水輪機的基本類型
水輪機是將水能轉變為旋轉機械能的水力原動機,是水電站廠房中主要的動力設備之一,用來帶動發電機工作以獲取電能。由于河流的自然條件和水電站開發方式不同,水電站的水頭、流量和功率差別很大,因此需要有多種型式和種類的水輪機與之相適應。現代水輪機按水能轉換的特征分為兩大類,即反擊式水輪機和沖擊式水輪機。
(1)反擊式水輪機。轉輪利用水流的壓力能和動能做功的水輪機稱為反擊式水輪機。其特征是:壓力水流充滿水輪機的整個流道,水流流經轉輪葉片時受葉片的作用而改變壓力、流速的大小和方向,同時水流在轉輪葉片正反面產生壓力差,對轉輪產生反作用力,形成旋轉力矩使轉輪旋轉,故稱為反擊式。反擊式水輪機按水流流經轉輪方向的不同以及適應不同水頭與流量的需要,又分為混流式、軸流式、斜流式和貫流式四種型式。 考試大-全國最大教育類網站(www.Examda。com)
(2)沖擊式水輪機。轉輪只利用水流動能作功的水輪機稱為沖擊式水輪機。其特征是:有壓水流先經過噴嘴形成高速自由射流,將壓能轉變為動能并沖擊轉輪旋轉,故稱為沖擊式。在同一時間內水流只沖擊部分轉輪,水流是不充滿水輪機的整個流道,轉輪只是部分進水,轉輪在大氣壓下工作。為適應水流動能做功的需要,沖擊式轉輪葉片一般呈斗葉狀。沖擊式水輪機按射流沖擊轉輪葉片的方向不同又分為水斗式(切擊式)、斜擊式和雙擊式三種型式。
近代水輪機的主要類型歸納如下:
2.水輪機的特點及應用范圍
(1)混流式水輪機。混流式水輪機是指軸面水流徑向流人、軸向流出轉輪的反擊式水輪機,又稱法蘭西斯式水輪機,如圖2—1所示。
混流式水輪機為固定葉片式水輪機,其結構簡單,具有較高的強度,運行可靠,效率高,應用水頭范圍廣,一般適用于中高水頭水電站,大、中型混流式水輪機應用水頭范圍為30~450m。可逆式的混流式水輪機應用水頭高達700m。中、小型混流式水輪機的應用水頭范圍為25~300m。單機容量可由幾十千瓦至幾百兆瓦,如三峽水電站單機容量為700MW。
(2)軸流式水輪機。軸流式水輪機是指軸面水流軸向進、出轉輪的反擊式水輪機,如圖2—2所示。根據葉片在運行中能否自動轉動角度,又分為轉槳式、調槳式和定槳式三種。
軸流轉槳式水輪機是指轉輪葉片可與導葉協聯調節的軸流式水輪機,又稱卡普蘭式水輪機。 來源:考試大
軸流調槳式水輪機是指僅轉輪葉片可調節的軸流式水輪機,又稱托馬式水輪機。
軸流定槳式水輪機是指轉輪葉片不可調的(或停機可調的)軸流式水輪機。
由于軸流定槳式水輪機的轉輪葉片固定在輪轂上,其結構簡單,但當水頭和流量變化時水輪機效率變化也大,特別是在偏離最優工況時效率會急劇下降。軸流定槳式和軸流調槳式適用于負荷及水頭變幅較小的水電站,應用水頭范圍為3~50m。
由于軸流轉槳式水輪機可調整轉輪葉片運行角度,實現導葉與轉輪葉片雙重調節,因此可擴大高效率區的范圍,使水輪機有較好的運行穩定性,但它需要一套結構較復雜的操作機構來轉動葉片。它適用于低水頭、大流量和負荷變化較大的水電站,應用水頭范圍為2~88m。單機容量可由幾十千瓦至幾百兆瓦,如福建水口水電站單機容量為200MW。
(3)斜流式水輪機。斜流式水輪機是指軸面水流以傾斜于主軸的方向進、出轉輪的反擊式水輪機,如圖2—3所示。斜流式水輪機的葉片角度也可根據運行需要進行調整,實現導葉與轉輪葉片雙重調節。
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