.开挖量小。
利用冲击式水轮机发电，出力范围可从50kW到500MW，可以适用于30米至3000米较大的水头范围，特别是高水头范围其它类型水轮机无法适用，并且无须建筑水坝，无需建造下游尾水管，建筑经费只是其它类型水轮发电机组2的几分之一，对自然环境影响也非常小。由于转轮在大气压之下的转轮室中运转，可以省去有压过流通道的、密封等的苛刻要求，广泛为工况运行效率高且变化平缓是其具有魅力的另一个原因。由于上述的优点，冲击式水轮机组的开发主题正在被世界关注，我国也引起了足够的重视，我国蕴藏着太多适于冲击式水轮机组开发的水力能源。冲击式水轮机可以充分发挥其结构简单、转轮直径小、效率高的优越性，大大减少电站投资和二次资源的节省，21世纪将会成为选型热点，大型冲击式水轮机开发的成功将创造巨大的经济效益，这一课题有着较强的开创性和应用性。
冲击式水轮机的研究制造主要在欧洲进行，瑞士阿尔卑斯山脉B水电站水头1883m，单机容量达到42万kW。大型冲击式水轮机为了更大限度利用水能，一般可以做到6个喷嘴，6喷嘴射流能量同时供给转轮做功。我国现在冲击式水3轮机的储能非常之大，开发量比例甚少甚少。转轮以早期哈尔滨大电机等的提供为主，但在10数年前已经停止了开发及试验。近年各厂家要么继续使用旧型转轮或加以一些改造，要么花高价(几百万元人民币)进口转轮。由于技术的缺乏，投标时苦于手中没有转轮，对这块空白地的竞争或束手无策，或是技术指标落后
中标率低，影响了竞争力及损失了经济利益。随着国内市场的开放这种情况会越来越严重。
我国目前采用冲击式水轮机的主要有以下这些电站：
其中天湖电站是1992年的当时国内第一个千米水头，所以这个电站的名气很大。长达17年的国内最高水头电站。后续高水头的基础，所以这个电站在国内水斗式高水头历史上具有重要地位。苏巴姑虽然高了150米，但是毕竟是后续电站，现在的头衔就是一个国内最高水头电站。
冲击式水轮机问世后,为了提高其效率和输出功率又研制出了立式多射流型冲击式水轮机。现阶段随着新材料及新技术的应用,已能制造出使用水头在1000～2000m,输出功率高达1000MW,运行安全可靠的高水头大出力冲击式水轮机。冲击式水轮机的转轮为铸件,因此提高转轮的铸造质量并在大型转轮铸造较为困难的情况下,采用铸焊工艺生产能够安全地用于高水头大出力电站的冲击式水轮机转轮为发展趋势之一。除了保证大型冲击式转轮的制造质量外,采用适合的设计方案及工艺措施来制造大型高性能偏流器也是发展中亟待解决的问题。这方面的发展应达到下列6项标准:①必须限制偏流器制造过程中的焊接应力,并在设计上设法使材料的焊接缺陷易于被常规探测法发现;②应采用压力循环次数从疲劳寿命的角度进行计算并控制缺陷尺寸的大小;③根据断裂力学理
论,最大工作应力应限制在150～200MPa,下层表面的裂缝允许尺寸为
6mm×6mm;④采取适当的工艺和检测措施以确保在50000次循环负载作用后,裂缝不超过临界裂缝尺寸;⑤研制并采用新型材料,使其对疲劳裂缝的扩展具有足够的惰性;⑥在结构设计上应该根据材料的韧性来限制最大工作应力,进而满足机组使用寿命的要求
冲击式水轮机前景是广阔的，但仍然有很多问题需要解决，相信中国的工程师一定能拿下这个新的制高点。
轴流式水轮机埋件安装工艺导则
轴流式水轮机埋件安装工艺导则 Guide for installation technology of embedded components of axial turbine DL/T5037—94 1994-11-14发布1995-03-01实施 中华人民共和国电力工业部发布 1总则 1.1本工艺导则是根据《水轮发电机组安装技术规范》(GB8564—88)，并结合常用典型结构而编制。 1.2本工艺导则适用于大中型轴流式水轮机埋件安装施工，采用分瓣就位组合的安装方式。如起重机起重量足够大时，也可采用分段或整体就位。 2一般规定 2.1设备安装前应进行全面清扫、检查，并复核设备高度尺寸。 2.2设备基础板的埋设，应用钢筋或角钢与混凝土钢筋焊牢，其高程偏差一般不超过－5mm，中心和分布位置偏差一般不大于10mm。水平偏差不大于1mm/m。 2.3调整用楔子板成对使用，搭接长度应在2/3以上。 2.4设备组合面和法兰连接面，应光洁无毛刺，合缝间隙用0.05mm塞尺检查，应不能通过；允许有局部间隙，用0.10mm塞尺检查，深度不应超过合缝宽度的1/3，总长不应超过周长的20%；连接螺栓及销钉周围不应有间隙。组合缝处的安装面错牙一般不超过 0.01mm。为防止漏水过水面组合缝应该封焊。 2.5安装用X、Y基准线标点及高程点，测量误差不应超过±1mm。中心测量所使用的钢琴线直径一般为0.3～0.40mm，其拉应力应不小于1200MPa。 2.6设备过水表面应平滑，焊缝应磨平。埋件与混凝土表面相接，应平滑过渡。 2.7根据设备尺寸选用测量工具和测量方法。 中心及圆度测量，一般选用带千分尺头的测杆，使用电测法(即带耳机的干电池回路。下同)。高程测量选用三级水准仪。 水平测量，尺寸较小时选用水平梁和合象水平仪，大中型支柱式座环选用带铟钢尺的一级水准仪。 2.8根据设备结构和土建施工程序，选择埋件加固方案，并随一期混凝土施工，埋设相应基础板和地锚。 2.9设备安装应在基础混凝土强度达到设计值的70%后进行。 2.10大中型轴流式水轮机埋件结构如图1、图2、图3所示。安装工艺流程如图4所示。若因施工需要，也可选用其他安装工艺流程(见附录A和附录B)。
冲击式水轮机“毕业设计”
冲击式水轮机毕业设计任务书、基本资料和指示书 河海大学水电学院动力系 二○○六年三月
