《第六章水輪機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)ppt課件.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《第六章水輪機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)ppt課件.ppt（75頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)趨R文網(wǎng)上搜索。

1、第一節(jié) 水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)內(nèi)容與方法第二節(jié) 機(jī)組臺(tái)數(shù)的選擇第三節(jié) 水輪機(jī)型式選擇第四節(jié) 水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速選擇第五節(jié) 反擊式水輪機(jī)基本參數(shù)計(jì)算第六節(jié) 水斗式水輪機(jī)裝置形式選擇與基本參數(shù)計(jì)算第七節(jié) 水泵水輪機(jī)裝置形式選擇與基本參數(shù)計(jì)算第八節(jié) 水輪機(jī)型式設(shè)計(jì)算例,第六章 水輪機(jī)選型設(shè)計(jì),水輪機(jī)選型內(nèi)容,確定單機(jī)容量及機(jī)組臺(tái)數(shù)；選定機(jī)型與裝置方式；確定水輪機(jī)基本參數(shù)；繪制運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線；估算水輪機(jī)的外形尺寸、重量及價(jià)格；,第一節(jié) 水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的內(nèi)容與方法,一、水輪機(jī)選型的內(nèi)容、要求和所需資料,水輪機(jī)選擇基本要求,保證在設(shè)計(jì)水頭下發(fā)出額定出力，在低于設(shè)計(jì)水頭時(shí)機(jī)組受阻容量盡可能??；要求水輪機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，有較好

2、抗空化性能；機(jī)組結(jié)構(gòu)先進(jìn)、合理，便于操作及安裝；機(jī)組的最大部件和最重部件要考慮運(yùn)輸方式及運(yùn)輸可能性；根據(jù)電站水頭變化及電站運(yùn)行方式，選擇合適機(jī)型及參數(shù)，使電站平均運(yùn)行效率要盡可能大；,第一節(jié) 水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的內(nèi)容與方法,水輪機(jī)選型所需技術(shù)資料,樞紐資料：河流水利水能總體規(guī)劃，流域水文地質(zhì)、開發(fā)方式、樞紐布置等；電力系統(tǒng)資料：電力系統(tǒng)負(fù)荷組成、設(shè)計(jì)水平年年負(fù)荷圖；設(shè)計(jì)電廠在系統(tǒng)中作用及地位；水輪機(jī)設(shè)備產(chǎn)品技術(shù)資料：國(guó)內(nèi)外水輪機(jī)設(shè)備型譜、產(chǎn)品規(guī)范及其特性；同類型水電站的水輪機(jī)參數(shù)與運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)、問題點(diǎn)等；運(yùn)輸及安裝條件：了解通向水電站的水陸交通及設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)裝備條件；,第一節(jié) 水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的內(nèi)容與方法

3、,二、水輪機(jī)選擇基本方法,按應(yīng)用統(tǒng)計(jì)資料：其基礎(chǔ)是收集、統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)外已建水電站或已生產(chǎn)的水輪機(jī)的基本參數(shù)，把它們按水輪機(jī)型式、應(yīng)用水頭、容量進(jìn)行分類；按水輪機(jī)系統(tǒng)型譜：對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，制定水輪機(jī)型譜；按套用法：直接套用與擬設(shè)計(jì)水電站的基本參數(shù)相近的已建電站的水輪機(jī)型號(hào)與參數(shù)；,第一節(jié) 水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的內(nèi)容與方法,影響機(jī)組臺(tái)數(shù)選擇的相關(guān)因素：,工程建設(shè)費(fèi)用電廠運(yùn)行效率電廠運(yùn)行維護(hù)設(shè)備制造、運(yùn)輸及安裝電力系統(tǒng)電廠主接線,第二節(jié) 機(jī)組臺(tái)數(shù)的選擇,一、各類水輪機(jī)適用范圍：,見表6-1及圖6-1；,二、交界水頭區(qū)水輪機(jī)型式選擇,第三節(jié) 水輪機(jī)型式的選擇,貫流式與軸流式的比較；軸流式與混

