水輪機原理及構造

1、概述混流式水輪機工作原理：

水流經壓力鋼管在開啟蝶閥后進入蝸殼形成封閉的環流（形成環流是為了使水流作用轉輪時，使轉輪各方向受力均勻，達到機組穩定運行的目的），在導葉開啟后，水流徑向進入轉輪又軸向流出轉輪（所以稱之為混流式水輪機），在這個過程中由水流和水輪機的相互作用，水流能量傳給水輪機，水輪機開始旋轉作功。水輪機帶動直流勵磁的同步發電機轉子旋轉后，根據電磁感應原理（問題），在三相定子繞阻中便感應出交流電勢，帶上外負荷后便輸出電流。

注：電磁感應閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，導體中就產生感應電流，這種現象叫做電磁感應，產生的電流叫做感應電流。

①產生感應電流的必要條件是：a、電路要閉合；b、閉合電路中一部分導體做切割磁感線運動，缺一不可；若是閉合電路的一部分導體，但不做切割磁感線運動則無感應電流，若導體做切割磁感線運動但電路不閉合，導體上仍無感應電流則導體兩端有感應電壓。

②感應電流的方向跟磁場方向和導體切割磁感線運動方向有關三者互相垂直，改變磁場方向或改變導體切割磁感線方向都會改變感應電流的方向。

③在電磁感應現象中機械能轉化為電能。

應用：發電機是根據電磁感應原理制成的，它使人們大規模獲得電能成為現實。

①交流發電機主要由轉子和定子兩部分組成，另外還有滑環、電刷等。

②交流電的周期與頻率周期和頻率是用來表示交流電特點的兩個物理量，周期是指交流發電機中線圈轉動一周所用的時間，所以單位是“秒”；頻率是指每秒鐘內線圈轉動的周數，它的單位是“赫”。我國使用的交流電周期為0.02秒，頻率是50赫，其意義是發電機線圈轉一周用時0.02秒，即1秒內線圈轉50周，因為線圈每轉一周電流方向改變兩次，所以，頻率為50赫的交流電在1秒鐘內方向改變100次。

2、水輪機的主要類型：

水輪機基本類型有：反擊式

沖擊式

反擊式：

混流式（HL）、

東風：HLA722C-LJ-192

HL混流式水輪機設計序號為A722C為L立軸J金屬蝸殼192轉輪直徑為192cm

軸流式（ZL）：軸流轉槳式（ZZ）

軸流定槳式（ZD）、

斜流式（XL）、

貫流式（GL）：貫流轉槳式（GZ）

貫流定槳式（GD）

特點：將位能（勢能）、動能轉換為壓能，進行工作；轉輪完全淹沒在密閉的水體中。

沖擊式：

切擊式（QJ）：水斗式

斜擊式（XJ）

雙擊式（SJ）

特點：利用水流的動能，進行工作；轉輪都露在空氣中。

3、水輪機的主要工作參數：

水頭（H）：水輪機進口斷面與出口斷面之間單位水流能量的差值。

流量（Q）：單位時間內通過水輪機的水流總量（體積）。

出力（N）：單位時間內水輪機軸端輸出的功率。

效率（η）：水流出力與水輪機出力的比值再乘上百分之百。

轉速（n）：水輪機單位時間內旋轉的次數。

n=60f/p

p為極對數

f為頻率

375=（60×50）/8

水頭（H）：（工作水頭100m）

流量（Q）：（設計流量28.38m3/s）

出力（N）：N=9.81QH

效率（η）：η=N/9.81×Q×H

轉速（n）：375r/min

4、混流式水輪機：水流徑向進入轉輪又軸向流出轉輪。特點：結構簡單、運行穩定、工作可靠、效率高、汽蝕系數小。

混流式水輪機是世界上使用最廣泛的一種水輪機，由美國工程師弗朗西斯于1849年發明，故又稱弗朗西斯水輪機。水輪機的最高效率有的已超過95％。混流式水輪機適用的水頭范圍很寬，為5～700米，但采用最多的是40～300米。

