双击式水轮机的发展与研究.pdf

该阀代替逆止阀仍装设在水泵出口侧,当水泵启动后,压力水流仍 将 大 小舌板托起,类似逆止阀开启运行,一旦失电或电器故障而跳闸,水泵失去动力,扬水管中水流反向流动使大舌板关闭,大舌板阻止水流的反向流动,但小舌板正好打开,让部份水流通过,这样管道的水锤压力就会大大降低通过小舌板倒流的水流仍会推动叶轮倒转但此时因流量大大减少、水泵从开始倒转到飞逸转速的过程(时间)将会延长,在此时间内关闭闸阀,险情将能避免或减少假如人工关闭闸阀的时间( 0.5一2分钟)之内已达飞逸转速,但此时的飞逸转速 因 流量小,比不设逆止阀,全管倒流时的逸速已大 为减小损害亦将减轻这里我们可以看出关键是小舌板的大小,通过试验及计算,总能找到一个合适的小舌板的孔口大小,使得压 力的降低与倒转速度的上升达到最佳合理值也可以取消小舌板,只在大舌板上 开一适当大小的孔,作用与上述基本一样此装置能降低扬水管水锤压力,能降低水泵倒转速度,代替了逆止阀,不用增加任何设备,甚 至可在逆止阀的舌板上钻孔,简单易行但限于本人条件,偶有所思,未及试验,容待 后补双击式水 轮机的发展与研究洪菊生_肖跪元一、双击式水轮机概况1903年奥大利亚工程师A.G·M·Mich-eU发明 了双击式水轮机。

后来传到 欧洲,匈牙利班克于191 7 年制作了第一台双击式水轮机,19 22年德国Frityossbe rge r取得该国的双击式水轮机专利,专利号是3 645 93 0德国Os sberger自1 9 22年取得双击水轮机专利以后,结构不断改进,随着工艺技术水平的提高,双击式水轮机的效率也有了很大的提高,现在该厂双击式水轮机的效率,大型达8 8 %,小型达到8 4%该厂生产的双击式水轮机已超过700台大关,世界上许多 国家都希 望得到该厂的双击式水轮机德国0 5 5berge r〔奥斯比克以下同〕的双击式水轮机在国际上享有信誉,美国和日本为了分占国际市场,均组织级别高,队伍大的班子进行研究日本是由神户大学 和富士电气联合研究 的;美国是由罗德 岛大学和罗得 岛新基础动力公司联合研究的日本和美国的双击式水轮机的最 高效 率 超 过了8 0%我国在六十年代也制造了数量较多的双击式水轮机但是,由于结构和工艺上的原因,使得水轮机的效率很低根据华中工学院于1 95 8年为建始县农机厂制 造的SJIO3一W一2 2/14.4所作的全特性试验表明,水轮机的最高效率仅有6 4%由于我国对双击式水轮机未 作深入研究,同时对双击式水轮机的优良特性认识不足。

因此,错误地认为双击式水轮机的效率太低而将其淘汰然而德 国、日本、美国不断对双击式水轮机进行实验、研究,其结果效率已达到国际公认的小水电许可范围因此我 国水电工作者也开始重新认识双击式水轮机,并着手进行研究二、双击式水轮机特性:1.双击式水轮机有良很的调节特性双击式水轮机有单导叶和双导叶调节结构,它的运行方式如 图1所示:滋滋滋滋. 门四性性甲碑碑叫叫以司司目目l_-l l l卜闷闷{_ _ _ ‘‘‘‘‘‘‘‘‘,~I I I I I I I尸尸尸尸尸尸尸.弓 门门 ‘ ‘二二口口,’二刃刃甲甲,叫叫月加加厂厂厂厂7 7 7卫卫尸. . .「,: : :鼠鼠鼠鼠鼠鼠鼠 鱼鱼鱼勇勇!一 l l l{l l l l l‘J J J牵牵牵牵牵牵牵{ { { I I I I I I I夕夕匆么么I I I I I, , , , , , , , , 正正正正正谭谭餐““夕夕夕夕夕夕夕夕夕夕 誉誉誉誉誉二二厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂i i i i i犷犷l l l] ] ]! , ’’’’’’{ { {[ [ [ [ [ [ [ [ [ 几几几l l lI I I〕〕}了了了了了了了了了了了 } } }l l l 犷犷j j jI I Ii i i i i i i i i i i i i i i i i i i口口 l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l卜卜,叫叫图1双击式水轮机运行特性(1 )当额定负荷时,大小导叶全开,‘2 )当负荷低于额定值,但在7 0 %以上运行时,大导叶全开,由小导叶 调节 外 负荷,(3)当负荷在3 0%至7 0%范围时,小导叶关闭,由大导 叶微调以平衡外负荷;(4)当负荷在3 0%以下运行时,关闭大导叶,由小导 叶微调来平衡外负荷。