冲击式水轮机毕业设计 任务书 一、设计内容 根据给定的原始资料，对指定的电站、指定的原始参数进行该电站的机电初步设计，包括：电站装机机型的比较设计和参数选择，调节保证计算及调速设备选择，该电站的辅助系统设计和电气一次系统初步设计。 二、时间安排 1、电站装机机型比较设计4周 2、调节保证系统1周 3、辅助系统2周 4、专题 1.0周 5、电气部分2周 6、成果整理1周 7、评阅答辩1周 8、机动0.5周 总计12.5周 三、成果要求 1、设计说明书：说明设计思想，方案比较，参考资料及最终结果。 2、设计计算书：设计计算过程，计算公式，参数选取的依据，计算结果。 3、图纸：主机部分厂房纵剖图，配水环管装配图，水系统图，气系统图和油系统图，电气主接线图及专题部分图纸，规格为1号图，其中主机部分厂房纵剖图及配水环管图要求既要画出手工图纸又要CAD图，其他全部CAD图。 冲击式水轮机毕业设计 资本资料 一、田湾河电站 田湾河位于四川甘孜州康定县、雅安市石棉县境内，为大渡河中游的一级支流，发源于贡嘎山西侧，主源莫溪沟由北向南流，在魏石达先后有贡嘎沟和腾增沟分别自左、右岸汇入后始称田湾河。下行至界碑石进入石棉县境内并有环河自右岸汇入，经草科、田湾在两河口注入大渡河。 整个田湾河开发方案规划为干、支流“两库四级”开发。整个梯级从上至下依次由巴王海、仁宗海、金窝和大发四级水电站组成。业主提出整体开发田湾河的思想，计划在2007年内完成仁宗海、金窝、大发三个梯级水电站的建设。 仁宗海水库水电站位于康定县和石棉县交界处，工程为混合式开发。电站龙头水库坝址位于仁宗海口上游约400m处，水库正常蓄水位2930m，总库容1.09亿m3，调节库容0.91亿m3，水库具有年调节性能；引水隧洞长约7.5km；地下厂房厂址位于界碑石下游约650m，距田湾河河口约30km。仁宗海水库电站工程已于2003年开工，第一台机组计划投产日期2007
冲击式机组水轮机安装概述与流程
冲击式机组水轮机安装概述与流程 冲击式水轮机适用水头100-1000米，是水从压力水管经喷嘴，形成一股射流冲击水轮机转轮旋转作功。水斗式水轮机具有结构紧凑、运行稳定、操作方便等特点。是适合于高水头、小流量的水电站。在冲击式水轮机中，以工作射流与转轮相对位置和做功次数的不同，可分为切击式水轮机、斜击式水轮机和双击式水轮机：1．切击式水轮机，其工作射流中心线与转轮节圆相切，故名切击式水轮机；其转轮叶片均由一系列呈双碗状的水斗组成，故又称水斗式水轮机。切击式水轮机是目前冲击式水轮机中应用最广泛的一种机型。其应用水头一般为300m-2000m，目前最高应用水头已达1771.3m（澳大利亚的列塞克—克罗依采克水力蓄能电站，水轮机出力P=22.8MW），挪威塞马(Sima)水电站新近安装的水轮机刚刚试验完成,已记录出力为31万瓦——奥斯陆的制造商克维诺伯拉杰称之为世界记录。在水头为1126米时机组的额定出力为25.7万瓦,在试验期间,当水头为1136米时,该水轮机获得更高的出力。2．斜击式水轮机，其主要工作部件和切击式水轮机基本相同，只是工作射流与转轮进口平面呈某一个角度α，射流斜着射向转轮。斜击式水轮机适用于水头在35～350m、轴功率为10～500kw、比转速s =18～45的中小型水电站。3. 双击式水轮机，水流先从转轮外周进入部分叶片流道，付出大约70%～80%的动能，然后离开叶道，穿过转轮中心部分的空间，又二次进入转轮另一部分叶道又付出余下的大约20%～30%的动能。这种水轮机效率低，一般只适用于H<60m，N<150kW的小型水电站。综上所述，冲击式水轮机适用于高水头小流量的水力条件。它是19世纪后期，随着水工技术的不断发展，人们已能建造高的水Word 资料
水轮机的选型计算
一、水轮机选型计算的依据及其基本要求.....................................................................1 1 水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据.................................1 2 水轮机选型计算应满足下述基本要求......................................................1 二、反击式水轮机基本参数的选择计算..................................................................1 1 根据最大水头及水头变化范围初步选定水轮机的型号.................................1 2 按已选定的水轮机型号的主要综合特性曲线来计算转轮参数.................................1 3 效率修正..........................................................................................4 4 检查所选水轮机工作范围的合理性.........................................................4 5 飞逸转速计算....................................................................................5 6 轴向推力计算....................................................................................5 三、水斗式水轮机基本参数的选择计算......................................................10 1 