世界上水頭最高的混流式水輪機裝于奧地利的羅斯亥克電站，其水頭為672米，單機功率為58.4兆瓦，于1967年投入運行。功率和尺寸最大的混流式水輪機裝于美國的大古力第三電站，其單機功率為700兆瓦，轉輪直徑約9.75米，水頭為87米，轉速為85.7轉／分，于1978年投入運行。三峽電站機組功率也為700兆瓦，26臺。

切擊式水輪機：靠從噴嘴出來的射流沿轉輪圓周切線方向沖擊轉輪斗葉而作功，應用于高水頭。（水斗式水輪機）

1889年，美國工程師佩爾頓發明了水斗式水輪機。水輪機在負荷發生變化時，轉輪的進水速度方向不變，加之這類水輪機都用于高水頭電站，水頭變化相對較小，速度變化不大，因而效率受負荷變化的影響較小，效率曲線比較平緩，最高效率超過91％。20世紀80年代初，世界上單機功率最大的水斗式水輪機裝于挪威的悉·西馬電站，其單機容量為315兆瓦，水頭885米，轉速為300轉／分，于1980年投入運行。水頭最高的水斗式水輪機裝于奧地利的賴瑟克山電站，其單機功率為22.8兆瓦，轉速750轉/分，水頭達1763.5米，1959年投入運行。

5、水輪機的過流部件：

引水部件：蝸殼式、明槽式、虹吸式等

導水部件：導葉、噴嘴等

工作部件：轉輪

泄水部件：尾水管

引水部件的功用：

以最小的水力損失把水引向導水部件，從而提高水輪機的效率。

盡可能保證沿導水部件周圍進水流量均勻，水流對稱于軸，以使轉輪受力均衡，提高工作穩定性。

在進入導水部件以前使水流形成一定環量。

保證轉輪在水中工作，不與大氣接觸。

導水部件的作用：調節流量

形成環量

截斷水流

工作部件的作用：

最低油位：90mm

混流式水輪機的密封裝置：

混流式水輪機轉輪上冠與頂蓋之間，存在著一個低壓水腔，其水源為止漏環的漏水。由于止漏環的阻尼和減壓裝置的降壓作用，此水壓一般不超過0.196Mpa。為防止此壓力水從主軸與頂蓋之間的縫隙中冒出，破壞稀油潤滑導軸承的正常工作，故設主軸密封裝置。

水輪機的主軸密封裝置包括：工作密封和檢修密封。

工作密封：可以簡化為固定在轉軸撒謊那個的動環和固定在頂蓋上的靜環組合成的摩擦副，其工作最佳狀態是靜環以一定壓力壓向動環，保持密封面的穩定接觸以封水，同時要引進一定清潔壓力水到密封面，形成液膜潤滑，避免干摩擦引起的摩擦副快速磨損，同時要有足夠的磨損補償余量，做到低泄流、長壽命。

檢修密封：空氣圍帶式檢修密封，橡膠圍帶與轉動部分圓柱面間隙為1.5—2mm。圍帶工作壓力位0.5—0.7Mpa

真空破壞閥：當機組緊急關機時，由于水流慣性作用，在轉輪室會產生很大真空，導致尾水管及下游水迅速返回，撞擊轉輪和頂蓋，發生臺機現象，嚴重時引起頂蓋損壞。在頂蓋上裝緊急真空破壞閥，能在轉輪室出現真空時，迅速向轉輪室補氣，避免產生上述破壞。一般要出現真空壓強為14.7—19.6Kpa時閥盤克服彈簧彈力下移，開始補氣，真空消失后，其自動返回。

調速器具有兩級液壓放大機構：第一級由引導閥和輔助接力器實現；第二級由主配壓閥和主接力器完成。引導閥將轉速信號轉換成位移信號，以控制輔助接力器和主配壓閥活塞的上升或下降，進而使主配壓閥分配壓力油進入主接力器活塞的開腔和關腔。總之，主配壓閥，顧名思義