水轮机
1.水轮机的基本参数：工作水头、流量、出力、效率。
2.水轮机可分为两大类型：反击型水轮机、冲击型水轮机。
3.反击型：○1混流式应用水头30~~600
○2轴流式转浆式应用水头8~~80
定浆式应用水头3~~50
○3斜流式应用水头10~~120
○4贯流式转浆式应用水头2~~30
定浆式应用水头2~~30
冲击型: 水斗式应用水头100~~2000
斜击式应用水头25~~300
双击式应用水头6~~80
4.在电站中,水轮机轴的装置分为立式和卧式两种。
5.近代水轮机一般都具有四个基本过流部分，它们分别为：
引导并集中水流流入转轮的引水部分——称为引水部件，使流入转轮的水具有所需要的速度和大小的导向部分——称为导水部件，把引入水流的水能转换为转动机械能的能量转换部分——称为工作部件（转轮），将转轮流出的水引向下游并利用其余能的泄水部件——称为泄水部件。
6.水轮机工作部件就是转轮（或叫工作轮），它是水轮机的核
心。
7.水轮机型号排列顺序综合规定如下：
第一部分 第二部分 第三部分 ----- ----- —— ----- ----- —— -----
HL220-LJ-550,表示混流式水轮机，转轮型号为220，立轴，金属蜗壳，转轮直径为
550厘米。
ZZ560-LH-800表示轴流转桨式水轮机，转轮型号为560，立轴，混凝土蜗壳，转轮直径为800厘米。
XLN200-LJ-300表示斜流可逆式水轮机，转轮型号为200，立轴，金属蜗壳，转轮直径为250
厘米。
GD600-WP-250表示贯流定桨式水轮机，转轮型号为600，卧槽灯泡式引水室，转轮直径为为250厘米。
2OJ30-W-(120/2X10)表示一根轴上具有两个转轮的水斗式水轮机，转轮型号为30，卧槽，转轮直径为120厘米，每个
转轮上具有2个喷嘴，设计射流直径为10厘米。
8.转轮的组成：转轮上冠、转轮叶片、转轮下环、泄水锥、
止漏环、减压装置。
9.止漏环可分为间隙式、迷宫式、梳齿式和阶梯式。
10.减压装置的作用：减压装置是用来减小轴向水推力的，轴
向水推力一般由四部分组成：○1作用于转轮内的轴向水压力;○2作用于上冠外表面上的轴向水压力；○3作用于下环外表面上的轴向水压力；○4作用于转轮上的浮力。
11.混流式水轮机主轴的作用：作用是将水轮机转轮所获得转
矩传递给发电机主轴，使发电机旋转而发电，同时主轴还承受轴向水推力和转动部分的重量。
12.由于水轮机容量的大小和装置方式不同，主轴有不同的结
构型式，归纳起来可分为单法兰（或无法兰）和双法兰两类。
13.导水机构的主要作用是根据机组负荷的变化来调节进入
水轮机的流量。
14.导水机构有哪几部分组成？由导叶、导叶轴承、导叶密封、
传动机构结构形式、控制环、接力器、顶盖和底环。15.座环位于蜗壳里面，导水机构外面，是水轮机的承重部件。
基础环是混流式水轮机中座环与尾水管进口锥管相连接的基础部件，埋设于混凝土内。
16.水轮机导轴承的主要作用：是承受由轴传来的径向力和振
摆力，固定机组轴线位置。
17.立式水轮机导轴承型式很多，按润滑方式分为水润滑、稀
油润滑和干油润滑三种。
18.主轴部分的密封分两大类，一类是轴承运行中的密封，一
般称为主轴密封，其结构型式有盘根密封、橡胶平板密封、端面密封、径向密封和水泵密封；另一类是轴承检修或停机时的密封，一般称为检修密封，其结构型式有机械式、围带式和抬机式密封。
19.混流式水轮机的附属装置很多，有补气阀、紧急真空破坏
阀、空气阀、空放阀、放水阀等。
20.尾水管补气有两种结构，一种采用十字架补气，一种为短
管补气，这两种结构主要是补气位置不同。
21.泄水锥的作用是最后完成水流的引导，泄水锥缩短，水流
会产生严重的相互干扰，降低水轮机效率；加长会增加对泄水锥的横向干扰力，造成连接螺栓的破坏。
22.叶片是转轮中最重要的部件。
23.叶片操作机构的动作是由调速器来自动控制的。
24.水轮机工作时，水流要流经引水部件、导水部件、转轮和
尾水管等过流部件，水流阙产生摩擦、撞击、旋涡和脱流等损失，这些情况所引起的水头损失，称为水力损失。25.汽蚀对过流表面产生破坏的原因：○1机械破坏作用；○2化
学作用；○3电化作用。
26.根据汽蚀在水轮机中发生的部位不同，一般可分为翼型汽
蚀、空腔汽蚀和间隙汽蚀三类。
27.根据振动的起因可分为：机械振动、水力振动和电磁振动。
28.引起机械振动的因素有：转子质量不平衡，机组轴线不正，
导轴承缺陷等。
29.引起水力振动的因素有：水力不平衡、尾水管中的水力不
稳定、涡列等。
30.所谓几何相似，主要系指两个水轮机过流部分几何形状与
表面糙度相同，并且一切相应的线性尺寸成比例。
31.所有这些模型尺寸大小不同，但过流部件几何形状相似，
即水轮机的相应尺寸大小不等，但成同一比例。这样所得到的一系列水轮机一般称为水轮机系。
32.研究同系水轮机的几何尺寸及特性参数间相似关系的理
论，或者说，研究模型与原型相似关系的理论，称为水轮机的相似理论。
33.相似水轮机的转速、流量和出力的单位值，即单位转速、
单位流量、单位出力以及它们的综合参数——比转速均为常数。
34.水轮机的比转速是一个综合性的参数，它反映水轮机转速
n、出力N和水头H相互之间关系。
N s※代表当有效水头Hn s为一米，发出的功率N为一千瓦，机械效率n f=1时，水轮机所具有的n，故称为比转速或
称为比转速系数，简称比速。
同系水轮机，相同工况，比转速相等。
三峡工程实现特大型水轮发电机组国产化
三峡工程实现特大型水轮发电机组国产化 一、国家决策：对三峡工程实行重大技术装备国产化 国家高瞻远瞩的重大装备设备国产化，早在三峡工程论证阶段已有安排。依托重点工程实现重大装备国产化是我国政府导向行为。在三峡工程开工前，围绕三峡机电设备国产化、国家对民族工业的扶持政策，组织开展了一系列科研攻关，制定了切实可行的支持鼓励的政策及措施，收到良好的效果。 三峡工程的重大装备科研攻关列入从“六五”到“十五”连续5个国家“五年”计划，我国相关科研机构、院校及机电设备制造厂为此作了充分准备。从1983年三峡工程可行性审查会后，到国家正式批准三峡工程开工，在这十余年的论证中，三峡工程的重大装备前期科研攻关，包括工程专用施工设备、通航设备、电站水轮发电机组设备以及三峡工程输变电成套设备等各项攻关工作一直没有停止。 在上个世纪80年代再次进行三峡工程论证时，原国务院重大装备领导小组办公室将三峡工程机电设备列入国家重大技术装备研制项目，组织XX大电机研究所、XX电机厂（哈电）、东方电机厂（东电）、中国水利水电科学研究院、长江水利委员会、东北输变电设备集团公司、XX电力机械设备制造公司、电力部XX自动化院、清华大学、XX大学、河海大学、华中科技大学、XX大学等单位开展科技攻关，先后建立了高水头水力试验台进行水轮机水力设计与模型试验的研究，建立了1000吨级、3000吨级推力轴承试验台，进行6000吨级推力轴承的计算与试验研究，总结了国内设计制造大型水电机组的经验，配合设计部门和论证小组提出了三峡工程的水轮机和水轮发电机的参数方案，为立足于国内自主设计制造做了大量的技术准备。 1993年7月，国务院三峡工程建设委员会批准了《长江三峡水利枢纽初步设计报告（枢纽工程）》，同年11月起先后邀请国外有设计制造大型水轮发电机组业绩的厂家来华技术交流，中方也曾派出各个代表团到国外考察。通过考察，了解掌握了国外大机组的技术水平
