FC-PSU-UNI2450U 区分水轮机:反作用式、脉冲式和螺旋桨式

水力发电厂是可再生能源的主要来源之一。它们的工作原理是利用储存在水坝中的水或径流来生产清洁、低成本的电力，方法是利用下降或流动的水流的能量来旋转水轮机。

　　在现实世界中，电力是由同步发电机或交流发电机通过涡轮机驱动产生的。

　　液压泵设备。图片由提供Adobe股票

　　涡轮机将水(即蓄水坝)的动能或势能转化为机械能。发电机通过轴与转轮耦合，将机械能转化为电能。大坝是蓄水的水库，为水头提供势能。水头是储存在水库中的水位和尾水水位之间的差值。

　　图一。水力发电模式。图片由穆尼尔·艾哈迈德提供

　　涡轮机的设计和选择取决于水流和现场的水头，从低水头到高水头。了解涡轮机类型及其应用和用途，对于最大限度地提高性能和效率非常重要水电设施.

　　当今市场上的一些大型涡轮机制造商有:

　　福伊特水电

　　日立

　　通用电气

　　安德里茨股份公司

　　哈尔滨电气公司

　　涡轮机类型

　　涡轮机直接与发电机耦合，形成发电机组。水轮机主要有三种类型:冲击式、反作用式和螺旋桨式。

　　为特定应用选择涡轮机取决于其输出和运行水头。冲击式水轮机一般适用于最高水头，混流式水轮机适用于中等水头，螺旋桨式适用于低水头。

　　图二。混流式水轮机的铭牌数据，类型:立式，单转轮，带交流发电机，额定转速为136.4转/分。图片由Munir Ahmad提供

　　反动式汽轮机

　　混流式水轮机是一种反作用式水轮机，其转轮和尾水管充满水。混流式水轮机有水平轴和垂直轴两种。较大的涡轮机通常有垂直轴。蜗壳在涡轮机周围形成一个完整的水通道，允许水从各个方向进入转轮。尾水管将从转轮排出的水输送到尾水渠。

　　使用几种类型的尾水管:垂直管、扩散管和弯管。弯管的设计结构简单，与其他类型相比，提高了效率。肘形尾水管，顾名思义，将水转向直角，并为排出的水提供一个不断扩大的通道。这种结构需要的挖掘深度比其他类型的要小，因此成本也较低。

　　对于大型水轮机，尾水管的水平排放端通常被垂直或水平分流器细分为两个以上的水流通道，在水流最终排放前对其进行矫直。

　　冲击式汽轮机

　　peloton轮的原理如图3所示。涡轮机通常有一个水平轴。水通过压力钢管输送到水轮机，并进入喷嘴，从而使水以高速喷嘴射流的形式喷出。射流喷入处于实际大气压力下的轮罩，并直接喷入安装在轮盘轮缘周围的叶片。水在水桶周围流动。射流被中心部分或分流器分成两个相等的部分，并围绕弯曲的叶片行进，而不填充叶片。轮子将会旋转，并且叶片将以略小于射流速度一半的速度远离射流。离开水桶的水的速度所代表的能量是需要的，但是更大部分的原始能量在转动轮子时同样有效。

　　图3。水斗式涡轮机、喷嘴和叶片。图片由穆尼尔·艾哈迈德提供

　　有时，射流偏转器用于在甩负荷的情况下转移来自转轮的射流，从而执行安全阀的功能，防止压力管道中危险的压力上升。然而，也使用泄压阀。

　　铲斗通常是可更换的，并用螺栓牢固地固定在车轮上。铸钢通常用于大型铲斗，而小型铲斗由青铜或不锈钢制成。内表面是光滑的或抛光的，以使水绕过铲斗时的摩擦损失最小化。

　　螺桨式透平

　　开发螺旋桨式涡轮机是为了在可用水头低的地方提供更高速度和更大容量的涡轮机。螺旋桨式涡轮机得名于其船上螺旋桨状的转轮。奥地利教授维克托·卡普兰在1913年发明了螺旋桨式涡轮机。

　　转轮位于尾水管的喉部。上面的流道被称为涡流室。水从蜗壳通过导叶进入该区域，并向下流向转轮。单独的转轮叶片枢接至转轮毂。叶片一起移动，叶片角度可根据负载变化自动调整。针对每种负载使用正确的叶片角度可在大部分运行范围内实现较高的涡轮机效率。因此，由于自动调节叶片，涡轮机最适合在大范围的负载下运行。

　　用于涡轮机安全的泄压阀和缓冲罐

　　当涡轮机与长压力管道连接时，有必要提供一些方法，以防止在突然甩负荷的情况下压力过度升高。以下是机器突然拒绝负载时的主要应用。

　　当像550 kV线路这样的大面积跳闸或大型电力设备出现故障时，大量负载会因此断开，系统中的巨大骤降会频繁导致发电厂跳闸(甩负荷)。发电机的速度也增加到了危险的水平。

　　电网层面的扰动，如电压和频率的波动，会导致甩负荷。

　　调速器和励磁系统等控制系统的故障会导致发电机甩负荷。

　　特别是在水轮机中，当负载突然变化时，水轮机闸门或导叶的运动必须足够快，以防止水轮机转速和电压过度变化。如果导叶关闭太快且没有泄压，压力管道中的破坏性水压可能会导致破坏。可以使用缓冲罐或安全阀来释放管道的过大压力。为了更有效地防止压力变化，缓冲罐必须靠近涡轮机;可以使用压力调节器或泄压阀来代替缓冲罐。

　　涡轮机性能和工厂效率

　　为确定新涡轮机的输出和效率而进行的测试被称为验收测试，这些测试通常需要精确测量涡轮机使用的水量。还进行了测试，以测量不同水头下的涡轮机性能，并确定机组在长期使用后的状况。

　　可以方便地确定由压力管道、水轮机和发电机组成的机组的整体性能。该装置的输出可以通过发电机电度表来测量。如果准确确定了水轮机流量，就可以很容易地确定试验时特定水头下机组的总效率。众所周知，效率是产出与投入的比率。输出是以千瓦为单位的发电机的测量输出，而输入与用水量和总水头的乘积成比例。输入用千瓦表示，因此:

　　输入功率= 0.0845 QH

　　在哪里

　　Q =涡轮机排放量，单位为立方英尺每秒(cfs)

　　H =以英尺为单位的总水头(前池和尾水高程之间的差异)

　　因此，

　　e =输出/输入=发电机千瓦/0.0845 QH

　　发电机的输出取决于涡轮机转化为动力的水量、可用水头和机组效率。水的有效利用仍然是所有工厂最重要的问题，这些工厂通常不在大量水的情况下运行，并且必须得到额外的考虑，如水库储存和沉淀管理、压力损失和防止气蚀的维护计划等。，因为它不是一个可以由工厂仪表直接指示的量。

　　水电外卖

　　A 水力发电厂是一种环保、无排放、低成本的电力能源，适用于工业和家庭负载。水力用于旋转涡轮，涡轮通过发电机将储存在水中的动能或势能转化为电能。