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水轮机模型的种类

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商品信息

  水轮机模型的种类

反击式水轮机:

混流式水轮机模型

 

混流式水轮机模型结构简单,主要部件包括透明蜗壳、座环、导水机构、顶盖、转轮、主轴、导轴承、底环、尾水管等。蜗壳为引水部件,形似蜗牛壳体,一般为8-10MM透明PMMA材质制成,圆形断面。座环置于蜗壳和导叶之间,由上环、下环和若干立柱组成,与蜗壳直接连接;立柱呈翼形,不能转动,亦称为固定导叶。导水机构由活动导叶、调速环、拐臂、连杆等部件组成。转轮与304不锈钢主轴直接连接,是该类型水轮机模型的转动部件,转轮由上冠、下环、泄水锥和若干固定式叶片组成,其外形和各组成部分的配合尺寸根据其使用的水头不同而有所不同。尾水管是将转轮出口的水流引向下游的水轮机泄水部件,一般为弯肘形,混流式水轮机模型采用部分透明蓝色弯肘形尾水管 .

轴流式水轮机模型

轴流式转轮模型可分为定桨式和转桨式两种,它们的主要区别是转桨式转轮的叶片随导叶开度和水头的变化能自动调整叶片安放角,与导叶保持最佳的协联关系。在水轮机运行中,导叶必须按负荷调整开度,而转轮一边旋转一边调整叶片角度保持与导叶的最佳协联关系,即所谓双重调节,使水轮机在较大的出力范围内均保持较高的效率。定桨式转轮由于在运行中叶片不能调整,当机组负荷发生变化,导叶开度改变时,叶片安放角不能及时调整,水流对叶片冲角增大,所以在整个出力范围内水轮机的高效区很窄,但它的结构简单,在中小型电站中仍较多被采用。

轴流定桨式水轮机模型一般有3—6片叶片。中小型转轮叶片和转轮体整体3D打印或叶片加热成型后粘接在转轮体上。大中型转轮的叶片为金属压制成型后用螺栓固定在转轮体上,在转轮体与叶片连接法兰面上设有定位销固定在一个安放角。有的停机后可以人工调整叶片定位销改变叶片的安放角。转轮上部和主轴相连,下部固定泄水锥。

轴流转桨式水轮机模型转轮叶片安放角能自动地随工况而变,并和导水叶开度相匹配。为了转动叶片,转轮体内装有活塞、油缸、活塞杆、操作架、连杆、拐臂等,上部和带压力油管的主轴相连,下部固定泄水锥,其主轴多数为水平布置,少数为倾斜布置。

 

斜流式水轮机模型

斜流式水轮机模型与轴流转桨式水轮机模型的差别是,转轮叶片相对于机组轴线是倾斜布置的。因而在转轮区域内,水流沿相对于机组轴线倾斜的方向流动。

倾斜布置的透明PMMA材质蜗壳固定在座环上,十二个座环支柱与水平线的倾角为35°。具有45°倾角的斜向导水机构由二十四个导叶、导叶传动机构、水轮机顶盖和导水机构底环组成。双支承结构的导叶具有沿高度变化的对称翼型。导叶轴承为木质轴瓦,由过流部分的水自动润滑。为了防止水漏出,在上轴颈装有橡皮碗。导叶传动机构由转臂、与转臂用球销铰接的连杆以及与连杆用球销铰接的控制环组成。控制环靠特殊的铰链与两只环形接力器连接。

由加热成型的PMMA板粘接而成的转轮室,具有三维精铣加工的内表面。转轮的十个金属叶片与主轴的轴线呈45°倾角。刮板式接力器,通过操作轴驱动转叶机构,从而使叶片转动。叶片转角为30°

这种结构的斜流式水轮机模型,由于蜗壳与座环也是倾斜布置的,自蜗壳至尾水管的过流通道比较平直,因此,不仅能提高水轮机的效率,而且还减小了机组的平面尺寸。

 

贯流式水轮机模型

贯流式水轮机模型,是一种卧轴式水轮机模型,即水流在流道内基本上沿着水平轴向运动。它主要适用于125m的水头,是低水头、大流量水电站模型的一种专用机型。由于其水流在流道内基本上沿轴向运动,不转弯,因此机组的过水能力和水力效率能有所提高。特适用于潮汐电站模型,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。

 

贯流式水轮机模型的分类:

贯流式水轮机模型,根据其结构特点和布置型式,可分为全贯流式模型、半贯流式模型(又分为竖井式模型、轴伸式模型和灯泡式模型)两种,其适用范围各不相同 . 