4、流式的比較；混流式與斜流式的比較；斜流式與軸流式的比較；混流式與水斗式的比較；,三、水輪機(jī)型譜,各類水輪機(jī)適用范圍,A.沖擊式水輪機(jī)（以水斗式為代表）（1）適用于250米以上水頭，最高可以達(dá)1700米。（2）轉(zhuǎn)輪周圍的水流是無壓的（在大氣壓力下工作），不存在密封問題。（3）出力變化時(shí)效率的變化平緩。（4）裝置多噴嘴時(shí)，通過調(diào)整噴嘴的使用數(shù)目可以獲得高效率運(yùn)行。（5）可使用折向器防止飛逸。（6）易磨損部件的更換容易。,B.混流式水輪機(jī)（1）比轉(zhuǎn)速范圍廣，可適用30700米水頭。（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低。（3）裝有尾水管，可減少轉(zhuǎn)輪出口水流損失。（4）在高水頭應(yīng)用區(qū)與沖擊式相比，其比轉(zhuǎn)速高，可實(shí)現(xiàn)機(jī)

5、組尺寸減小，經(jīng)濟(jì)性好。（5）在低水頭應(yīng)用區(qū)，若水頭及負(fù)荷的變化都不大時(shí)，混流式水輪機(jī)與軸流式漿式相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、價(jià)格低，而且同樣可獲得較高的效率。,C.軸流式水輪機(jī)（1）具有較大的過流能力，適用于3080米水頭范圍。（2）轉(zhuǎn)輪可以分解，加工運(yùn)輸方便。（3）軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)可在協(xié)聯(lián)方式下運(yùn)行，在水頭、負(fù)荷變化時(shí)可實(shí)現(xiàn)高效率運(yùn)行。（4）在水頭、負(fù)荷變化較小，或裝機(jī)臺(tái)數(shù)較多的電站，可以通過調(diào)整運(yùn)行機(jī)組臺(tái)數(shù)使水輪機(jī)在高效率去運(yùn)行。軸流定漿式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好，尤其在擔(dān)負(fù)基荷的低水頭電站較適合。（5）在超低水頭電站，可采用貫流式布置，具有水流條件好、單位容量大、運(yùn)行平均效率高等特點(diǎn)。,D

6、.斜流式水輪機(jī)（1）與應(yīng)用水頭范圍介于軸流式與混流式之間。（2）葉片可調(diào)，在水頭和負(fù)荷變化時(shí)可保持高效率。（3）轉(zhuǎn)輪可以分解，運(yùn)輸加工方便。（4）中低水頭的抽水蓄能電站，常使用斜流式水泵水輪機(jī)。,表6-1 水輪機(jī)類型及適用范圍,圖6-1 各類型水輪機(jī)應(yīng)用范圍圖,1、貫流式與軸流式的比較1）貫流式的水流條件好，同樣過流面積時(shí)，貫流式水流通過容易，無蝸殼和肘型尾水管，流道水力損失小，運(yùn)行效率比軸流式高，在超低水頭電站應(yīng)用有明顯優(yōu)勢(shì)。2）貫流式水輪機(jī)可布置在壩體或閘墩內(nèi)，可以不要專門的廠房，土建工程量小且適于狹窄的地形條件。3）對(duì)潮汐電站，貫流式水輪機(jī)的適應(yīng)性大，能夠滿足正、反向發(fā)電、正反向抽水和正

7、反向泄水的需要。4）貫流式水輪機(jī)為了滿足安裝高程，需從引水室入口至尾水管都開挖相應(yīng)的深度，而軸流式只需對(duì)尾水管部分開挖。因此，貫流式的開挖量大。5）燈泡貫流式水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組全部處于水下，要求有嚴(yán)密的封閉結(jié)構(gòu)、良好的通風(fēng)防潮措施，維護(hù)、檢修較困難。,2、軸流式與混流式的比較1）軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)適用于水頭和負(fù)荷變化較大的電站，能在較寬的工況范圍內(nèi)穩(wěn)定、高效率運(yùn)行，平均效率高于混流式水輪機(jī)。2）在相同的水頭下，軸流式的比轉(zhuǎn)速高于混流式，有利于減小機(jī)組的尺寸。3）軸流式水輪機(jī)的空化系數(shù)較大，約為同水頭段混流式水輪機(jī)的2倍，為保證空化性能需要增加廠量的水下開挖量。4）當(dāng)尾水管較長(zhǎng)時(shí)，軸流式水輪機(jī)比混流式