实践证明,双击式水轮机几乎能在全负荷范围内保持稳定的和高效率运行这是混流式水轮机和定浆的轴流式水轮机所没有的特性图1虚线是混流式和定浆轴流式水轮机运行特性曲线,由此可知,它们在低负荷范围运行时,效率是陡降的2.双击式水轮机适用的水头和流量范围宽双击式水轮机适用的水头和流量范 围是:水头I妇1~20 0米流 量由0 1一1 0米”/ 秒西德的奥斯比克只是一个小厂,从192 2年生产双击式水轮机至今已有六十多年的历史,产品销售于世界各国下表是该厂生产的双击式先进参数由表1西德产品性能可知,双击式水轮机适用水头3.1 5米(厂编号53 3)到水头10 7米( )一编号525)表2的水头范围是2米到6 0 米,S J一W一3 0/2 0 结构几乎完全不变而适用的范围如此宽广,在2米到6 0米的水头范围只要选择合适的发电机就能 与它相配3.双击式水轮机结构简单,价格低廉双击式水轮机结构是所有水轮机中结构最简单的一种转轮叶片呈等厚度的园弧形简单断面它与空间扭曲的、截面厚度变化的反击型水轮机叶片 相比较,算简单到理想化了,与冲击型的其它水轮机叶片截面比较也要简单得多双击式水轮机的转轮室不受水压,只受到不大的真空 压力,可以用较薄的钢板制造或用铸铁制造,它 与反击型的转轮室比较要简单得多,因而双击式水轮机轴承的密封也要简单得多。

双击式水轮机的导 叶只有一个或两个,它 可以用简单的杠杆通过键推动导叶转动,或用简单的丝杆螺母减速器,或用蜗轮蜗杆减速器推动导 叶转动它 与复杂的反击型水轮机的导水机构比较要简单得多它与冲击型的水斗式和斜击式的喷针喷嘴比较也要简单得多奥 斯比 克双 击 式水轮机 参数表1出 厂编 号水头H(米)流量Q(米”/秒)水轮机功率N备52 35 461 625955洲一3一一一“一一6一.一6一一一5 27保证效率不低于8 0%5 4801718 5马 力1 9 1马力212马力6 0马 力3326发电机SOKVA5 4 425KW5 3 34 0KW保证效5 40_二介兰__⋯__一势些5 2 510752 5马力3 3 3马力1 2 80马 力s J一W一3 0/20双击式水轮机性能表表2水头H(米)流量Q(米“/秒)⋯竺鲤}1886水轮机功率N(千瓦)0052 607843070 5 90117687678780 1001 6642 48 12 2223 3100.2 G3 94 55 612410 051一一一一4O5O6 00235 370172 163,1 549C艺 6 5弓942es。

公 唾土l88.23 7 〕028 8 110 3 2812887751159997双击式水轮机的转动部件不产 生轴向力,因而水轮机的轴承可以用一对理想的园柱滚子轴承在相同负荷下,与反击型水轮机比较,其轴承寿命要长得多综上所述,双击式水轮机与其它型式的水轮机比较,另件少、重最轻、工艺技术水平要求低,因而成本低双击式水轮机安装、运行、维修方便不论是小型的还是大型的双击式水轮机均能与发电机安装于 同一底盘上,或通过皮带或增速器传动结构上十分紧张,外型尺寸很小巧图2是研究的S I一W一30/2 0双击式水轮机发电机组,当有效水头为2 0 米时,机组转速为60 0 转/ 分,发电机轴端输出功率不低于3 0KW该机组长1800毫米,宽50 0毫米,高60 0 毫米水轮机装于发电机的前端,飞轮装于发电机的后端,水机本身并无须主轴和轴承结构机组检修时,关闭进水阀,取下转轮室右端盖板,用专用工具卸下转轮发电机就能方便地吊离底板机组运行时,可能有杂草或碎冰进入转轮,但是熬击式水轮机转轮叶片进水边象锋利的刀口,能轻易 的解除杂草和碎冰的缠绕如上所述,对于双导叶调节的双击式水轮机即使在1 0%的负荷下运行,仍然能保证高效率,并且不 出现不稳定现象。