世界最大水轮机——三峡70万千瓦水轮机组研制概况(下
世界最大水轮机 ——三峡70万千瓦水轮机组研制概况 (下） 工程总投资：150亿元以上 工程期限：1996年——2012年 三峡左岸电站厂房，总长度643.7米，跨度39米，高度93.8米，相邻发电机组中心距38.3米。总面积相当于两艘航空母舰甲板面积，足够战斗机在里面起降。 三峡水电站32套70万千瓦发电机组由水轮机、发电机、励磁系统、调速系统、控制系统、主变压器及附属设备组成，设备总重超过
20万吨，多数为超重型特大部件。左岸厂房14套机组有Alstom和VGS两种构型，右岸厂房12套机组和地下厂房6套机组，经过Alstom、哈电、东电完善设计，成功消除了对空化敏感的特殊压力脉动区，使水轮机运行稳定性有了进一步提高。 三峡工程最早建设的左岸14台机组，中标外商都是国际一流企业，但实际制造供货分散在17个国家100多个工厂，又逢制造企业兼并改组，富有经验的原产地只生产一些关键部件，其他部件转移到子公司，甚至关键的定子线棒德国Siemens公司交给巴西生产（2号机组1941个水接头返厂重焊)，瑞士ABB磁极装配在西班牙生产(5 号机组磁极返修后，转子才耐压通过)，ABB推力头和镜板在意大利生产（5号机组推力头止口与轴领偏心0.3mm，需要修磨放大止口间隙），出现不少质量问题，经过返修最终达到了技术要求。左岸还有55%的部件由国内企业制造，这批机组质量责任在总供货外商，在运行期间逐步进行升级改造。右岸电站12台机组有8台实现国产，地下电站6台机组全部实现国产。总体来说，机组设计制造代表了当今国际先进水平。 三峡水电站由于自然条件和以防洪为主的需要，初期水头61-94米，后期水头为71-113米，每年汛前水库水位降到145米高程，防洪库容221.5亿立方米，水头变幅很大，额定水头80.6米，给水轮机设计增加了难度。每套水轮机组主要由引水管、座环、蜗壳、导水机构、转轮、主轴、下机架、顶盖、转子支架、定子铁芯、定子线圈、尾水管等部件组成。单台机组出力700MW，水轮机转轮名义直径
水轮机复习知识要点总结
水轮机原理及水力设计 第一章 1、水轮机是一种将河流种蕴藏的水能转换成旋转机械能的原动机，水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机或 者发电机的转子将旋转的机械能转换成电能。 2、反击式水轮机转轮区内的水流在通过转轮叶片通道时，始终是连续充满整个转轮的有压流动，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。 3、反击式水轮机包括：混流式水轮机：水流从四周沿径向进入转轮，然后近似的以轴向流出转轮，应用 水头范围较广，约为20~700m,水头较高。 轴流式水轮机：水流在导叶和转轮之间由径向流动变为轴向流动，而在转轮 区 水流保持轴向流动，其应用水头约为3~80m,适用水头较低，根据其转轮叶片在运行中能否转动，可以分为轴流定浆式和轴流转浆式两种。 斜流式水轮机：斜流式水轮机具有较宽的高效率区，适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40~200m。 贯流式水轮机：根据其发电装置形式不同，分为全贯流式和半贯流式两类。 4、冲击式水轮机的转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已转变成高速自由射流， 该射流冲击水轮机的部分轮叶，并在轮叶的约束下发生流速大小和方向的急剧改变，从而将其动能大部分传递给轮叶，驱动轮叶旋转。 5、冲击式水轮机按射流冲击转轮方式的不同分为：水斗式水轮机、斜击式水轮机、双击式水轮机三种。 6、水头H :水轮机的水头（亦称工作水头），是指水轮机进口和出口截面处单位重量的水流能量差，单位为 m。 7、各种水头：（1）最大水头：H max，是允许水轮机运行的最大净水头。它对水轮机结构的强度设计有决性影 响。 （2）最小水头H mim，是保证水轮机安全、稳定运行的最小净水头。 （3）加权平均水头H a：是在一定期间内（视水库调节性能而定）， 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。 （4）设计水头H r：是水轮机发出额定出力时所需要的最小净水头。 &流量：水轮机的流量是指单位时间内通过水轮机某一过流断面的水流体积，常用符号Q表示，常用单 位为m/s。在设计水头下，水轮机以额定转速、额定出力时所对应的水流量常委设计流量。 9、出力P:水轮机出力是水轮机轴端输出的功率，常用符号P表示，常用单位为KW。 P 10、水流的出力：P n= QH=9.81QH（KW）水轮机的效率：t二一由于水轮机在总做中存在能量耗损 P n 所以水轮机的出力P总是小于水流的出力P n，其效率总是小于1. 水轮机的出力P=P n t=9.81OH t（KW）或者是P=M，也2卫其中「是水轮机的旋转速度， 60 rad/s； M是水轮机主轴输出的旋转力矩，N.m ；n是水轮机转速，r/min。 11、水轮机型号：①HL220 —LJ—250,表示转轮型号为220的混流式水轮机，立轴，金属蜗壳，转轮直 径为250cm。 ②ZZ560- LH- 500,表示转轮型号为560的轴流转浆式水轮机，立轴，混凝土蜗壳，转轮 直径为500cm ③GD60—W—300,表示型号为600的贯流定浆式水轮机，卧轴、灯泡式引水，转轮直 径为300cm ④2CJ-20W—120/2 X 10，表示转轮型号为20的水斗式水轮机，一根轴上装有两个转轮，卧轴，转轮直径 为120cm,每个转轮有两个喷嘴，射流直径为20cm 11、水轮机的装置形式：指水轮机主轴的不知形式与引水室形式相结合的总体。 ①反击式水轮机的装置形式：大型机组采用立轴布置形式，水轮机轴与发电机轴直接连接；中高水头混