 

全贯流式水轮机模型

全贯流式机组模型则把发电机转子装在旋转的水轮机转轮轮缘上,发电机定子固定在流道外面周围的支承上。

全贯流式机组模型转动惯量大,能保证机组的稳定运行,避免频率波动,对水头变化较为频繁的潮汐电站模型更为有利。同时其流道和机组布置形式适合于可逆式机组,还可用于抽水蓄能模型,将径流式梯级电站的上下游水库作为抽水蓄能电站模型的上下库,利用原有水工建筑模型和机电设备就可将普通电站建成既能抽水蓄能又能发电的混合式水电站,提高径流电站在电力系统中的补偿作用;也可将贯流式机组用于排灌站,收到排水发电的双重效益。

轴伸贯流式水轮机模型

轴伸贯流式水轮发电机组模型采用卧式布置,也有倾斜安装的,水轮机部分主要有转轮室、转轮、导叶与控制机构、S形尾水管组成,转轮主轴穿出尾水管连接到发电机。由于低转速发电机体积庞大、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 

轴伸贯流式水轮发电机组的特点是,它具有一个水平或略微倾斜的轴和一个位于S形通道之外的发电机,小灯泡体内只需容纳轴承,增速器布置在水轮机和发电机的中间,尾水管流道有两个弯呈S形。因此,其效率没有竖井式和灯泡式的高。

蓝绿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。该水轮发电机造价与工程投资少,但效率较低,在低水头小水电站中应用较广,其中水平卧式用得最多。

竖井贯流式水轮机模型

竖井贯流式水轮机模型是将发电机组安装在水轮机上游侧的一个混凝土竖井中,水轮机部分主要由导叶机构、转轮室、转轮、尾水管组成,转轮主轴伸入混凝土竖井中,通过齿轮箱等增速装置连接到发电机。也有把发电机布置在上面厂房,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。

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。为更清楚看清水流走向与内部结构,竖井贯流式水轮机模型剖去混凝土结构上部分的机组结构,蓝绿色箭头线表示水流走向。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。

灯泡贯流式水轮机模型

灯泡贯流式水轮机组模型的发电机密封安装在水轮机上游侧一个灯泡型的金属壳体中,发电机水平方向安装,发动机主轴直接连接水轮机转轮。

灯泡贯流式水轮机组的水轮机部分由转轮室、导叶机构、转轮、尾水管组成;发电机轴直接连接到转轮,一同安装在钢制灯泡外壳上,发电机在灯泡壳内,转轮在灯泡尾端,发电机轴承通过轴承支持环固定在灯泡外壳上,转轮端轴承固定在灯泡尾端外壳上,发电机轴前端连接到电机滑环与转轮变桨控制的油路装置。钢制灯泡通过上支柱、下支柱固定在混凝土基础中,上支柱也是人员出入灯泡的通道。

灯泡贯流式水轮机组的水轮机模型使用蓝色箭头与LED流水灯表示水流走向,水流进入后从灯泡周围均匀通过到达转轮,推动转轮旋转做功后由尾水管排出。通过导叶角度与转轮叶片角度的调整配合可使水轮机模型运行在最优状态。灯泡贯流式水轮机组具有结构紧凑、稳定性好、效率较高,适用于低水头大中型水电站。

灯泡贯流式机组是当前广泛应用于大、中型机组的一种机型,其过水流道是轴向的或略微倾斜的。灯泡体位于水轮机转轮上游,导水机构是锥形。发电机转子直接耦合在水轮机轴上,水轮机轴由两个导轴承支持。灯泡贯流式机组以较低的转速运行,大型机组的转速大约是70125r/min

 

冲击式水轮机模型:

水斗式水轮机模型

水斗式水轮机模型主要结构包括PMMA透明材质输水管、喷流机构、转轮、折向器和机壳等切击式水轮机工作射流中心线与转轮节圆相切,故名切击式水轮机。其转轮叶片均由一系列呈双碗状水斗组成,故又称水斗式水轮机。切击式水轮机是目前冲击式水轮机中应用最广泛的一种机型。。