三、双击式水轮机技术经济性1.比转速在6 0~1 00范围内双击式水 轮机有最好的技术经济指标例如 牛头山 电站,设计水头6 0米,设计流量0.5 8米“/秒要求装机两台,选用什么机型合适呢? 适用于6 0 米水头段的水轮机有混流式HL2 2 o、水斗式CJ 22、斜击式X J1 3及双击 式S JX X一 现将上述各型水轮机设计点参数列于下表:表3 「:二竺二一 ⋯贵 全i巡量旦i当 卫秒:{全全 i盆婆三二~ 奎全亘)一⋯竺竺竺擎一} !一正 卫竺一一{---一一些-一⋯--一竺-一卜一9二竺一一} }一~. 塑竺一⋯一~~ 二-少卫一一匕一一竺一-一{一里二矍一一} }一里竺i生一!-一少些-一⋯--一少--一}一.一 业竺毛一一} {日本富舒J XX:{__7 5”一⋯:49.:{.:0 .8”l43适用于该电站的水轮机转轮直径和转速值列于表4(流量按单机2 9 米日/秒计算)表4 牛⋯由表4可知,HL2 2经济性最好,但是发电机无法实现,且水轮机的损失太大水斗式和斜击式水轮机转轮直径分别是双击式水轮机转轮的4倍和25倍,而双击式水轮机的转速分别是水斗式和斜击式的3倍和2.0倍,对于这样的电站选择双击式水轮机是合适的。

可见双击式水轮机与其它机型比较经济性最好2.某些径流式电站选用双击式水轮机有最佳的技术经济指标径 流式电站 的水头和流量变化大过去径流式电站一般是选用反击式水轮机,为了获得更多的电力,机组往往选得过大,这就使得反击式水轮机经常在小开度和低负荷下运行混 流击式水轮机低于5 0%的负荷下运行往往出现不稳定现象,定浆轴流击式水轮机则在7 0%的负荷以下运行时常出现不稳定现象,不稳定现象严重时只好关闸停机而双击式水轮机正果上面所述,即使在功%的流量下 运行也仍然是稳定的 和高效率的,这在枯水季节特别需要电力的时候,双击式水轮机就特别显得可贵了双击式水轮机的最高效率虽然低于反击型水轮机,但是在 径流式电站 中,双击式水轮机的平均效率却会 大于 定浆的反击型水轮机日本富山县若士电站水 头9.7 5 米流量4米,/ 秒,并不选用混流式或轴流式,而是选用富士公司 的双击式水轮机,这不仅由计算表明选用双击式水轮机比选用反击式水轮机的年发电量要大,而且机组的价格便宜得多,电站水工建筑费用也要节约得多3.主要是为农田灌溉的水利枢纽装置双击式水轮发电机组有较好的技术经济指标最近日本北海道电力公司与日本工业公司合作改造壮瞥电站,该站是以灌概为主的老电站,灌溉期间流量为2.2米3/秒,非灌溉期间流量为1.1米”/秒,有效水头为2 5.3 5米,电站实测结果与模型试验完全吻合。

壮瞥电站双击式水轮机的设计参数是:设计水头H=2 5.3 5米设计流量Q=27 8米3/ 秒额定出力N二5 32千瓦额定转速n二50 0转/分导 叶两个1:1转轮叶片数z二3 1壮 瞥电站发电机参数是:种类:三相交流 同步发电机形式:卧式旋转磁场出口管道通风形容量6 00KV A电压66 0 0V电流52.5A转速50 0转/ 分功率因数0.8 33缘绝级别B级图3是壮瞥电站双击式水轮机效 率曲线鱿材图3壮瞥电站运行特性由图3可知当流量2.2 5米“/秒,水轮机出力为44 9KW时,水轮机的效率为8 23%,此时采用双导叶调节;当水轮机运行在低负荷时,即流量1.1 5米“/ 秒,是设计流量27 8米3/秒的4。