水轮发电机基本知识介绍
水轮发电机基本知识介绍 一. 关于发电机电磁设计 水轮发电机电磁设计的任务是按给定的容量、电压、相数、频率、功率因数、转速等额定值和其他技术要求来确定发电机的有效部分尺寸、电磁负荷、绕组数据及性能参数等。 水轮发电机电气参数的选择，主要依据电力系统对电站电气参数和主接线的要求，同时根据《水轮发电机基本技术条件》、《导体和电器设备选择设计技术规定》等相关规范来选择，当然也要根据具体电站的要求。 在电磁设计过程中考核的几个主要参数：磁密，定、转子线圈温升，短路比，主要电抗，效率，飞轮力矩。 二. 电磁设计需要输入的基本技术数据 （一）额定容量、有功功率、无功功率和功率因数的关系 Φ--发电机输出电流在时间相位上滞后于电压的相位角 额定容量S=√3U N I N =22Q P 有功功率P=√3U N I N cos φ=S ·cos φ 无功功率Q=√3U N I N sin φ=S ·sin φ cos φ= S P （二）发电机的电磁计算需要具备以下基本的额定数据： 功率/容量，功率因数，电压，转速（极数），频率，相数，飞轮力矩（转运惯量） 1. 额定容量（视在功率）或者额定功率（有功功率）
S=φ cos P （kV A / MV A ） P=水轮机额定出力×发电机效率 （kW / MW ） 发电机的容量大小更直接反映发电机的发电能力。有功功率结合功率因数才能完整反映发电机的输出功率能力。 2. 额定功率因数cos φ 发电机有功功率一定时，cos φ的减小，可以提高电力系统稳定运行的功率极限，提高发电机的稳定运行水平；同时由于增大了发电机的容量，发电机造价也增加。相反，提高额定功率因数，可以提高发电机有效材料的利用率，并可提高发电机的效率。近年来由于电力系统容量的增加，系统装设同步调相机和电力电容器来改善其功率因数，以及远距离超高压输电系统使线路对地电容增大，发电机采用快速励磁系统提高稳定性，使发电机额定功率因数有可能提高。 取值：0.8，0.85，0.875，0.9，国内大容量多取0.85~0.9，国外发达国家多取0.9~0.95。 灯泡式水轮发电机由于受结构尺寸限制，功率因数较一般水轮发电机的取值高，以减小气隙长度，提高通风冷却效果。 (1) 一般水轮发电机 GB/T7894-2009 水轮发电机基本技术条件：
水轮机特性曲线
保证出力与额定出力之间有什么关系，他们之间的区别是什么？分别怎样计算？ 保证出力指的是机组在各个运行水头稳定运行的出力范围。有最大保证出力，也有最小保证出力。各种机型的保证出力是不一样的。比如混流式的保证出力定义是：在最小到最大水头范围内水轮机出力是45~100%。那么最大保证出力就是某水头时的100%，最小出力为最大出力的45%。保证出力受能量性能（效率），气蚀等诸多因素的影响。例如，某水轮机出力在设计水头下为8333kw，那么，在这个水头下最大出力就8333kw,最小出力就是8333X45%=3750kw.。以上最大最小出力在行业规范中有具体的规定。额定出力是指机组在最优工况点的出力（既选择的运转特性曲线上效率最大点的水头和流量）。设计出力指的是在设计点的出力（设计水头，设计流量，设计效率）。 出力计算公式：N=9.81QHη（千瓦） 其中：9.81是水的比重常数 Q—通过水轮机的流量（立方米/秒） H—水轮机的工作水头（米） η—水轮机的工作效率（％） 水轮机的线型特性曲线可用转速特性曲线、工作特性曲线及水头特性曲线三种不同形式表示。线型特性曲线具有简单、直观等特点，所以常用来比较不同型式水轮机的特性。 一、转速特性曲线 转速特性曲线表示水轮机在导水叶开度、叶片转角和水头为某常数时，其他参数与转速之间的关系。在水轮机的模型试验中，常规的做法是保持一定的水头，通过改变轴上的负荷（力矩）来改变转速，达到调节工况的目的。故整理模型试验的数据时，以转速特性曲线最为方便，水轮机的其他特性曲线，实际上都是从转速特性曲线换算而得。 如图下图所示。由水轮机转速特性曲线可以看出水轮机在不同转速时的流量、出力与效率，还可以看出水轮机在某开度时的最高效率、最大出力及水轮机的飞逸转速。
世界最大水轮机
世界最大水轮机 三峡70万千瓦水轮机组研制概况 投资：150亿元以上 工程期限：1996年——2012年 工程期限：1996年——2012年 三峡工程最早建设的左岸14台机组，中标外商都是国际一流企业，但实际制造供货分散在17个国家100多个工厂，又逢制造企业兼并改组，富有经验的原产地只生产一些关键部件，其他部件转移到子公司，甚至关键的定子线棒德国Siemens公司交给巴西生产（2号机组1941个水接头返厂重焊)，瑞士ABB磁极装配在西班牙生产(5号机组磁极返修后，转子才耐压通过)，ABB推力头和镜板在意大利生产（5号机组推力头止口与轴领偏心0.3mm，需要修磨放大止口间隙），出现不少质量问题，经过返修最终达到了技术要求。左岸还有55%的部件由国内企业制造，这批机组质量责任在总供货外商，在运行期间逐步进行升级改造。右岸电站12台机组有8台实现国产，地下电站6台机组全部实现国产。总体来说，机组设计制造代表了当今国际先进水平。 三峡水电站由于自然条件和以防洪为主的需要，初期水头61-94米，后期水头为71-113米，每年汛前水库水位降到145米高程，防洪库容221.5亿立方米，水头变幅很大，额定水头80.6米，给水轮机设计增加了难度。每套水轮机组主要由引水管、座环、蜗壳、导水机构、转轮、主轴、下机架、顶盖、转子支架、定子铁芯、定子线圈、尾水管等部件组成。单台机组出力700MW，水轮机转轮名义直径9.709/10.427m(VGS/Alstom)，是当今世界最大的混流式水轮机转轮。机组采用三个导轴承的半伞式结构，推力轴承负荷5050/5520吨，为当今世界之最。发电机额定出力778MVA，功率因数0.9，为提高在高水头下水轮机运行的稳定性，发电机设计最大出力840MVA，可连续运行。发电机额定电压20kV，采用定子绕组水冷、转子空冷的冷却方式。发电机定子机座外径21.42/20.9m，定子铁芯内径18.5/18.8m,铁芯高度3.13/2.95m，单台机组重约7000吨，均为世界之最。
水泵水轮机特点