水轮机流量.......................................................................................10 2 射流直径d 0.......................................................................................10 3 确定D1/d 0.......................................................................................10 4 水轮机转速n ....................................................................................10 5 功率与效率................................................................................................11 6 飞逸转速..........................................................................................12 7 水轮机的水平中心线至尾水位距离A ......................................................12 8 喷嘴数Z 0的确定....................................................................................12 9 水斗数目Z1的确定.................................................................................12 10 水斗和喷嘴的尺寸与射流直径的关系...................................................13 11 引水管、导水肘管及其曲率半径.........................................................13 12 转轮室的尺寸..............................................................................14 A 水机流量..........................................................................................17 B 射流直径.............................................................................................17 C 水斗宽度的选择..........................................................................................17 D D/B 的选择.............................................................................................17 E 水轮机转速的选择.......................................................................................17 F 单位流量的计算..........................................................................................17 G 水轮机效率................................................................................................18 H 飞逸转速................................................................................................18 I 转轮重量的计算..........................................................................................18 四、调速器的选择.............................................................................................20 1 反击式水轮机的调速功计算公式.....................................................................20 2 冲击式水轮机的调速功计算公式.....................................................................20 五、阀门型号、大小的选择.................................................................................21 1 球阀的选择................................................................................................21 2 蝴蝶阀的选择 (22) 目 录