8、水輪機(jī)易產(chǎn)生緊急關(guān)閉時(shí)的抬機(jī)現(xiàn)象。5）軸流式水輪機(jī)的軸向水推力系數(shù)約為混流式的24倍，推力軸承載荷大。,3、混流式與斜流式的比較1）同樣水頭和出力條件下，混流式水輪機(jī)可獲得高于斜流式水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速，因此，應(yīng)用混流式可減少機(jī)組尺寸。2）混流式水輪機(jī)的最高效率可比斜流式高0.51，但在部分負(fù)荷時(shí)（50負(fù)荷），混流式要比斜流式低約5，兩者效率的比較見圖6-2。3）同樣工作參數(shù)條件下，斜流式水輪機(jī)的空化數(shù)大于混流式，為防止空蝕，斜流式需要較低的安裝高程，因此，其開挖深度大于混流式。4）混流式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)比斜流式簡(jiǎn)單，造價(jià)低，運(yùn)行維護(hù)方便。但斜流式轉(zhuǎn)輪可分解，加工、運(yùn)輸方便。5）混流式水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速較

9、斜流式約高15，要求混流式水輪機(jī)有較高的強(qiáng)度。,4、斜流式與軸流式的比較1）在應(yīng)用水頭為60米以上時(shí)，斜流式水輪機(jī)的最優(yōu)效率高于軸流式；在40米以下水頭段應(yīng)用時(shí)，軸流式的最優(yōu)效率高于斜流式。2）在同樣的出力與水頭條件下，斜流式水輪機(jī)的外形尺寸大于軸流式。3）斜流式水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速比軸流式低約1530。4）二者結(jié)構(gòu)都較復(fù)雜，斜流式轉(zhuǎn)輪及其它過流部件需要更復(fù)雜一些。在同樣的水頭和出力條件下，雖然軸流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速高一些，但由于斜流式水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速低，從強(qiáng)度考慮，與斜流式水輪機(jī)相配的發(fā)電機(jī)重量反而輕一些。,5、混流式與水斗式的比較1）一般情況下，混流式水輪機(jī)的單位流量比水斗式大，但是，當(dāng)水中含沙量

10、較多時(shí)，因受空化與磨損的限制，混流式水輪機(jī)實(shí)際采用的單位流量有時(shí)反比水斗式水輪機(jī)小。2）混流式水輪機(jī)的最高效率比水斗式高。水斗式水輪機(jī)在負(fù)荷改變時(shí)效率的變化較小，尤其是多噴嘴機(jī)組，可以調(diào)整使用噴嘴的數(shù)目，有良好的負(fù)荷適應(yīng)性。3）水斗式水輪機(jī)要安裝在最高尾水位以上，尤其在部分負(fù)荷時(shí)，水頭損失較大，混流式水輪機(jī)通過尾水管回收轉(zhuǎn)輪出口動(dòng)能，可提高對(duì)有效水頭的利用率。,4）水斗式水輪機(jī)在大氣壓力下工作，空蝕輕，且多發(fā),生于針閥、噴嘴和水斗部位，檢修與更換容易。5）水斗式水輪機(jī)無軸向水推力，可以簡(jiǎn)化軸承的結(jié)構(gòu)。6）水斗式水輪機(jī)裝有折向器或制動(dòng)噴嘴，可以降其飛逸轉(zhuǎn)速。7）水斗式水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速在5055以上