天荒坪抽水蓄能电站 水泵水轮机特点 华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司游光华 浙江安吉313302 摘要天荒坪抽水蓄能电站的水泵水轮机组由挪威KVAERNER公司提供，是我国较早从国外引进的大型可逆式机组，自首台机组投产至今已有7年多。本文总结分析了水泵水轮机7年多的运行中出现了一些问题，以供参考借鉴。 主题词天荒坪抽水蓄能水泵水轮机性能“S”形特性不稳定轴向水推力抬机导叶关闭规律 天荒坪抽水蓄能电站安装有6台300MW水泵水轮机组，为单级、立轴、混流可逆式，额定净水头为526米，运行毛水头（扬程）为526米~610.2米，水轮机安装高程为225米，淹没深度为-70米，是目前国内已投产运行的水头和变幅最大的单级可逆式机组，在国际上也较罕见，为使其达到满意的效率和良好的运行稳定性，设计难度大，没有现成的经验可供借鉴。水泵水轮机的参数如下： 水轮机工况：水泵工况：额定容量：306MW 333MW 最大轴出力（入力）：338MW 333MW 额定流量：67.7m3/s 58.80m3/s（最大） 43.00m3/s（最小） 额定转速：500RPM 500RPM 旋向（俯视）：顺时针逆时针 转轮水轮机进口直径：4030mm 转轮水轮机出口直径：2045mm
最大瞬态飞逸转速：720 r/min 最大稳态飞逸转速：680 r/min 水泵水轮机及其辅助设备由挪威GE 公司提供。水泵水轮机大修拆卸方式采用中拆方式。首台机组于1998年9月30日投入运行，2000年12月25日所有机组投产，投产以来运行情况表明，机组性能良好，效率较高，但也出现了一些问题，在技术人员的努力下，通过采取措施，相关问题已得到了较好的解决。 1水泵水轮机的性能和结构特点 1.1效率 按照合同规定，水泵水轮机的效率按照模型试验来验收，合同要求水轮机工况的最高效率≥92.20％，加权平均效率≥90.41％，水泵工况最高效率≥ 91.70％，加权平均效率≥ 91.52％。根据模型试验报告，水轮机工况的模型最优效率为90.61%，折算为原型其整个运行范围内的最优效率为92.28%，加权平均效率为90.317%，而水泵工况下模型最优效率为89.84%，折算原型最优效率为92.17%，加权平均效率为92.01%，除水轮机工况加权平均效率略低于保证值0.083％外，其余均达到合同要求。为了检验真机效率，我们于2001年5月在5号机组上进行了部分水头（扬程）的热力法效率试验，测得水轮机工况下在试验平均净水头566.23 m时，机组出力为210~304.06 MW,水轮机最高效率为92.11％，相应机组出力272.00 MW；水泵工况试验平均净扬程为542.09 m，水泵平均效率为88.99％。从上述结果可以看出，水轮机工况的最高效率已接近模型推算值，水泵工况效率偏
水力发电与水轮机简介
troduction of hydro-electric power and hydraulicturbines Power may be developed from water by three fundamental processes : by action of its weight, of its pressure, or of its velocity, or by a combination of any or all three. In modern practice the Pelton or impulse wheel is the only type which obtains power by a single process the action of one or more high-velocity jets. This type of wheel is usually found in high-head developments. Faraday had shown that when a coil is rotat ed in a magnetic field electricity is generated. Thus, in order to produce electrical ener gy, it is necessary that we should produce mechanical energy, which can be used to rot ate the coil. The mechanical energy is produced by running a prime mover by the ene rgy of fuels or flowing water. This mechanical power is converted into electrical powe r by electric generator which is directly coupled to the shaft of turbine and is thus run by turbine. The electrical power, which is consequently obtaind at the terminals of the generator, is then transited to the area where it is to be used for doing work.he plant or machinery which is required to produce electricity is collectiv ely known as power plant. The building, in the entire machinery along with other aux iliary units is installed, is known as power house. Keywords hydraulic turbines hydro-electric power classification of hydel plants head scheme There has been practically no increase in the efficiency of hydraulic turbines sinc e about 1925, when maximum efficiencies reached 93% or more. As far as maximum