冲击式水轮机说明书
冲击式水轮机 说 明 书
一、概述 1、冲击型水轮机适合于高水头电站，它的喷咀与转轮分水刃在同一平面上，射流方向为转轮园周的切线方向，来自压力管的水经喷咀转换为高速射流，切向冲击转轮的水斗，推动转轮旋转作功。再通过发电机转化为电能。 该型水轮机的转轮高出尾水面，不存在因汽蚀要求开挖的问题，不用尾水管、蜗壳和复杂的导水机构。因此，具有结构简单、维护管理方便、运行可靠等优点。 2、本机采用弹性联轴器和发电机直联或与发电机同轴，旋转方向从发电机向水轮机看为顺时针方向。 3、本机采用水力性能较好的62°/45°长喷咀和90°喷水弯管及引水弯管。 二、水轮机主要零部件结构和作用 该型水轮机由主机、喷咀机构、引水部分、折向机构等主要部分组成。 1、主机部分包括有：转动部件，轴承部件和机壳部件。 转动部件有转轮、主轴、飞轮、弹性联轴器、甩水环等主要另件。 转轮是水轮机的心脏，转轮的特性对水轮机的性能起着决定性的作用。转轮采用整铸结构。水斗中间有一道分水刃，它使射向水斗的水流均匀地向两边分开，以减少水流碰撞损失，在水斗顶端有一个缺口，以免上一个水斗的射流冲击下一个水斗。 飞轮和弹性联轴器连成一体。装设飞轮的目的在于增加机组的转动惯量和稳定性。甩水环可以止住水流沿着轴向溢出。 轴承采用滑动轴承。在两轴承中间支承着转轮，轴承主要用来承受机组转动部分的重量和径向力。滑动轴承的轴瓦是上下两瓦，装在轴承座里，用46#透平油以主轴旋转带动油环旋转带油润滑。轴承底座的油池内必须随时保持一定的润滑油。必要时，立即补充或更换。 机壳部件有机座与机盖。机座通过轴承来支承机组转动部分的重量。机座前面装有咀嘴机构，在靠近折向器的地方，机座上开有圆孔，供观察水流和折向器工作情况。 2、喷咀机构装在机座前面，包括有喷咀部件和手、电动调器执行部分。 喷咀部件有喷咀、喷针、喷水弯管、导流支架、平衡活塞、封水压环、喷针杆等
冲击式水轮发电机组技术参数
冲击式水轮发电机组技术参数水轮机 设计水头下 型号设计水头(m) 流量(m3/s)出力(KW)转速(r/min)发电机型号调速器型号 或机座号进水阀 CJ22-W-55/1×4.5 CJ22-W-55/1×5.5 CJ22-W-55/1×6 CJ22-W-55/1×7 CJ22-W-65/1×7.51600.0856109.9920SFW100-6/560手动调速Dg250 1900.0933*******SFW125-6/560手动调速Dg250 2200.1004177.71079SFW160-6/560手动调速Dg250 2600.1091222.91173SFW200-6/650手动调速Dg250 1000.10182.8 727SFW75-8/493手动调速Dg250 1200.1107108.6797SFW100-8/560手动调速Dg250 1400.1196134.4860SFW125-8/560手动调速Dg250 1500.1238147.8891SFW125-6/560手动调速Dg250 1700.1317183948SFW160-6/560手动调速Dg250 1900.1393217.61002SFW200-6/650手动调速Dg250 2200.1499268.81079SFW250-6/740手动调速Dg250 2700.166355.31195SFW320-6/740手动调速Dg250 800.10969.4 615SFW55-10/560手动调速Dg250 900.11681.7 655SFW75-10/560手动调速Dg250 1100.128111.8720SFW100-8/560手动调速Dg250 1300.139142.4785SFW125-8/650手动调速Dg250 1500.149174835SFW160-8/650手动调速Dg250 1700.159212890SFW200-6/650手动调速Dg250 2000.172274.8970SFW250-6/740手动调速Dg250 2400.1883551070SFW320-6/740手动调速Dg250 1000.1637131.5727SFW125-8/560手动调速Dg250 1200.1793172.2797SFW160-8/650手动调速Dg250 1500.2004234.1891SFW200-8/740手动调速Dg250 1600.207262.3920SFW250-6/740手动调速Dg250 1900.2256344.41002SFW320-6/740手动调速Dg250 2200.2427425.31079SFW400-6/850手动调速Dg250 600.14869.7 450SFW55-8/493手动调速Dg300 700.15989.8 486SFW75-8/493手动调速Dg300 800.17 108520SFW100-12/740手动调速Dg300 1000.19 152580SFW125-10/650手动调速Dg300 1100.199174610SFW160-10/740手动调速Dg300 1300.216220662SFW200-10/850手动调速Dg300 1500.233278.5713SFW250-8/740手动调速Dg300 1700.248355758SFW320-8/850手动调速Dg300 2100.275448840SFW400-8/850手动调速Dg300 2400.294557900SFW500-6/850手动调速Dg300 CJ22-W-65/1×8.8105-1700.24-0.312200-400600-750850-990手动调速 1400.1937218.7676SFW200-8/740手动调速Dg300 1600.2071273.7723SFW250-8/740手动调速Dg300 1900.2257353.4788SFW250-8/740手动调速Dg300 CJ22-W-70/1×72200.2428432.3848SFW400-8/850手动调速Dg300 2600.264560.2921SFW500-6/850手动调速Dg300 2900.2788688.6973SFW630-6/990手动调速Dg300