11、時(shí)其效率會(huì)降低，同樣條件下，混流式水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速較大，且效率不會(huì)降低，混流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速可比水斗式高1020，可以減小機(jī)組的尺寸。8）當(dāng)有空蝕及泥沙磨損發(fā)生時(shí)，經(jīng)過一定的運(yùn)行時(shí)間后，由于過流部件被磨蝕會(huì)導(dǎo)致水輪機(jī)效率的下降，但沖擊式水輪機(jī)的效率下降比混流式水輪機(jī)少。,5、混流式與水斗式的比較,一、水輪機(jī)效率與比轉(zhuǎn)速關(guān)系,不同比轉(zhuǎn)速的水輪機(jī)具有不同的效率特性，圖6-3中表示了不同比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)的效率-出力特性 。從上圖中可知，比轉(zhuǎn)速較低的水輪機(jī)，其效率曲線較平緩，比轉(zhuǎn)速較高的水輪機(jī)效率曲線比較陡峭，尤其是超高比轉(zhuǎn)速的混流式水輪機(jī),其高效率區(qū)很狹窄，在偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，水輪機(jī)效率急速下降。,第四節(jié)

12、 水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速的選擇,二、多泥沙河流水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速選擇,第四節(jié) 水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速的選擇,對(duì)于多泥沙河流上的水電站，為了減輕過機(jī)泥沙對(duì)水輪機(jī)過流部件的磨損，選擇其比轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)較清水電站低一些；,每一種類水輪機(jī)都有自己的最佳比轉(zhuǎn)速范圍。水斗式水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速在1318范圍內(nèi)效率最高，混流式水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速在150250范圍內(nèi)效率最高，軸流定漿式水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速在500600范圍內(nèi)效率最高。,圖6-3 不同水輪機(jī) 的效率特性,三、各類型水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速選擇,軸流式比轉(zhuǎn)速與使用水頭關(guān)系 混流式比轉(zhuǎn)速與使用水頭關(guān)系 斜流式比轉(zhuǎn)速與使用水頭關(guān)系貫流式比轉(zhuǎn)速與使用水頭關(guān)系 見圖6-5水斗式比轉(zhuǎn)速與使用水頭關(guān)系 見圖6-6,

13、第四節(jié) 水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速的選擇,隨著水輪機(jī)設(shè)計(jì)、制造水平的提高與材料的進(jìn)步，各類水輪機(jī)的應(yīng)用比轉(zhuǎn)速在不斷地提高。水輪機(jī)選型中，常有比轉(zhuǎn)速系數(shù)K作為評(píng)價(jià)比轉(zhuǎn)速的指標(biāo)。,當(dāng)水斗式水輪機(jī)具有多個(gè)轉(zhuǎn)輪和多個(gè)噴嘴時(shí)，從理論上講可以增加水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速，但實(shí)際上選擇多軸輪多噴嘴水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速時(shí)常受到一些條件的限制。有時(shí)也不一定是經(jīng)濟(jì)的，這種情況下可考慮使用混流式水輪機(jī)。,第四節(jié) 水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速的選擇,圖6-5 貫流式水輪機(jī) 與應(yīng)用水頭關(guān)系,圖6-6 水斗式水輪機(jī) 與使用水頭關(guān)系,第五節(jié) 反擊式水輪機(jī)基本參數(shù)的計(jì)算,一、按水輪機(jī)型譜參數(shù)表及模型綜合特 性曲線計(jì)算水輪機(jī)的基本參數(shù),轉(zhuǎn)輪直徑 的計(jì)算：,式中： 發(fā)電機(jī)額

