中文名 | 貫流式水輪機(jī) | 外文名 | tubular turbine |
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學(xué)????科 | 電力工程 | 領(lǐng)????域 | 工程技術(shù) |
范????圍 | 能源 | 作????用 | 開發(fā)低水頭水力資源 |
(1)從進(jìn)水到出水方向軸向貫通形狀簡單,過流通道的水力損失減小,施工方便,另外它效率較高,其尾水管恢復(fù)功能可占總水頭的40%以上。
(2)貫流式機(jī)組有較高的過濾能力和比轉(zhuǎn)速,所以在水頭與功率相同的條件下,貫流式的要比轉(zhuǎn)槳式的直徑小10%左右。
(3)貫流式水輪機(jī)適合作了逆式水泵水輪機(jī)運(yùn)行,由于進(jìn)出水流道沒有急轉(zhuǎn)彎,使水泵工況和水輪機(jī)工況均能獲得較好的水力性能。如應(yīng)用于潮汐電站上可具有雙向發(fā)電,雙向抽水和雙向泄水等六種功能,很適合綜合開發(fā)利用低水頭水力資源,另外在一般平原地區(qū)的排灌站上可作為可逆式水泵水輪機(jī)運(yùn)行,應(yīng)用范圍比較廣泛。
(4)貫流式水電站一般比立軸的軸流式水電站建設(shè)周期短、投資小、收效快、淹沒移民少,電站靠近城鎮(zhèn),有利于發(fā)揮地區(qū)興建電站的積極性。
貫流式水輪機(jī),根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和布置型式,可分為全貫流式、半貫流式(又分為豎井式、軸伸式和燈泡式)兩種,其適用范圍各不相同 。
全貫流式機(jī)組則把發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子裝在旋轉(zhuǎn)的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪輪緣上,發(fā)電機(jī)定子固定在流道外面周圍的支承上。
全貫流式機(jī)組轉(zhuǎn)動慣量大,能保證機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行,避免頻率波動,對水頭變化較為頻繁的潮汐電站更為有利。同時其流道和機(jī)組布置形式適合于可逆式機(jī)組,還可用于抽水蓄能,將徑流式梯級電站的上下游水庫作為抽水蓄能電站的上下庫,利用原有水工建筑和機(jī)電設(shè)備就可將普通電站建成既能抽水蓄能又能發(fā)電的混合式水電站,提高徑流電站在電力系統(tǒng)中的補(bǔ)償作用;也可將貫流式機(jī)組用于排灌站,收到排水發(fā)電的雙重效益。
軸伸貫流式水輪發(fā)電機(jī)組采用臥式布置,也有傾斜安裝的,水輪機(jī)部分主要有轉(zhuǎn)輪室、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)葉與控制機(jī)構(gòu)、S形尾水管組成,轉(zhuǎn)輪主軸穿出尾水管連接到發(fā)電機(jī)。由于低轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)體積龐大、價格貴,小型貫流式水輪發(fā)電機(jī)組多采用齒輪增速后帶動高速發(fā)電機(jī)的形式 。
軸伸貫流式水輪發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)是,它具有一個水平或略微傾斜的軸和一個位于S形通道之外的發(fā)電機(jī),小燈泡體內(nèi)只需容納軸承,增速器布置在水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的中間,尾水管流道有兩個彎呈S形。因此,其效率沒有豎井式和燈泡式的高。
圖中藍(lán)綠色箭頭線表示水流走向,水流沿軸向進(jìn)入,經(jīng)過導(dǎo)葉進(jìn)入轉(zhuǎn)輪室,推動轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)做功,流經(jīng)轉(zhuǎn)輪葉片后,通過S形尾水管排出。該水輪發(fā)電機(jī)造價與工程投資少,但效率較低,在低水頭小水電站中應(yīng)用較廣,其中水平臥式用得最多。
豎井貫流式水輪機(jī)是將發(fā)電機(jī)組安裝在水輪機(jī)上游側(cè)的一個混凝土豎井中,水輪機(jī)部分主要由導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪室、轉(zhuǎn)輪、尾水管組成,轉(zhuǎn)輪主軸伸入混凝土豎井中,通過齒輪箱等增速裝置連接到發(fā)電機(jī)。也有把發(fā)電機(jī)布置在上面廠房,轉(zhuǎn)輪主軸通過扇齒輪或皮帶輪與發(fā)電機(jī)連接,使豎井尺寸更小一些。