第二节 冲击式水轮机和反击式水轮机工作原理的异同点
第二节冲击式水轮机和反击式水轮机工作原理的异同点冲击式水轮机的工作原理与反击式水轮机相同点是，均是利用水流与转轮叶片的作用力和反作用力原理将水流能量传给转轮，使转轮旋转释放出机械能。冲击式水轮机与反击式水轮机工作原理显著的不同点是： 1. 在冲击式水轮机中，喷管（相当于反击式水轮机的导水机构）的作用是：引导水流，调节流量，并将液体机械能转变为射流动能。而反击式水轮机的导水机构，除引导水流，调节流量外，在转轮前形成一定的旋转水流，以满足不同比转速水轮机对转轮前环量的要求。 2. 在冲击式水轮机中，水流自喷嘴出口直至离开转轮的整个过程，始终在空气中进行。则位于各部分的水流压力保持不变（均等于大气压力）。它不像反击式水轮机那样，在导水机构、工作轮以及转轮后的流道中，水流压力是变化的。故冲击式水轮机又称为无压水轮机，而反击式水轮机，称之为有压水轮机。 3. 在反击式水轮机中，由于各处水流压力不等，并且不等于大气压力。故在导水机构、转轮及转轮后的区域内，均需有密闭的流道。而在冲击式水轮机中，就不需要设置密闭的流道。 4. 反击式水轮机必须设置尾水管，以恢复压力，减小转轮出口动能损失和进一步利用转轮至下游水面之间的水流能量。而冲击式水轮机，水流离开转轮时已流速很小，又通常处在大气压力下,因此它不需要尾水管。从另一方面讲，由于没有尾水管，使冲击式水轮机比反击式水轮机少利用了转轮至下游水面之间的这部分水流能量。 5. 反击式水轮机的工作转轮淹没在水中工作，而冲击式水轮机的工作轮是暴露在大气中工作，仅部分水斗与射流接触，进行能量交换。并且，为保证水轮机稳定运行和具有较高效率，工作轮水斗必须距下游水面有足够的距离（即足够的排水高度和通气高度）。 6. 在冲击式水轮机中，因工作轮内的水压力不变，故有可能将工作轮流道适当加宽，使水流紧贴转轮叶片正面，并由空气层把水流与叶片的背面隔开。这样，可使水流不沿工作轮的整个圆周进入其内，而仅在一个或几个局部的地方，通过一个或几个喷嘴进入工作轮。由于工作叶片流道仅对着某个喷嘴时被水充满，而当它转到下一个喷嘴之前，该叶片流道中的水已倾尽，故水流沿叶片流动不会发生紊乱。 7. 冲击式水轮机的工作轮仅部分过水，部分水斗工作，故水轮机过流量较小，因而在一定水头和工作轮直径条件下，冲击式水轮机的出力比较小。另外，充实水轮机的转速相对比较低（这是由于转轮进口绝对速度大，圆周速度小）、出力小，导致了较低的比转速，故冲击式水轮机适用于高水头小流量的场合。
水轮机公式
附录A （资料性附录） 水轮机实时仿真系统采用的计算公式、计算方法 A.1计算公式 A.1.1水轮机单位流量表达式 （A.1）A.1.2水利局单位力矩表达式 (A.2) A.1.3水轮机单位转速计算表达式 （A.3） A.1.4水轮机流量、力矩计算表达式 （A.4） （A.5）A.1.5相对参数值计算公式 用角标“0”表征稳态性；“r”表征额定值；“”表征偏差值则有： （A.6） (A.7) (A.8) （A.9） （A.10）
（A.11） （A.12） （A.13） （A.14） 在线性化假设条件下导叶相对开度，由以上公式可由水轮机相对单位转速、流速、力矩计算公式： （A.15） （A.16） （A.17） A.1.6差分方程的计算公式（见图A.1） （A.18） 式中： Y——输出信号； X——输入信号； S——拉氏算子。 差分后有： （A.19） 由时刻的输入信号值及时刻的输出信号值可计算出时刻的输出信号值。
图A.1参数的差分计算 A.2水轮机力矩、流量特征矩阵的计算公式 A.2.1水轮机的单位力矩特性及流量单位特性 输入至计算机的水轮机特性原始数据应具有制动工矿区的信息，由此特性（图A.2）可有参数表A.1，并按规定格式输入计算机。 图A.2 混流式水轮机单位力矩及流量特性示例 表A.1水轮机单位力矩及流量表
（A.20）显然各参数是导叶开度的函数，相雷地用n-1次多项式表征，当时，有： (A.21) 由式（A.21）可以归纳出在表格中各结点上的参数和，这些参数构成了求解有关系数的已知条件，并可有矩阵关系式： (A.22) (A.23) (A.24) （A.25） 矩阵称作水轮机流量和力矩的特性矩阵，矩阵中各素和分布规律综合表达了不同类型水轮机的流量和力矩对导叶开度和转速变化的敏感程度。水轮机流量、力矩特性矩阵的表达式为： (A.26)
水轮机计算