efficiency is concerned, the hydraulic turbine has about reached the practicable limit o f development. Nevertheless, in recent years, there has been a rapid and marked increa se in the physical size and horsepower capacity of individual units. In addition, there has been considerable research into the cause and prevention of cavitation, which allows the advantages of higher specific speeds to be obtained at hig her heads than formerly were considered advisable. The net effect of this progress wit h larger units, higher specific speed, and simplification and improvements in design h as been to retain for the hydraulic turbine the important place which it has
大型水轮发电机的低成本设计研究
大型水轮发电机的低成本设计研究 摘要：目前，随着中国的不断发展壮大，在大型水电产品的发展中也取得了优 异的成绩，并在世界各地中占据领先的地位，拥有一定的技术水平。大型水轮发 电机产品在我国乃至世界各地的应用都是非常重要的，尤其是在水资源非常丰富 的国家，其发挥着巨大的作用。但是，我们也要考虑到与经济问题，使得大型水 轮发电机的设计符合经济发展的要求。因此，本文主要研究大型水轮发电机系统 的低成本结构设计方案，阐述相关的设计步骤以及实际中的过程等，从而可以设 计出低成本，高效率的结构方案，并不断的优化设计，使得大型水轮发电机的结 构设计的质量和效率得到充分的保障。 关键词：大型水轮发电机；低成本；设计方案；研究分析 1、前言 中国在各个地区都有丰富的水资源，这对水电行业的快速发展是非常重要的，发挥着决定性的作用，以此为基础，才能使得大型水轮发动机的效率得到保证。 随着一大批一大批的大型水利工程的完成，其在中国水电开发的发展中的意义可 想而知，有效地提高了大型水利工程的工作效率，促进我国水利工程事业的不断 进步与发展。同时，相应的水电单位也在不断的面临大型和超大型的发展。但是 目前，根据国内水利工程协会的统计，在中国，大型水轮发电机的成本过高，需 要对其进行低成本的设计，从而使得其的发展符合当今经济的发展状况，创造出 更加优秀的工程项目。 2、大型水轮发电机低成本设计的技术问题分析 2.1定子铁芯的热膨胀 随着我国的科学技术的不断发展壮大，大型水轮发电机的容量也随之被不断 的改善，逐渐扩大，相应定子铁心的直径也在增大，这就会涉及到成本问题。并 且相应的定子铁心的数量已经从之前的几米增长到了十多米，这样不断的增加很 有可能超过20m。相对直径成倍增加，势必会造成成本的增加，我们在设计时一 定要考虑到成本问题，与实际相结合，制定有效合理的设计方案。大型水轮发电 机的定子铁芯，铁芯温度一般会上升至50度，然后核心径向膨胀将达到11mm，所以干扰的半径方向的核心和基础是2mm，我们一定要按照一定的标准进行设计，促使定子铁芯在其中充分发挥自身的作用，达到良好的作用效果。 2．2定子铁芯的压缩质量 在实际的大型水利发电机的运行过程中，定子铁芯的压缩质量是非常重要， 我们在对其进行设计时，一定既要保证其的质量又要节约成本，使得大型水利发 动机可以正常工作，既达到理想的效果又能节约成本。虽然大型水轮发电机可以 自由膨胀，但随着不断的使用，相应的轴向铁心面积的压力会大幅度的下降，相 应的定子铁心会发生翘曲，所以在设计中我们要充分考虑到这方面的问题，避免 长时间使用出现问题。 2.3定子铁芯的开裂的 定子铁芯的结构是装配在襟翼上的，所以在低成本的大型水轮发动机的设计中，我们一定要注意定子铁心的核心位置，避免将相应的环节分布不均匀，从而 导致难以预测的挤压压力，使得定子铁芯受到的压力对大型水轮发动机的设计产 生不利的影响，如在很大程度上加剧了翘曲的情况等等。 2.4转子支架的刚度与轮盘结构的设计 大型水轮发电机的转子支架的结构设计在整个设计过程中也是非常重要的，
水轮机调节基础知识
水轮机调节基础知识 1、反应电能质量指标：电压和频率。 2、水轮机调节：在电力系统中，为了使水轮发电机组的供电频率稳定在某一规定的范围内而进行的调节。 3、水轮机调节系统由调节对象和调速器组成。调节对象有引水系统、水轮机、发电机和电力系统。。 4、Kf 越大，或者δf 越小，或者转速死区越小，离心摆的灵敏度越高。 5、系统越稳定:TW 越小、TA 越大、en 越大、TD 越大、bp 越大 6、Tw 大则应增加bt 以减小水击。，Ta 小则应增加bt 以减小转速变化值。 7、水轮机调节的途径：改变导叶开度或喷针行程，方法是利用调速器按负荷变化引起的机组转速或频率的偏差调整水轮机导叶或喷针开度使水轮机动力距和发电机阻力距及时回复平衡从而使转速和频率保持在规定范围内。 8、水轮机调节的特点：自动调节系统、一个复杂非线性控制系统、有较长引水管道开启或关闭导叶时压水管道产生水击、随电力系统容量的扩大和自动化水平的提高对水轮机调速器的稳定性，速度性，准确性要求高。 9、调速系统的组成：被控对象，测量元件，液压放大元件，反馈控制元件。 10、引导阀的作用：把转动套的位移量的变化变转变为压力油的流量的变化，去控制辅助接力器活塞的运动。 11、硬反馈又称调差机构或永态转差机构，输出信号与输入信号成比例的反馈称为硬反馈或比例反馈。用于实现机组有差调节，以保证并网运行的机组合理地分配负荷。 12、软反馈又称缓冲装置或暂态转差机构或校正元件，只在调节过程中存在，调节过程结束后，反馈位移自动消失，这种反馈称为软反馈或暂态反馈。作用是提高调节系统的稳定性和改善调节系统的品质。 13、硬反馈的作用：实现机组有差调节保证并网运行的机组合理非配负荷。 14、硬反馈的组成：反馈椎体、反馈框架、螺母、螺杆、转轴、传动杆件。 