圖中藍(lán)綠色箭頭線表示水流走向,水流進(jìn)入后從混凝土豎井兩旁通過再匯集到導(dǎo)葉進(jìn)入轉(zhuǎn)輪室,水流推動轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)做功后從尾水管排出。為更清楚看清水流走向,在圖3中顯示剖去混凝土結(jié)構(gòu)上部分的機(jī)組圖,圖中藍(lán)綠色箭頭線表示水流走向。豎井貫流式水輪機(jī)組結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、運(yùn)行和維護(hù)方便,但效率較低,在低水頭小水電站中應(yīng)用較廣。
燈泡貫流式水輪機(jī)組的發(fā)電機(jī)密封安裝在水輪機(jī)上游側(cè)一個燈泡型的金屬殼體中,發(fā)電機(jī)水平方向安裝,發(fā)動機(jī)主軸直接連接水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。
燈泡貫流式水輪機(jī)組的水輪機(jī)部分由轉(zhuǎn)輪室、導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪、尾水管組成;發(fā)電機(jī)軸直接連接到轉(zhuǎn)輪,一同安裝在鋼制燈泡外殼上,發(fā)電機(jī)在燈泡殼內(nèi),轉(zhuǎn)輪在燈泡尾端,發(fā)電機(jī)軸承通過軸承支持環(huán)固定在燈泡外殼上,轉(zhuǎn)輪端軸承固定在燈泡尾端外殼上,發(fā)電機(jī)軸前端連接到電機(jī)滑環(huán)與轉(zhuǎn)輪變槳控制的油路裝置。鋼制燈泡通過上支柱、下支柱固定在混凝土基礎(chǔ)中,上支柱也是人員出入燈泡的通道。
圖中藍(lán)色箭頭線表示水流走向,水流進(jìn)入后從燈泡周圍均勻通過到達(dá)轉(zhuǎn)輪,推動轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)做功后由尾水管排出。通過導(dǎo)葉角度與轉(zhuǎn)輪葉片角度的調(diào)整配合可使水輪機(jī)運(yùn)行在最優(yōu)狀態(tài)。燈泡貫流式水輪機(jī)組具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、效率較高,適用于低水頭大中型水電站。
燈泡貫流式機(jī)組是當(dāng)前廣泛應(yīng)用于大、中型機(jī)組的一種機(jī)型,其過水流道是軸向的或略微傾斜的。燈泡體位于水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上游,導(dǎo)水機(jī)構(gòu)是錐形。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直接耦合在水輪機(jī)軸上,水輪機(jī)軸由兩個導(dǎo)軸承支持。燈泡貫流式機(jī)組以較低的轉(zhuǎn)速運(yùn)行,大型機(jī)組的轉(zhuǎn)速大約是70~125r/min。燈泡貫流式機(jī)組唯一的限制是部件制造和運(yùn)輸條件的限制 。
貫流式水輪機(jī),是一種臥軸式水輪機(jī),即水流在流道內(nèi)基本上沿著水平軸向運(yùn)動。它主要適用于1~25m的水頭,是低水頭、大流量水電站的一種專用機(jī)型。由于其水流在流道內(nèi)基本上沿軸向運(yùn)動,不轉(zhuǎn)彎,因此機(jī)組的過水能力和水力效率能有所提高。特適用于潮汐電站,其雙向發(fā)電、雙向抽水和雙向泄水等功能很適合綜合利用低水頭水力資源。
貫流式水輪機(jī)適合低水頭應(yīng)用,而且效率高投資低,發(fā)展較快,而且功率也越來越大。
都有。一般大中型混流式水輪機(jī)組肯定是立式的。小型機(jī)組多為臥式的。
沖擊式水輪機(jī)是借助于特殊導(dǎo)水機(jī)構(gòu)引出具有動能的自由射流,沖向轉(zhuǎn)輪水斗,使轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)做功,從而完成將水能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種水力原動機(jī)。在沖擊式水輪機(jī)中,以工作射流與轉(zhuǎn)輪相對位置和做工次數(shù)的不同,可分為切擊...
軸流式水輪機(jī)和混流式水輪機(jī)的全部區(qū)別,越具體越好
混流和軸流式水輪機(jī)都屬于反擊式水輪機(jī),其主要區(qū)別是水流的流向,混流式水輪機(jī)是徑向流入,軸向流出,軸流式水輪機(jī)是軸向流入,軸向流出。其余的區(qū)別挺多的,比如使用水頭范圍,葉片數(shù)目,機(jī)組構(gòu)造,相應(yīng)的運(yùn)行方式...