（一）水轮机型号的选择 根据题目条件已知要用HL120-38和HL100-40型水轮机进行选择，对比计算分别如下： （二）水轮机主要参数的计算 HL120-38型水轮机方案主要参数的计算 1、转轮直径的计算 1D = 式中： '3112500;240; 380/0.38/r r N kW H m Q L s m s ==== 同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况的效率=88.4%M η，由此可初步假定水轮机在该工况的效率为90.4% 将以上各值代入上式得 10.999D m = = 选用与之接近而偏大的标准直径1 1.00D m =。 2、效率修正值的计算 由附表一查得水轮机模型在最优工况下的max =90.5%M η，模型转轮直径10.38M D m =，则原型水轮机的最高效率max η可依下式计算，即 max max =1M ηη-（1- 1(10.93593.5%=--== 考虑到制造工艺水平的情况取11%ε=；由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模型基本相似，故认为20ε=，则效率修正值η?为： max max 10.9350.9050.010.02M ηηηε?=--=--= 由此求出水轮机在限制工况的效率为： 0.8840.020.904M ηηη=+?=+=（与原来假定的数值相同） 1、 转速的计算
1 n = 式中''' 10101M n n n =+? 有附表一查得在最优工况下的' 1062.5/min M n r =，同时由于 '1'10110.0160.03M n n n ?====< 所以'1n ?可以忽略不计，则以' 1062.5n =代入上式得： 973.3/min n r = = 选用与之接近而偏大的标准同步转速1000/min n r =。 2、 工作范围的验算 在选定的1 1.00D m =、1000/min n r =的情况下，水轮机的' 1max Q 和各种特征水头下相 应的'1n 值分别为： ' 3 1max 3232 2 21 125000.3790.38/9.8112400.904 9.81r r N Q m s D H η = = =
冲击式水轮机
水轮机课程总结 学院：能源 学号： 姓名：
浅谈冲击式水轮机 早在古代，我国就开始使用水车提供生产动力。现如今，以水车为原型的水轮机——冲击式水轮机正在成为水轮机领域一个新的热门领域。在其他各种水轮机都相对成熟了的时候，冲击式水轮机正在受到越来越多的关注。现代冲击式水轮机是借助于特殊导水机构引出具有动能的自由射流，冲向转轮水斗，使转轮旋转做功，从而完成讲水能转换成机械能的一种水力原动机。在冲击式水轮机中，以工作射流与转轮相对位置和做工次数的不同，可分为切击式水轮机、斜击式水轮机和双击式水轮机。 切击式水轮机工作射流中心线与转轮节圆相切，故名切击式水轮机。其转轮叶片均由一系列呈双碗状水斗组成，故又称水斗式水轮机。切击式水轮机是目前冲击式水轮机中应用最广泛的一种机型。其应用水头一般为300-2000m，目前最高应用水头已达到1771.3m（澳大利亚的列塞克-克罗依采克水力蓄能电站，水轮机出力P=22.8MW）。
斜击式水轮机主要工作部件和切击式水轮机基本相同，只是工作射流与转轮进口平面呈某一角度α，射流斜着射向转轮。斜击式水轮机适用于水头在 35-350m、轴功率为10-500kW、比转速为18-45的中小型水电站。 双击式水轮机水流先从转轮外周进入部分叶片流道，消耗了大约70%-80%的动能，然后离开叶道，穿过转轮中心部分的空间，又一次进入转轮另一部分叶道消耗余下大约20%-30%的动能。这种水轮机效率低，一般适用于H<60m，N<150kW 的小型水电站。
随着水力资源的深入开发，有许多高落差的流域需要进行开发，如我国的雅鲁藏布江，落差达到两千多米，同时修筑水坝又不现实（考虑到这时一条国际河流）。因此冲击式水轮机便成为了首选。冲击式水轮机主要有以下优点： 1.适应流量和水头比值比较小的情况。 2. 加权平均效率很高，在整个运行区间都有很高的效率。特别是水斗式水轮机现在先进的可以在30％～110％负荷区间可以平均91％以上的效率。 3.对水头变化的适应能力比较强 4.对管道和水头比值很大的也很适应。 5.开挖量小。 利用冲击式水轮机发电，出力范围可从50kW到500MW，可以适用于30米至3000米较大的水头范围，特别是高水头范围其它类型水轮机无法适用，并且无须建筑水坝，无需建造下游尾水管，建筑经费只是其它类型水轮发电机组2的几分之一，对自然环境影响也非常小。由于转轮在大气压之下的转轮室中运转，可以省去有压过流通道的、密封等的苛刻要求，广泛为工况运行效率高且变化平缓是其具有魅力的另一个原因。由于上述的优点，冲击式水轮机组的开发主题正在被世界关注，我国也引起了足够的重视，我国蕴藏着太多适于冲击式水轮机组开发的水力能源。冲击式水轮机可以充分发挥其结构简单、转轮直径小、效率高的优越性，大大减少电站投资和二次资源的节省，21世纪将会成为选型热点，大型冲击式水轮机开发的成功将创造巨大的经济效益，这一课题有着较强的开创性和应用性。
水轮机作业
第1章 概论 （一） 单项选择题 1．水轮机的工作水头是（ ）。 （A ）水电站上、下游水位差 （B ）水轮机进口断面和出口断面单位重量水流的能量差 2．水轮机的效率是（ ）。 （A ）水轮发电机出力与水流出力之比 （B ）水轮机出力与水流出力之比 3．反击式水轮机是靠（ ）做功的。 （A ）水流的动能 （B ）水流的动能与势能 4. 冲击式水轮机转轮是（ ）。 （A ）整周进水的 （B ）部分圆周进水的 5．喷嘴是（ ）水轮机的部件。 （A ）反击式 （B ）冲击式 （二）填空题 1．水电站中通过 把水能转变成旋转机械能，再通过 把旋转机械能转变成电能。 2．水轮机分为 和 两大类。 3．轴流式水轮机分为 和 两种。 4．水轮机主轴的布置形式有 和 两种。 5．冲击式水轮机有 、 和 三种。 （三）计算题 1．某水轮机的水头为18.6m ，流量为1130m 3/s ，水轮机的出力为180MW ，若发电机效率97.0=g η，求水轮机的效率和机组的出力g P 。 2．某水轮机蜗壳进口压力表的读数为a P 310650?