15、软反馈的作用：提高调节系统的稳定性，改善调节系统的品质。 16、缓冲装置的组成：壳体，主动活塞组件，从动活塞组件，针塞组件，弹簧盒组件。 17、 18、调差机构的作用：用于改变机组静特性斜率，确定并列运行机组之间负荷的分配，防止负荷在并列运行机组之间来回窜动。 19、调差机构的组成：螺母，螺杆，反馈框架，转轴 20、转速调整机构的作用：当机组单机运行时用于改变机组转速，当机组并列于无穷大电网运行时用于改变机组所带的负荷。 21、转速调整机构的组成：手轮、螺杆、螺母。 22、调节系统的静特性：统节系统处于平衡状态时机组转速与发电机出力之间的关系。 23、调节规律的输出信号接力器位移y 与输入信号转速x 之间的关系称为调节规律。PI ：比 例积分型S K K S G I P PI /)(+=，PID 比例积分微分型s K s K K s G D I P PID ++=/)( 24、 bp 与调节系统的构造有关，与机组特性和运行水头无关。 ep 与两者都有关。 25、调速器的典型环节：比例环节、积分环节、理想微分环节、实际微分环节、惯性环节。 26、按元件结构不同分为：手动、电动、机械液压型、电气液压型、微机调速器； 27、按容量分为：特小型、中小型、大型调速器； 28、按执行机构不同分为：单调节（混流，轴流定浆式）、双调节调速器（轴流转浆，贯流转浆，冲击式）； 29、按调节规律：PI 型，PID 型 30、按所有油压装置和主接力器设置情况分为：整体式和分离式。 31、离心摆工作原理:当离心摆在额定转速时，如果转速增加则离心力增大，重块外张使转动套升高；反之则转动套下降，这样，离心摆转速的变化就以转动套位置的高低反映出来 32、离心摆的作用：将机组转速偏差信号按比例装换成装套的位移信号，传递给引导阀。 33、离心摆静特性：离心摆静态方程式表示在稳定工况时，离心摆的转速几乎与转动套行程
水轮机选择(经典)
第四章水轮机选择 §4.1 水轮机的标准系列 由于各开发河段的水力资源和开发利用的情况不同，水电站的工作水头和引用流量范围也不同，为了使水电站经济安全和高效率的运行，就必须有很多类型和型式的水轮机来适应各种水电站的要求。 一、反击式水轮机的系列型谱 表4—1、4—2、4—3、4—4中给出了轴流式、混流式水轮机转轮的参数。 1)、水轮机的使用型号规定一律采用统一的比转速代号。 2)、每一种型号水轮机规定了适用水头范围。水头上限是根据该型水轮机的强度和汽蚀条件限制的，原则上不允许超过；下限主要是考虑到使水轮机的运行效率不至于过低。 二、水斗式水轮机转轮参数 表4—5，系列型谱尚未形成 三、水轮机转轮尺寸系列表（表4—6） 四、水轮发电机标准同步转速（表4—7） 五、水轮机系列应用范围图 为纵座标绘制某一系列水轮机应用范围。 以H为横座标，N 单 1、根据H r、N r→范围→D1，n。 2、水轮机吸出高度的确定H s：根据h s~H的关系曲线确定。 由H r→h s，H s＝h s－▽／900
§4.2水轮机的选择 一、水轮机选择的意义、原则、内容 1、意义 水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益，因此根据H、N的范围选择水轮机是水电站中主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。 2、原则 (1)、充分考虑电站特点（水文水能、电力系统技术条件，电站总体布置)。 (2)、有利于降低电站投资、运行费、缩短工期，提前发电 (3)、提高水电站总效率，多发电 (4)、便于管理、检修、维护，运行安全可靠，设备经久耐用 (5)、优先考虑套用机组 3、内容 (1)、确定机组台数及单机容量 (2)、选择水轮机型式（型号） (3)、确定水轮机转轮直径D1、n、H s、Z a；Z0、d0 (4)、绘制水轮机运转特性曲线
GE公司大型水轮发电机定子绕组结构设计及安装特点
GE 公司大型水轮发电机定子绕组 结构设计及安装特点 The Characteristics of the Structure Design and Installation for Large Water Turbine Stator Winding Made By GE 苏树昕 (哈尔滨电机厂有限责任公司,黑龙江 哈尔滨 150040) 摘要:以加拿大GE 公司设计的二滩水电厂水轮发电机为例,重点阐述了加拿大GE 公司大型水轮发电机定子绕组的结构设计及安装特点。 关键词:水轮发电机;定子绕组;结构;安装 [中图分类号]T M312.03[文献标识码]B [文章编号]1004-7913(2003)04-0046-03 加拿大GE 公司是世界上知名的水轮发电机组制造商之一, 作为主承包商先后承担制造了我国二滩水电厂550MW 、18kV ,刘家峡水电厂320MW 、18kV 和三峡水电厂700MW 、20kV 水轮发电机, 其大型水轮发电机组结构设计与国内制造商的传统设计结构有很大差别,特别是定子绕组部分有其特别之处,值得我们借鉴。现以安装在雅砻江上的二滩水电厂三相竖轴半伞式水轮发电机的定子绕组的结构设计、安装为例,介绍和分析加拿大GE 公司大型水轮发电机组定子绕组的结构设计、安装的特点。 1 定子绕组参数及结构特点 发电机额定电压18kV ,额定电流19630A , 额定功率因数(滞后)019,定子绕组为3相双层6支路Y 形联接,单匝叠形绕,绕组槽节距1-11槽,槽数486,绝缘等级F 级。定子线棒为66股8100mm ×2124mm 双玻璃丝包扁铜线,罗贝尔换 位,电磁线双边绝缘厚度为012mm ,主绝缘材料为环氧粉云母,定子线棒防晕采用T win -T one 涂料RT V (连续室温固化涂料)和CRT V (导电室温固化硅涂料),高温液压一次成型。定子线棒直线段尺寸2619mm ×92177mm 。定子线棒单根重量62kg 。定子线棒与铁心槽间采用过盈配合,最大设计 紧量0105mm 。定子线棒槽底、层间垫环氧半导体垫条。定子线棒的槽内固定,采用槽楔、斜楔、垫条、波纹板结构。定子线棒嵌装采用液压下线机。 支持环采用 2514mm 高强度无磁性合金钢弯制, 外包F 级绝缘而成。汇流环与定子线棒采用多股铜线软连接。定子线棒接头银磷铜钎焊工艺。定子线棒上下端头的绝缘采用绝缘盒灌注三组份环氧腻子。 2 定子绕组安装主要工艺步骤 主要工艺步骤见图1。 图1 主要工艺步骤 3 定子绕组的结构设计、安装特点分析 311 槽部电晕的防止 在机组运行中,定子绕组因线棒的主绝缘表面 低电阻半导体层的电阻值不同,及下线后由于线棒 6 4东北电力技术 2003年第4期