喷流机构主要由喷管、喷嘴、喷针(针阀)和喷针移动机构组成;其作用是把水流势能转化为射流动能,并通过移动喷针来调节流量   

转轮由圆盘和固定在它上面的水斗组成,射流冲向水斗,水斗与射流相互作用,射流动能转化为转轮旋转机械能;由于承受射流,水头越高对转轮强度要求也越高。

折向器就是一块高强度钢板(和驱动装置),机组甩负荷时折向器迅速使射流偏转,避免使机组转速过快。

机壳则主要起支撑水轮机轴承、排水的作用。

值得说明的是水斗水轮机中喷流机构和折向器都不只一套,其数量因型号各异,一般水头低时选4—6个,水头高时选2—3个。

 

斜击式水轮机模型

斜击式水轮机模型是冲击式水轮机模型的一种。主要由喷嘴和转轮等组成。转轮由外轮圈、内轮毂和其问所固定的若干单碗形斗叶组成。喷嘴射流以22.5°的角度斜冲转轮正面的叶片后从背面流出。结构简单、造价低廉,但效率低。仅应用于小型电站。适用水头为20~100 m 

冲击型的斜击式水轮机模型,由手动调速阀门(有的为喷针)、喷嘴、转轮,机壳、轴承及轴密封组成。

斜击式水轮机的喷嘴方向与转轮的转动平面成一交角(一般为22.5°),射流斜向冲击叶轮。

喷嘴:喷嘴装在压力水管手动调速阀门之后。喷嘴是一个圆锥管,随着圆锥管断面面积逐渐变小,水流逐渐加速,在喷嘴出口形成高速射流,冲击转轮。

为了调节流量,控制机组出力,这种机组运行较好,效率较高。有的微型机组用闸阀进行调节。

转轮:转轮是水轮机的心脏,较大容量的斜击式转轮,其叶片为复杂,断面是流线型(如飞机的翼型),生产制造工艺要求较高。而对于微型斜击式转轮,为简化生产工艺,降低成本,做成半球型叶片。转轮的叶片采用3D打印工艺后经切边修整而成,一个叶轮一般由18~22个叶片组成。将叶片组装焊接而成转轮,制造工艺讲究。

半球型与翼型叶片转轮经电站模型运行实践说明,半球型转轮与翼型转轮相对比,性能相差不大,半球型转轮的效率略低于翼型转轮。

轴承与机壳:轴承是支承水轮发电机转动部分重量和轴向推力、以及转动时承受径向力的装置。微型水轮机一般有一个止推滚柱轴承和单列向心球轴承。

机壳是微型水轮发电机组的支架,机壳固定在机墩上。

 

双击式水轮机模型

双击式水轮机是一种很有优势的小水电水轮机机型。虽然他的制造和使用己经有了很长的历史,但是引起世界上许多国家的重新重视是在七十年代末,八十年代初世界石油危机的冲击以后。现世界上生产双击式水轮机的已有九个国家近16家厂商。 双击式水轮机之所以引起世界上如此多国家的重新重视和开发是因其具有特有的优点。

 

制作参数:

1 大型冲击式水轮机模型优先采用竖轴式结构布置。
2
)冲击式水轮机转轮、喷嘴和喷针适宜采用3D  打印整体成型工艺制造,在高速水流作用的部件表面宜采用金属耐压材料制造。
3
)竖轴冲击式水轮机的转轮和喷管能满足从上经发电机定子中心和向下自机壳内拆装实训功能。
4
)多喷嘴冲击式水轮机根据输出功率的大小自动投入或切除相应数目的喷嘴,改变喷嘴数时水轮机模型能正常安全稳定运行,各射流间相互无干扰。
5
)冲击式水轮机的每个喷嘴和折向器均配有单独的操作接力器。各喷针具有单独的电气回复机构和开度指示,折向器具有单独的开、关位置指示信号。
6
)冲击式水轮机具有制动喷嘴及相应的自动控制元件。
7
)冲击式水轮机可采用反向水斗装置,以抑制其飞逸转速。
8
)冲击式水轮机的排水高度应满足水轮机安全稳定运行和效率不受影响。在设计最高尾水位时,尾水渠水面以上应有足够的通气高度。
9
)水电站尾水位变幅很大时,允许冲击式水轮机在高尾水位,即在排出高度小于设计要求甚至负值的情况下运行,但必须有压低转轮室水位的压缩空气装置和保压设施。其补气量和补气位置应通过模型确定。
10
)冲击式水轮机转轮应采用整体3D打印成型与三维精铣工艺,并进行必要的热处理成型。
11
)冲击式水轮机的PMMA材质机壳上具有必要的补气、隔音或消音措施。