，压力表中心高程为887m ，压力表所在钢管内径D = 6.0m ，电站下游水位为884m ，水轮机流量Q = 290 m 3/s ，若水轮机的效率%92=η，求水轮机的工作水头与出力。 第2章 水轮机的工作原理 （一） 单项选择题 1．水轮机中水流的绝对速度在轴面上的投影是（ ）。 （A ）轴向分量z v （B ）轴面分量m v 2．水轮机中水流的轴面分量m v 与相对速度的轴面分量m w （ ）。 （A ）相等 （B ）不相等 3．水轮机输出有效功率的必要条件是（ ）。 （A ）进口环量必须大于0 （B ）进口环量必须大于出口环量 4．无撞击进口是指水流的（ ）与叶片进口骨线的切线方向一致。 （A ）绝对速度 （B ）相对速度 5．法向出口是指（ ）。 （A ）出口水流的绝对速度是轴向的 （B ）出口水流的绝对速度与圆周方向垂直 （二）填空题 1．水轮机转轮中的水流运动是 和 的合成。 2．水轮机轴面上所观察到的水流速度分量是 和 。
卧式冲击式机组安装方法
卧式水斗式水轮机的安装 （一）卧式水斗式水轮机的结构和安装程序 水斗式水轮机是冲击型水轮机中应用最多的一类，也是中、高水头电站经常采用的机型。水斗式水轮机仍有立式、卧式之分，还可能有双转轮及多个喷嘴的。但一般的中小型机组，最常采用的是单喷嘴或双喷嘴的卧式水斗式水轮机。 卧式水斗式水轮机如图5-19所示，它的过流部分包括引水管、喷嘴一喷针、转轮和尾水槽。压力钢管来的高压水，经过引水管改变方向，从喷嘴喷出形成高速射流，射流冲击转轮上的水斗，从而将射流的动能转变成旋转机械能。水斗式水轮机的其它部分包括主轴、轴承、主轴密封装置、折向器、导流板、反向喷嘴和机座、机壳等。其中反向喷嘴可以形成冲击水斗背面的射流，用于机组停机过程起制动作用，也用于机组飞车时降低转速。而折向器用来快速切断射流，它与喷针一起受调速器控制。机组甩负荷或突减负荷时，先用折向器快速切断射流，再由喷针缓慢关闭喷嘴，这样既限制机组转速的上升，又控制压力钢管不产生过大的水锤压力。 水斗式水轮机的安装，仍然从埋设件开始，并以机座作为安装的基准件。其安装的基本程序是： (1)机座安装。
(2) 轴承座安装。 (3)喷嘴一喷针的组合及安装。 (4)主轴转轮的组合、吊装。 (5)机壳及附件的安装。 本节将重点介绍机座安装，喷嘴喷针的安装这两部分，这正是水斗式水轮机安装工程中最重要、也是比较特殊的地方。 （二）机座安装 机座是水斗式水轮机的安装基准件，它的安装质量应达到以下要求： (1) 机座中心的平面位置误差不大于1mm。 (2)高程误差不大于±2mm。 (3)机座上法兰面的水平度误差不大于0.05mm。 机座的安装如图5-20、图5-21所示，应先作好准备工作，再吊入找正。 1、准备工作 (1)在机坑四周设标高中心架，从原始基准出发，将厂房的X、Y轴线表达到标高中心架上，同时测定轴线的高程。轴线高程以高于机座上法兰面应有高程300mm左右为宜。 (2)在机坑中布置支墩、垫板、楔子板，准备地脚螺栓孔等。它们的平面位置和高程对照厂家图纸，平面位置误差不大于10mm；高程误差0~-5mm。 (3) 清扫机座，在上法兰面做好X、Y 轴线标记。 2、吊入找正 (1)中心位置的测量、调整。在标高中心架上 用0.3mm的钢琴线拉出X、Y轴线，再用软线 悬挂四个小垂球与机座上的轴线标记对应。 如果机座轴线不正，则用千斤顶、拉紧器加 以移动，如图5-20 所示。 (2)高程的测量、调整。机座上法兰面 的实际高程，可以用钢板尺测量它与钢琴
CJYH09冲击式水轮机说明书资料
CJYH09-L-170/6×15型冲击式水轮机系立轴单转轮六喷嘴冲击式水轮机，与发电机组成两支点水轮发电机组。 该水轮机由喷嘴装配、转动部份、预埋部份、管路部份、机盖装配、油轴承、工具等部份组成。 水轮机转轮与发电机主轴采用法兰连接，摩擦力传递扭矩。水轮机转轮系整体铸造而成，最大外径为φ2190.1mm，拆卸转轮采用下拆方式。 该型立轴六喷嘴水轮机的喷嘴采用的是全新单元组合式结构，喷嘴、偏流器组成一体，以进水管定位装在进水管的喷嘴座上。为便于转轮和喷嘴的装拆与检修，在机座的下方设有平水栅，平水栅同时也起到均衡排水作用，减少对尾水渠的冲刷。在平水栅中间铺有两根轻型钢轨，运输小车将转轮或喷嘴，沿此轨道经运输通道运出或运入机坑。 由直流式内控喷嘴和偏流器组成的双重调整机构，调节性能良好，能满足电能质量和调节保证的要求，确保机组和压力钢管的安全。 每台水轮机的进水管前装有一个直径为φ1600mm的进水阀装置。 喷针及偏流器接力器均采用单腔油压控制，操作油压6.3MPa，压力油取自调速器。 机组和冲击式专用调速器、自动化元件组成一个完整的自动化操作系统，中控室一个脉冲，机组能自动启动带负荷、自动停止、正常运行、事故报警和停机。 机组采用的内拆式水力自关闭喷嘴具有以下特点： 1）喷针利用油压开启，水力自关闭，当电站的操作油失压时，喷针能在水力作用下自动关闭。喷嘴关闭后，如果关闭压力油进油阀，切断油压装置的压力油源，喷针也不会自行开启，非常安全。 2）喷嘴具有负荷自锁功能，当机组并网运行时，例如油压装