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某水電站設(shè)計(jì)水頭6.8 m,設(shè)計(jì)流量75 m3/s,設(shè)計(jì)裝機(jī)3×1250 kW貫流式水輪發(fā)電機(jī)組3臺。由于水輪機(jī)設(shè)計(jì)、制造和裝配存在問題,造成設(shè)備實(shí)際出力與設(shè)計(jì)出力不符,經(jīng)過對設(shè)備技術(shù)數(shù)據(jù)測試和增容改造方案分析比較,確定對水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)水和轉(zhuǎn)動部件的軸、軸承、水封等部位實(shí)施改造?,F(xiàn)增容改造后水輪機(jī)單機(jī)最大出力由原891 kW提高至1 292 kW左右,年發(fā)電量由原1276萬kWh提高至1803萬kWh,年發(fā)電收入由原382.8萬元增加至540.9萬元左右,設(shè)備運(yùn)行良好,效率高,電站經(jīng)濟(jì)效益和社會效益得到有效提高。
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為了更好地開發(fā)、推廣豎井貫流式水輪發(fā)電機(jī)組,對其總體布置、水力性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了介紹,并針對機(jī)組選型參數(shù)、流道設(shè)計(jì)原則、主軸臨界轉(zhuǎn)速等提出了幾點(diǎn)建議。
發(fā)電機(jī)置于流道豎井中的貫流式水輪機(jī)。
第一章緒論1
第一節(jié)貫流式機(jī)組的應(yīng)用與發(fā)展2
一、全貫流式機(jī)組應(yīng)用現(xiàn)狀2
二、燈泡貫流式機(jī)組應(yīng)用現(xiàn)狀2
三、燈泡貫流式水輪機(jī)水力設(shè)計(jì)方面的進(jìn)展4
四、軸伸貫流式機(jī)組應(yīng)用現(xiàn)狀4
五、豎井貫流式機(jī)組應(yīng)用現(xiàn)狀6
第二節(jié)高水頭貫流式機(jī)組的研究與發(fā)展前景6
第二章高水頭貫流式水輪機(jī)的設(shè)計(jì)理論9
第一節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)的水力性能分析9
一、高水頭貫流式水輪機(jī)與常規(guī)水輪機(jī)的性能對比分析9
二、高水頭貫流式水輪機(jī)的水力性能分析11
第二節(jié)固定導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)理論16
一、高水頭貫流式水輪機(jī)的固定導(dǎo)葉16
二、固定導(dǎo)葉設(shè)計(jì)的理論17
第三節(jié)活動導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)理論22
第四節(jié)轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)理論29
一、高水頭貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)理論29
二、基于CFD的高水頭貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動及水力設(shè)計(jì)37
三、70m水頭段高水頭貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的水力設(shè)計(jì)42
第五節(jié)尾水管的設(shè)計(jì)理論46
一、直錐型尾水管設(shè)計(jì)47
二、非圓錐形擴(kuò)散尾水管的設(shè)計(jì)48
第六節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)過流通道幾何尺寸的設(shè)計(jì)優(yōu)化52
第三章高水頭貫流式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用57
第一節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)分析57
一、高水頭貫流式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)57
二、導(dǎo)流室結(jié)構(gòu)分析58
三、轉(zhuǎn)輪及轉(zhuǎn)輪室結(jié)構(gòu)分析59
四、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)及活動導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)分析60
五、尾水管的結(jié)構(gòu)分析61
六、軸承系統(tǒng)分析61
七、高水頭貫流式水輪機(jī)整機(jī)強(qiáng)度計(jì)算分析67
第二節(jié)軸伸式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)71
第三節(jié)燈泡式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)71
第四節(jié)梅花式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)73
第五節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)與常規(guī)水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)對比研究75
第六節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)77
一、額定水頭Hr的確定77