水轮机调节考试复习章节知识点分类、河海大学 沈祖义主编 第三版
第一章水轮机调节基本概念 1、分析基本要求：稳定性、准确性、快速性 2、水轮机调节任务\作用：调频、调功（根据电力系统负荷的变化不断调节水轮发电机的有功功率输出，维持机组转速（频率）在规定范围内） 3、特点：（操作力大、影响因素大多、动作过程复杂、功能多、结构类型多）1调速器需设置多级液压放大元件，而液压放大元件的非线性及时间滞后有可能使水轮机调节系统调节品质恶化2，水击作用与导水机构的调节作用相反，将严重的影响水轮机调节系统的调节品质3对于双重调节机构，调速器中需要增加一套调节和执行机构，从而增加调速器的复杂性4要求调速器具有越来越多的自动操作和自动控制功能，使得水轮机调速器成为水电站中一个十分重要的综合自动装置，总之，水轮机调节系统相对来说不易稳定，结构复杂，要求具有较强的功能 4、调节途径：改变导叶的开度（或喷针开度），使水轮机的动力矩和发电机阻力矩平衡，使转速和频率保持在规定范围。 5、电力系统的频率稳定主要取决于：有功功率的平衡 6、J dw/dt=Mt-Mg （J转动惯量、水轮机动力矩、发电机阻力矩） 7、调速器分类：（1）按元件结构分为：机械液压和电气液压（模拟电气液压、数字电气液压）（2）按系统结构\反馈位置分为：辅助接力器型、中间接力器型、电子调节器型（3）按照控制策略\调节规律分为：PI（比例+积分）调节型、PID（比例+积分+微分）调节型、智能控制型（4）按执行机构数目分为：单调节调速器、双调节调速器（5）按工作容量分为：大型、中型、小型、特小型 8、调速器型号：①②③④━⑤⑥━⑦1—大型无代号；中小型（与油压装置组合在一起）代号Y；特小型（通流式结构）代号T；2—机械液压无代号；电气液压代号D；微机调速器W；3—单调节无代号；双调节代号S；4—调速器基本代号T；5—调速器工作容量(N·m )；或主配压阀直径（mm）；6—改型标记，经改型的用A、B等标明；7—调速器额定工作油压，大于2.5MPa的才标注，单位MPa 9、数学模型：微分方程、传递函数、动态结构图、方框（块）图、状态方程 第二章水调系统工作原理 1、单调节系统组成：离心飞摆（测速元件）、引导阀（对应的液压放大装置：放大元件）、辅助接力器、主配压阀、主接力器、缓冲器（反馈元件）、调差机构 2、带动离心飞摆转动的两种电源：1、来自与主机同轴的永磁发电机2、来自发电机端电压互感器 3、局部反馈、全局反馈（软反馈\暂态反馈、硬反馈\永态反馈） 4、双调节系统关键部位：协联块 5、双调节：两个调速机构 6、ep调差率es最大功率调差率bp永态转差率bs最大行程永态转差率最大非线性度≤5% 转速死区ix 不准确度ia≤1.5% 第三章机械液压型调速器 1、转速死区ix（指在某一规定的转速范围内，飞摆无法测量出来的最大转速范围与额定转速之比的百分数）：当机组转速超过N1时调速器关闭导叶，而当机组转速低于N2时调速器才开启导叶，当转速在N1和N2之间时，调速器不动作，称为转速死区（作用：静态特性非线性度，动态系统的不准确度） 2、转速调整机构作用：当机组单机运行时，改变机组转速；并网运行，改变机组出力 3、调差机构作用：形成有差静特性 4、调节系统具有有差静特性作用：保证并列运行时机组间分配负荷；如果没有，负荷分配
水轮机的选型设计
水轮机的选型设计 水轮机选型时水电站设计的一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的功能经济指标及运行稳定性，可靠性都有重要影响。 水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式，功能参数，水工建筑物的布置等，并考虑国内外已生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选若干个方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳型式与参数。 一：水轮机选型的内容，要求和所需资料 1：水轮机选择的内容 （1）确定单机容量及机组台数。 （2）确定机型和装置型式。 （3）确定水轮机的功率，转轮直径，同步转速，吸出高度及安装高程，轴向水推力，飞逸转速等参数。对于冲击式水轮机，还包括确定射流直径与喷嘴数等。（4）绘制水轮机的运转综合特性曲线。 （5）估算水轮机的外形尺寸，重量及价格。wertyp9 ed\结合水轮机在结构、材质、运行等方面的要求，向制造厂提出制造任务书。 2.水轮机选择的基本要求 水轮机选择必须要考虑水电站的特点，包括水能、水文地质、工程地质以及电力系统构成、枢纽布置等方面对水轮机的要求。在几个可能的方案中详细地进行以下几方面比较，从中选择出技术经济综合指标最优的方案。 （1）保证在设计水头下水轮机能发生额定出力，在低于设计水头时机组的受阻容量尽可能小。 （2）根据水电站水头的变化，及电站的运行方式，选择适合的水轮机型式及参数，使电站运行中平均效率尽可能高。 （3）水轮机性能及结构要能够适应电站水质的要求，运行稳定、灵活、可靠，有良好的抗空化性能。在多泥沙河流上的电站，水轮机的参数及过流部件的材质要保证水轮机具有良好的抗磨损，抗空蚀性能。 （4）机组的结构先进、合理，易损部件应能互换并易于更换，便于操作及安装维护。 （5）机组制造供货应落实，提出的技术要求要符合制造厂的设计、试验与制造水平。 （6）机组的最大部件及最重要部件要考虑运输方式及运输可行性。 3.水轮机选型所需要的原始技术材料 水轮机的型式与参数的选择是否合理、是否与水电站建成后的实际情况相吻合，在很大程度上取决于对原始资料的调查、汇集和校核。根据初步设计的深度和广度的要求，通常应具备下述的基本技术资料： （1）枢纽资料：包括河流的水能总体规划，流域的水文地质，水能开发方式，水库的调节性能，水利枢纽布置，电站类型及厂房条件，上下游综合利用的要求，工程的施工方式和规划等情况。还应包括严格分析与核准的水能基本参数，诸如电站的最大水头Hmax、最小水头Hmin,加权平均水头Ha，设计水头Hr，各种特征流量Qmin、Qmax、Qa,典型年（设计水平年，丰水年，枯水年）的水头、流量过程。此外还应有电站的总装机容量，保证出力以及水电站下游水位流量关系曲线。 （2）电力系统资料：包括电力系统负荷组成，设计水平年负荷图，典型日负荷
水泵水轮机全特性..
