贯流式水轮机

Straight Flow Turbine
 

贯流式水轮机适用于1~25m的水头。水流道呈水平状,是一种卧轴水轮机,转轮形状与轴流式转轮相似,类似于电风扇叶片,贯流式水轮机转轮也有定桨和转桨两种,其工作原理这里不再介绍了。由于水流在流道内基本上沿轴向运动,弯度小,因此机组的过水能力和水力效率能有所提高。贯流式水轮机作水轮机运行与作水泵运行均有较好的水力性能,特适用于潮汐电站,其双向发电、双向抽水和双向泄水等功能很适合综合利用低水头水力资源。

贯流式水轮机的机组主要有轴伸贯流式、竖井贯流式、灯泡贯流式、全贯流式四种形式,由于全贯流式水轮机制造工艺要求很高目前应用很少,本网站仅介绍前三种形式,在本课件介绍轴伸贯流式水轮机与竖井贯流式水轮机。

轴伸贯流式水轮机

轴伸贯流式水轮发电机组结构简单,造价与工程投资少,运行和维护方便,但效率略低,在低水头小水电站中应用很广,其中水平卧式用得较多。

轴伸贯流式水轮发电机组水轮机部分主要有转轮室转轮、导叶与导叶控制机构、S形尾水管组成,转轮主轴穿出尾水管连接到发电机。图中浅蓝色箭头线表示水流走向,水流沿轴向进入,经过导叶进入转轮室,推动转轮旋转做功,流经转轮叶片后,通过S形尾水管排出。轴伸贯流式水轮机的整个水流道呈S形,也有称之为S形贯流式水轮机。

由于低转速发电机体积大、价格贵,小型贯流式水轮发电机组多采用齿轮增速后带动高速发电机的形式。

图1是轴伸贯流式水轮发电机组结构示意图。

轴伸贯流式水轮发电机组

图1--轴伸贯流式水轮发电机组

在图2中较清楚的展示了轴伸贯流式水轮机的内部结构,导叶与导叶控制机构参见相关课件,控制环接力器推动。也有一些采用电动驱动。

轴伸贯流式水轮机结构

图2--轴伸贯流式水轮机结构

国内已经运行的轴伸贯流式水轮机多采用定桨式转轮。也有转轮桨叶是半调节,在机组停机时打开转轮室,手工对导叶的角度进行调整。少数大型机组采用导叶和桨叶同时可调整。

上面介绍的轴伸贯流式水轮发电机组的主轴是水平方向布置,称为水平轴伸贯流式水轮发电机,更全的名称为后伸水平轴贯流式水轮机。轴伸贯流式水轮发电机还有另两种布置形式,下面简单介绍。

前伸轴贯流式水轮机

与后伸水平轴贯流式水轮不同之处是发电机组布置在水流前方,图3是前伸轴贯流式水轮机布置示意图。

前伸轴贯流式水轮机组
图3--前伸轴贯流式水轮机组

斜伸轴贯流式水轮机

  

顾名思义机组的主轴是倾斜布置的,图4是斜伸轴贯流式水轮机组布置示意图。图中机组倾斜度约13度,根据现场情况,倾斜度可达45度。

斜伸轴贯流式水轮机组
图4--斜伸轴贯流式水轮机组

轴伸贯流式水轮发电机组的发电机布置在流道之外,具有厂房开挖量少、安装维护方便等优点,是水头小于25 m、转轮直径小于3 m的低水头电站的首选机型。

据2015年的资料,国外最大的轴伸贯流式水轮机单机容量最大为31. 5 MW,转轮直径是8. 6 m,最大使用水头是38 m。

竖井贯流式水轮机

竖井贯流式水轮机组是将发电机组安装在水轮机上游侧的一个混凝土竖井中。图2是竖井贯流式水轮机组俯视图,该图按主轴轴线水平剖去了混凝土结构上部分,清楚的展示了整个机组的水平布置。图中蓝绿色箭头线表示水流走向,水流进入后从混凝土竖井两旁通过再汇集到导叶进入转轮室,水流推动转轮旋转做功后从尾水管排出。

竖井贯流式水轮机组水平剖视图

图5--竖井贯流式水轮机组水平剖视图

图6按主轴轴线垂直剖去了混凝土结构前部分,清楚的展示了整个机组的立体结构。

竖井贯流式水轮机组垂直剖视图

图6--竖井贯流式水轮机组垂直剖视图

水轮机部分主要由转轮转轮室尾水管导叶导叶控制机构组成,主轴轴套伸入混凝土竖井中,转轮轴通过导叶段内环、轴套进入混凝土竖井中,通过齿轮箱等增速装置连接到发电机。

竖井贯流式水轮机结构图

图7--竖井贯流式水轮机结构图

也有把发电机组布置在上面厂房平台,转轮主轴通过扇齿轮或皮带轮与发电机连接,使竖井尺寸更小一些。但齿轮易磨损,增加齿轮传动降低了效率。

竖井贯流式水轮机组结构简单、造价低廉、运行和维护方便,但效率较低,在低水头小水电站中应用较广。世界上最大的竖井贯流式水轮机组单机容量为2.5万KW。

由于目前中高水头水电资源开发殆尽,可开发的水电资源多为普通中小河流,水头较低,贯流式水轮机适合低水头应用,而且效率高投资低,近年来发展较快,而且功率也越来越大,在中小型低水头电站大量使用轴伸贯流式水轮机与竖井贯流式水轮机。除了发电,在我国南水北调东线工程中的大型泵站大部分都采用贯流式水泵,其结构相同。

 
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