14、定容量（KW）； 發(fā)電機(jī)效率，一般取0.960.98； 設(shè)計(jì)水頭（m）。, 設(shè)計(jì)工況下單位流量（ ）;對(duì)于固定葉片的水輪機(jī)一般取在5出力限制線上；對(duì)于轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)一般不超過型譜參數(shù)表中的推薦值；當(dāng)開挖深度受限制時(shí)，應(yīng)按允許吸出高度來確定； 原型水輪機(jī)效率，初估時(shí)可近似取所選擇的設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的模型效率值 ,再加上23的修正值，待 求出后，再按效率換算公式加以修正， ；,第五節(jié) 反擊式水輪機(jī)基本參數(shù)的計(jì)算,表6-5 轉(zhuǎn)輪直徑 尺寸系列 單位：cm,按公式計(jì)算出的轉(zhuǎn)輪直徑，應(yīng)盡量按規(guī)定的轉(zhuǎn)輪標(biāo)準(zhǔn)直徑尺寸系列選取。當(dāng)選用標(biāo)準(zhǔn)值使水輪機(jī)參數(shù)明顯不合理時(shí)，直接采用計(jì)算值，特別是對(duì)于高水頭或大容量機(jī)組。反擊式

15、水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪標(biāo)準(zhǔn)直徑尺寸系列如表6-5所示。,第五節(jié) 反擊式水輪機(jī)基本參數(shù)的計(jì)算, 模型水輪機(jī)最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速，可從型譜參數(shù)表或模型綜合特性曲線上查得；,水輪機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇計(jì)算,對(duì)于已確定型號(hào)的水輪機(jī)，轉(zhuǎn)速的計(jì)算式為：,式中：, 原型水輪機(jī)設(shè)計(jì)單位轉(zhuǎn)速；,式中：,第五節(jié) 反擊式水輪機(jī)基本參數(shù)的計(jì)算,單位轉(zhuǎn)速修正值值 ， ， 當(dāng) ，可忽略 ；,計(jì)算所得的轉(zhuǎn)速一般不是發(fā)電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速，對(duì)于直聯(lián)式水輪發(fā)電機(jī)組，應(yīng)把計(jì)算轉(zhuǎn)速圓整為一個(gè)相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速 。,確定了 和 之后，為了判斷它們的選擇是否合理，校核由于 和 的圓整所造成的偏差，需要檢驗(yàn)水輪機(jī)的實(shí)際工作范圍：,檢驗(yàn)水輪機(jī)設(shè)計(jì)單位流量；檢驗(yàn)單位轉(zhuǎn)

16、速的范圍；,第五節(jié) 反擊式水輪機(jī)基本參數(shù)的計(jì)算,（1）檢驗(yàn)水輪機(jī)的設(shè)計(jì)單位流量 （6-16）式中 設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的原型效率，應(yīng)對(duì)應(yīng)于工況點(diǎn)（ ， ），可通過試算求出。 在模型特性曲線上檢查 是否超過了出力限制線或型譜中建議的數(shù)值。若超過說明 選得太小，反之則 選得過大。一般，在吸出高度不超過限定值的情況下，盡可能使 接近于出力限制線上的值。,第五節(jié) 反擊式水輪機(jī)基本參數(shù)的計(jì)算,（2）檢驗(yàn)單位轉(zhuǎn)速的范圍 根據(jù) 、 、 分別計(jì)算對(duì)應(yīng)的模型單位轉(zhuǎn)速 計(jì)算值 應(yīng)與模型最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速 比較接近， 的范圍應(yīng)包括水輪機(jī)的最優(yōu)效率區(qū)。,第五節(jié) 反擊式水輪機(jī)基本參數(shù)的計(jì)算,圖6-8 水輪機(jī)工作范圍圖,水輪機(jī)最大運(yùn)行吸出高度 的計(jì)算與安裝高程的確定,或 （m）,立軸混流式水輪機(jī) 立軸軸流式水輪機(jī)式中： 軸流式水輪機(jī)高度系數(shù);,第五節(jié) 反擊式水輪機(jī)基本參數(shù)的計(jì)算,飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算,混流式及其它固定葉片式水輪機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速計(jì)算, 水輪機(jī)最大可能開度時(shí)的單位飛逸轉(zhuǎn)速，可按設(shè)計(jì)工況模型水輪機(jī)導(dǎo)葉開度的1.05倍從模型飛逸特性曲線上查取。,式中:,第五節(jié) 反擊式水輪機(jī)基本參數(shù)的計(jì)算,轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速計(jì)算,一般按保持協(xié)聯(lián)關(guān)系