貫流式水輪機(jī) |
| Straight Flow Turbine |
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貫流式水輪機(jī)適用于1～25m的水頭。水流道呈水平狀，是一種臥軸水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪形狀與軸流式轉(zhuǎn)輪相似，類似于電風(fēng)扇葉片，貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪也有定槳和轉(zhuǎn)槳兩種，其工作原理這里不再介紹了。由于水流在流道內(nèi)基本上沿軸向運(yùn)動，彎度小，因此機(jī)組的過水能力和水力效率能有所提高。貫流式水輪機(jī)作水輪機(jī)運(yùn)行與作水泵運(yùn)行均有較好的水力性能，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)的機(jī)組主要有軸伸貫流式、豎井貫流式、燈泡貫流式、全貫流式四種形式，由于全貫流式水輪機(jī)制造工藝要求很高目前應(yīng)用很少，本網(wǎng)站僅介紹前三種形式，在本課件介紹軸伸貫流式水輪機(jī)與豎井貫流式水輪機(jī)。 |
| 軸伸貫流式水輪機(jī) |
軸伸貫流式水輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)簡單，造價與工程投資少，運(yùn)行和維護(hù)方便，但效率略低，在低水頭小水電站中應(yīng)用很廣，其中水平臥式用得較多。 軸伸貫流式水輪發(fā)電機(jī)組水輪機(jī)部分主要有轉(zhuǎn)輪室、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)葉與導(dǎo)葉控制機(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)。圖中淺藍(lán)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。軸伸貫流式水輪機(jī)的整個水流道呈S形，也有稱之為S形貫流式水輪機(jī)。 由于低轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)體積大、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。 圖1是軸伸貫流式水輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖。 |
| 圖1--軸伸貫流式水輪發(fā)電機(jī)組 |
在圖2中較清楚的展示了軸伸貫流式水輪機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)葉與導(dǎo)葉控制機(jī)構(gòu)參見相關(guān)課件，控制環(huán)靠接力器推動。也有一些采用電動驅(qū)動。 |
| 圖2--軸伸貫流式水輪機(jī)結(jié)構(gòu) |
國內(nèi)已經(jīng)運(yùn)行的軸伸貫流式水輪機(jī)多采用定槳式轉(zhuǎn)輪。也有轉(zhuǎn)輪槳葉是半調(diào)節(jié)，在機(jī)組停機(jī)時打開轉(zhuǎn)輪室，手工對導(dǎo)葉的角度進(jìn)行調(diào)整。少數(shù)大型機(jī)組采用導(dǎo)葉和槳葉同時可調(diào)整。 上面介紹的軸伸貫流式水輪發(fā)電機(jī)組的主軸是水平方向布置，稱為水平軸伸貫流式水輪發(fā)電機(jī)，更全的名稱為后伸水平軸貫流式水輪機(jī)。軸伸貫流式水輪發(fā)電機(jī)還有另兩種布置形式，下面簡單介紹。 |
前伸軸貫流式水輪機(jī) |
與后伸水平軸貫流式水輪不同之處是發(fā)電機(jī)組布置在水流前方，圖3是前伸軸貫流式水輪機(jī)布置示意圖。 |
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| 圖3--前伸軸貫流式水輪機(jī)組 |
斜伸軸貫流式水輪機(jī) |
| 顧名思義機(jī)組的主軸是傾斜布置的，圖4是斜伸軸貫流式水輪機(jī)組布置示意圖。圖中機(jī)組傾斜度約13度，根據(jù)現(xiàn)場情況，傾斜度可達(dá)45度。 |
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| 圖4--斜伸軸貫流式水輪機(jī)組 |
軸伸貫流式水輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)布置在流道之外，具有廠房開挖量少、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，是水頭小于25 m、轉(zhuǎn)輪直徑小于3 m的低水頭電站的首選機(jī)型。 據(jù)2015年的資料，國外最大的軸伸貫流式水輪機(jī)單機(jī)容量最大為31. 5 MW，轉(zhuǎn)輪直徑是8. 6 m，最大使用水頭是38 m。 |
豎井貫流式水輪機(jī) |
豎井貫流式水輪機(jī)組是將發(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。圖2是豎井貫流式水輪機(jī)組俯視圖，該圖按主軸軸線水平剖去了混凝土結(jié)構(gòu)上部分，清楚的展示了整個機(jī)組的水平布置。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。 |
| 圖5--豎井貫流式水輪機(jī)組水平剖視圖 |
圖6按主軸軸線垂直剖去了混凝土結(jié)構(gòu)前部分，清楚的展示了整個機(jī)組的立體結(jié)構(gòu)。 |
| 圖6--豎井貫流式水輪機(jī)組垂直剖視圖 |
水輪機(jī)部分主要由轉(zhuǎn)輪、轉(zhuǎn)輪室、尾水管、導(dǎo)葉、導(dǎo)葉控制機(jī)構(gòu)組成，主軸軸套伸入混凝土豎井中，轉(zhuǎn)輪軸通過導(dǎo)葉段內(nèi)環(huán)、軸套進(jìn)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)。 |
| 圖7--豎井貫流式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)圖 |
也有把發(fā)電機(jī)組布置在上面廠房平臺，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。但齒輪易磨損，增加齒輪傳動降低了效率。 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。世界上最大的豎井貫流式水輪機(jī)組單機(jī)容量為2.5萬KW。 由于目前中高水頭水電資源開發(fā)殆盡，可開發(fā)的水電資源多為普通中小河流，水頭較低，貫流式水輪機(jī)適合低水頭應(yīng)用，而且效率高投資低，近年來發(fā)展較快，而且功率也越來越大，在中小型低水頭電站大量使用軸伸貫流式水輪機(jī)與豎井貫流式水輪機(jī)。除了發(fā)電，在我國南水北調(diào)東線工程中的大型泵站大部分都采用貫流式水泵，其結(jié)構(gòu)相同。 |
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