置出现事故低压等，能自动锁定喷针，二次回路的低油压事故停机信号应作用于调速器数字配压阀，封闭喷针控制腔油路，使机组继续带原有负荷在电网中运行，直到油压装置故障消除。因此，可减少事故停机次数。 3）可单独开启喷针，排除卡塞喷针的异物。 4）设有新型油水隔离装置，保证压力水不会渗入喷针控制腔，不会造成油水混合。 5）设有防泥砂装置，能防止泥砂进入喷针轴，保护零件不受泥砂磨损。 6）喷嘴采用新型内拆式结构，拆去喷嘴口，就能将喷嘴内的零件全部拆出（在不拆下喷嘴部件和转轮的情况下）进行检修或更换零件，大大缩短检修时间和减轻检修劳动强度 7）喷嘴内的滑动部位采用新型密封和油润滑，摩阻力小，动作灵活，经久耐磨，密封性能非常好，绝对可靠。 8）喷针的水力自关闭倾向，可保证喷嘴不漏水，从而减少了间隙气蚀和泥砂磨损，延长了喷针和喷嘴口的使用寿命。 9）喷嘴可在压力钢管不充水的情况下，利用油压作喷针开关模拟试验，测定喷针的动作和行程。 10）在调速器上可设喷嘴紧急停机电磁阀单独关闭喷嘴。电磁阀可手动、自动和遥控。调速器失灵后，喷针可自动关闭而不必动水关闭阀门。从而多一道保护功能。 11）喷针控制腔装有压力表，供监测喷针工作情况。 12）喷针的设计，增加了导向长度，减小了摩擦圆直径，再加上油的润滑和操作力的合理设计，保证喷针操作灵活，不会发生卡涩现象。 13）喷嘴控制部份的特殊设计，保证了机组周波稳定，并网容易，调节灵敏。 14) 新型单元组合式喷嘴安装、维护非常方便。 2 水轮机型号及主要参数 2.1 水轮机型号：CJYH09-L-170/6×15 CJ——冲击式水轮机
水轮机习题
习题一 1．水轮机的基本工作参数通常有哪几个？它们的代表符号和单位是什么？ 2．什么叫水轮机的设计水头、最大水头、最小水头和净水头？3．某河床式电站在设计水头下：上游水位Z上=63m，下游水位Z下=44.4m，通过某台水轮机的流量m2/s,发电机效率, 水轮机效率，如忽略引水建筑物中的水力损失，试求水流出力、水轮机出力和机组出力。 4．现代水轮机的基本类型有哪些？它们的适应水头怎样？ 5．了解我国已建及正在建的大型水电站的机组的单机容量和适用水头。 6．反击式和冲击式水轮机在能量转换上有何区别？ 7．解释水轮机型号： HL160-LJ-520、ZZ560-LH-800、GD600-WP-250、2CJ30-W-120/2×10。 8. 贯流式机组主轴都采用卧轴布置的优缺点有哪些？
习题七 习题一 1．水轮机的基本工作参数通常有哪几个？它们的代表符号和单位是什么？ 2．什么叫水轮机的设计水头、最大水头、最小水头和净水头？3．某河床式电站在设计水头下：上游水位Z上=63m，下游水位Z下=44.4m，通过某台水轮机的流量m2/s,发电机效率, 水轮机效率，如忽略引水建筑物中的水力损失，试求水流出力、水轮机出力和机组出力。 4．现代水轮机的基本类型有哪些？它们的适应水头怎样？ 5．了解我国已建及正在建的大型水电站的机组的单机容量和适用水头。 6．反击式和冲击式水轮机在能量转换上有何区别？ 7．解释水轮机型号： HL160-LJ-520、ZZ560-LH-800、GD600-WP-250、
2CJ30-W-120/2×10。 8. 贯流式机组主轴都采用卧轴布置的优缺点有哪些？ 习题二 1. 混流式水轮机的性能如何？ 2. 混流式水轮机由哪几大部分组成？其工作过程怎样？ 3. 水轮机的类型有几种，各种类型水轮机有何优缺点？ 4. 转轮的作用是什么？转轮一般由哪几部分组成？ 5. 混流式水轮机转轮与轴流式水轮机在结构上有何异同点？ 6. 止漏环有哪几种类型，其作用范围怎样？ 7. 什么叫水轮机的轴向水推力？如何估算？ 8. 减压装置有几种类型？它们的工作的原理是怎样的 9. 引水室的作用是什么？它有几种类型？ 10．金属蜗壳的应用条件、结构类型和一般的受力特点是怎样的？
轴流式水轮机的结构
第二节 轴流式水轮机的结构 一、概述 轴流式水轮机与混流式水轮一样属于反击式水轮机，由于水流进入转轮和离开转轮均是轴向的，故称为轴流式水轮机。轴流式水轮机又分为轴流定桨式和轴流转桨式两种。轴流式水轮机用于开发较低水头，较大流量的水利资源。它的比转速大于混流式水轮机，属于高比转速水轮机。在低水头条件下，轴流式水轮机与混流式水轮机相比较具有较明显的优点，当它们使用水头和出力相同时，轴流式水轮机由于过流能力大（图2-15），可以采用较小的转轮直径和较高的转速，从而缩小了机组尺寸，降低了投资。当两者具有相同的直径并使用在同一水头时，轴流式水轮机能发出更多的效率。 特别是轴流转桨式水轮机，由于转轮叶片和导叶随着工况的变化形成最优的协联关系，提高了水轮机的平均效率，扩大了运行范围，获得了稳定的运行特性，更是值得广泛使用的一种机型。 图2-15 轴流式水轮机 1— 1— 1— 转轮接力器活塞；2—转轮体；3—转臂；4—叶片；5—叶片枢轴；6—转 轮室 图2-16所示是轴流转桨式水轮机的结构图。它的工作过程和混流式水轮机基本相同。水流经压力水管、蜗壳、座环、导叶、转轮、尾水管到下游。与混流式水轮机所不同的是负荷变化时，它不但调节导叶转动，同时还调节转轮叶片，使其与导叶转动保持某种协联关系，以保持水轮机在高效区运行。 轴流式水轮机转轮位于转轮室内，轴流式水轮机转轮主要由转轮体、叶片、泄水锥等部件组成。轴流转桨式水轮机转轮还有一套叶片操作机构和密封装置。 转轮体上部与主轴连接，下部连接泄水锥，在转轮体的四周放置悬臂式叶片。在转桨式水轮机的转轮体内部装有叶片转动机构，在叶片与转轮体之间安装着转轮密封装置，用来止油和止水。 轴流式水轮机广泛应用于平原河流上的低水头电站，应用水头范围为3～55m ，目前最大应用水头不超过70m 。限制轴流式水轮机最大应用水头的原因是空化和强度两方面的条件。由于轴流式水轮机的过流能力大。单位流量11Q 和单位转速11n 都比较大，转轮中水流的相对流速比相同直径的混流式转轮中的高，所以它具有较大的空化系数 。在相同水头下，轴流式水轮机转轮由于叶片数少，叶片单位面积上所承受的压差较混流式的大，叶片正背面的平均压差较混流式的大，所以它的空化性能较混流式的差。因此，在同样水头条件下，轴流式水轮机比混流式水轮机具有更小的吸出高度和更深的开挖量。随着应用水头的增加，将会使电站的投资大量增加，从而限制了轴流式水轮机的最大应用水头。另一方面是由于轴流式水轮机叶片数较少，叶片呈悬臂形式，所以强度条件较差。当使用水头增高时，为了保