水泵水轮机全特性 1．水泵水轮机全特性曲线 抽水蓄能电站的水泵水轮机均设有活动导叶，通过导叶调节水轮机运行时的流量，故水泵水轮机的特性曲线一般为一组不同导叶开度下的全特性曲线，其区域的划分与水泵的全特性区域划分一样，只是习惯上以正常水轮机运行工况的各参数为正。同时抽水蓄能电站一般H 也总是正值，即在实际工程中实用也就是5个工况区，即水轮机工况、水轮机制动工况、水泵工况、反水泵工况、水泵制动工况。 水泵水轮机全特性曲线表示方法通常采用1111~n Q 和1111~n M 来表示。图3-7和图3-8所示为某抽水蓄能电站水泵水轮机的四象限特性曲线。 图3-7 水泵水轮机流量特性曲线 图3-8 水泵水轮机力矩特性曲线
2．水泵水轮机全特性曲线的特点 通过对不同水泵水轮机的全特性分析可以看出，水泵水轮机全特性有着下述的规律与特点： （1）在水泵工况，大开度等导叶开度曲线汇集成一簇很窄的交叉曲线，说明在此区域水泵扬程与导叶开度的关系不大，开度的改变不会造成单位转速及单位力矩的很大的变化。当导叶开度较小区域时随着导叶开度的减小其流量曲线及力矩曲线则加速分又，说明此时的导水机构可看作是节流装置，水头损失急剧增大，从而对水泵的力矩及流量产生较大的影响。在水泵实际运行中导叶开度将随着扬程的变化而沿各导叶开度特性曲线的外包络线变化，使得水力损失最小，也即使得水泵的效率在此工况最高。此外，随着单位转速的增大，也即水泵扬程的减小，水泵的流量及水力矩将快速增大，所以在水泵及电动机设计时应充分考虑此时水泵的力矩特性，电动机容量应根据可能的正常运行最低扬程工况进行设计，并留有一定的裕量；同时根据导叶小开度区域力矩分散的特性，在异常低扬程起动时（如初次向上水库异常低扬程充水时）可采取关小导叶开度来限制其水力矩，即限制水泵的入力在一定范围以内。
水轮机发展现状
水轮机技术发展现状与应用热点 罗光钊 （学号：1404440226 学院：能动学院） 指导老师：李琪飞 我国可供开发的水利资源达3.78×10的5次方MW，年发电量居世界首位。到1990年底，全国水电总装机容量为36045.5MW，作为一种获取廉价电力的能源，水力发电的优缺点如下表所示。 优点缺点 它是一种不断更新的能源，取之不尽，用之不竭； 没有空气污染，对水没有热污染； 水能资源的开发，一般都能满足防洪，发电，灌溉，渔业，工业供水等综合利用要求； 如采用适当的装置，限制水压上升，启动和带负荷的时间很短，灵活可靠，具有担负尖峰负荷的能力； 设备比较简单，发热只限于轴承和电机，便于技术改造； 技术成熟，效率高； 可以采用水泵，水轮机蓄能。 受限于自然条件，地处偏远，分布不均； 远离消费中心，输电距离较长； 和火电相比，初期投资较高，施工期较长； 有淹没土地，城镇，道路的问题，要迁移人口赔偿费高； 有的电站建成后，会使盐碱地增加，可耕地减少，或使上游沉积，下游侵蚀；有的会干扰水生物的生活习性和食物链结构； 长距离输电，会增加事故机率； 有气蚀，水锤等特定问题； 高水头电站可能导致土地塌方或地震。 在引进技术，采用国际标准，扩大外贸，提高产品质量的方面，取得了显著的成绩。目前，国内生产厂已经有能力按现代标准书设计各种水头和直径的混流式和轴流式水轮机。 水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。早在公元前100年前后，中国就出现了水轮机的雏形——水轮，用于提灌和驱动粮食加工器械。现代水轮机则大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。作完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。 一、水轮机的历史发展 人类利用自然力量的初步偿试是家畜, 尔后是水力机械。远在几千年前, 人们就注意到利用高山瀑布、河川、湖泊水流中蕴藏的能量来代替人力作功。追溯到公元前几世纪, 在中国、印度、埃及等地的人们已经利用水车灌溉, 带动水磨、水碾、水碓进行粮食加工[ 4~ 5]。继之公元二世纪在欧洲罗马运河上大量使用。物原上记载: 后稷作水碓, 利于踏碓百倍。晋杜预作连机之碓, 驱水转之。 15 世纪中叶到 18 世纪末 , 水力学理论开始有了发展, 又随着工业的进步, 对水力原动机提出了功率更大、转速更快、效率更高的改造要求。 1745 年英国学者巴克斯, 1750 年匈亚利的辛格聂尔分别提出了一种依靠水流反作用力工作的水动压能机其效率只有 50% 左右。见图 2。