二、機(jī)組主要參數(shù)的選擇77
第七節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)的電站布置設(shè)計(jì)81
一、高水頭貫流式水電站建筑物的布置特點(diǎn)81
二、廠房布置設(shè)計(jì)82
三、廠房主要尺寸的確定84
第四章高水頭貫流式水輪機(jī)的性能測試研究86
第一節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)的性能測試86
一、性能測試情況86
二、效率實(shí)驗(yàn)分析90
第二節(jié)不同導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪條件下的性能對比試驗(yàn)92
一、不同導(dǎo)葉條件下的性能測試92
二、不同轉(zhuǎn)輪條件下的性能測試93
第三節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)導(dǎo)葉流場的測試94
一、測試裝置及原理94
二、測量工況點(diǎn)的布置95
三、測試結(jié)果及結(jié)論95
第四節(jié)現(xiàn)代水輪機(jī)與高水頭貫流式水輪機(jī)的水力效率對比97
第五章高水頭貫流式水輪機(jī)的CFD分析101
第一節(jié)CFD技術(shù)的發(fā)展101
第二節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)過流部件幾何模型的建立102
一、轉(zhuǎn)輪的幾何參數(shù)102
二、轉(zhuǎn)輪三維實(shí)體的建立103
三、轉(zhuǎn)輪網(wǎng)格的劃分及質(zhì)量檢查104
四、固定導(dǎo)葉及活動導(dǎo)葉的建模及網(wǎng)格化106
五、尾水管的建模及網(wǎng)格化107
第三節(jié)全流場的流動模擬計(jì)算107
一、計(jì)算精度的確定108
二、網(wǎng)格質(zhì)量的檢查及修改108
三、確定計(jì)算模型的各參數(shù)109
四、CFD迭代計(jì)算111
五、計(jì)算結(jié)果及分析112
第四節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)固定導(dǎo)葉的三維設(shè)計(jì)及CFD計(jì)算結(jié)果117
一、導(dǎo)葉幾何形狀的設(shè)計(jì)118
二、建立計(jì)算固定導(dǎo)葉的邊界條件119
三、固定導(dǎo)葉的計(jì)算119
第五節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)活動導(dǎo)葉的三維設(shè)計(jì)及CFD計(jì)算結(jié)果119
一、高水頭貫流式水輪機(jī)導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)119
二、活動導(dǎo)葉的三維設(shè)計(jì)及CFD計(jì)算120
三、結(jié)果分析121
第六節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的三維設(shè)計(jì)及CFD計(jì)算結(jié)果122
一、高水頭貫流式水輪機(jī)的流場解析122
二、CFD計(jì)算122
第七節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)尾水管的三維設(shè)計(jì)及CFD計(jì)算結(jié)果124
一、模型的建立124
二、CFD分析模型的選擇124
三、邊界條件及檢測點(diǎn)的設(shè)置125
四、計(jì)算結(jié)果及分析125
第八節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)固定導(dǎo)葉與活動導(dǎo)葉的匹配研究126
一、固定導(dǎo)葉承擔(dān)100%環(huán)量全流道的分析128
二、固定導(dǎo)葉承擔(dān)75%環(huán)量全流道的分析131
三、固定導(dǎo)葉承擔(dān)50%環(huán)量全流道的分析134
四、固定導(dǎo)葉承擔(dān)25%環(huán)量全流道的分析137
五、結(jié)論140
后記141 2100433B
高水頭貫流式水輪機(jī)是杜同教授1958年提出的一種新型水力發(fā)電機(jī)型,采用了貫流式或燈泡式水輪機(jī)的輻向式錐形布置的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和類似于混流式或斜流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪,具有流道直,水流轉(zhuǎn)彎少,水力損失小,水力效率高等諸多優(yōu)點(diǎn),經(jīng)專家鑒定這種形式的水輪機(jī)是水輪機(jī)發(fā)明100多年來,在水輪機(jī)結(jié)構(gòu)型式方面的一項(xiàng)創(chuàng)新,屬國內(nèi)外首創(chuàng)。本專著介紹了這種水輪機(jī)與常規(guī)的貫流式水輪機(jī)在水力和結(jié)構(gòu)上的不同,闡述了這種水輪機(jī)的固定導(dǎo)葉、活動導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪及尾水管等的水力設(shè)計(jì)理論及方法,介紹了這種水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選型設(shè)計(jì)及應(yīng)用于電站時的廠房設(shè)計(jì)等,并就其實(shí)驗(yàn)研究及性能測試結(jié)果進(jìn)行了論述,最后詳細(xì)介紹了基于CFD技術(shù)的高水頭貫流式水輪機(jī)的內(nèi)部流動及強(qiáng)度的研究成果。