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制造業(yè)皇冠上的明珠，水輪發(fā)電機，最大容量可達80萬(wàn)千瓦！
2022-10-03
水輪發(fā)電機是以水輪機為原動(dòng)機將水能轉化為電能的發(fā)電機。水流經(jīng)過(guò)水輪機時(shí)，將水能轉換成機械能，水輪機的轉軸又帶動(dòng)發(fā)電機的轉子，將機械能轉換成電能而輸出。是水電站生產(chǎn)電能的主要動(dòng)力設備。
水輪發(fā)電機由水輪機驅動(dòng)。它的轉子短粗，機組的起動(dòng)、并網(wǎng)所需時(shí)間較短，運行調度靈活，除一般發(fā)電外，特別宜于作為調峰機組和事故備用機組。水輪發(fā)電機組的最大容量已達80萬(wàn)千瓦。
01 水輪發(fā)電機結構
水輪發(fā)電機由轉子、定子、機架、推力軸承、導軸承、冷卻器、制動(dòng)器等主要部件組成。定子主要由機座、鐵芯和繞組等部件組成。定子鐵芯用冷軋硅鋼片疊成，按制造和運輸條件可做成整體和分瓣結構。
水輪發(fā)電機的轉速將決定發(fā)出的交流電的頻率，為保證頻率的穩定，就必須穩定轉子的轉速。
通過(guò)交流電的頻率信號采樣，將其反饋到控制水輪機導葉開(kāi)合角度的控制系統中，去控制水輪機的輸出功率，通過(guò)反饋控制原理，就可以讓發(fā)電機的轉速穩定了。
02 水輪發(fā)電機分類(lèi)
沖擊式水輪機
是借助于特殊導水機構引出具有動(dòng)能的自由射流，沖向轉輪水斗，使轉輪旋轉做功，從而完成將水能轉換成機械能的一種水力原動(dòng)機。
▲沖擊式水輪機
當水斗節圓處的圓周速度約為射流速度的一半時(shí)，效率最高。這種水輪機在負荷發(fā)生變化時(shí)，轉輪的進(jìn)水速度方向不變，加之這類(lèi)水輪機都用于高水頭電站，水頭變化相對較小，速度變化不大，因而效率受負荷變化的影響較小，效率曲線(xiàn)比較平緩，最高效率超過(guò)91%。
斜擊式水輪機
主要由噴嘴和轉輪等組成。轉輪由外輪圈、內輪轂和其問(wèn)所固定的若干單碗形斗葉組成。結構簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，但效率低。
斜擊式水輪機工作時(shí)，水流從壓力水管流經(jīng)噴嘴，形成一股高速射流，射流與轉輪平面成22.5°方向沖擊著(zhù)轉輪葉片。做功后的水流從輪葉出水邊流出，沿尾水渠排至下游。
軸流式水輪機
是由轉輪體、葉片、泄水錐組成，葉片軸線(xiàn)與水輪機軸線(xiàn)垂直。適用于中低水頭、大流量的水電站。應用水頭約為3到80m，水流在導葉與轉輪之間由徑向流動(dòng)變?yōu)檩S向流動(dòng)，而在轉輪區內，水流保持軸向流動(dòng)。
▲軸流式水輪機
軸流式水輪機的葉片固定在轉輪體上，葉片安放角度不能在運行中改變，效率曲線(xiàn)較陡，適用于負荷變化小或可以用調整機組運行臺數來(lái)適應負荷變化的電站。一般用于出力較小，水頭較低以及水頭變化幅度較小的水電站。
貫流式水輪機
貫流式水輪機的引水部件、轉輪、排水部件都在一條軸線(xiàn)上，水流一貫平直通過(guò)，故稱(chēng)為貫流式水輪機。 貫流式水輪機應用水頭范圍一般在2~25m，單機出力從幾千瓦到幾萬(wàn)千瓦。
▲貫流式水輪機
混流式水輪機
混流式水輪是由美國工程師弗朗西斯于1849年發(fā)明，水流從四周徑向流入轉輪，然后近似軸向流出轉輪，轉輪由上冠，下環(huán)和葉片組成。
混流式水輪發(fā)電機組結構緊湊，運行可靠，效率高，能適應很寬的水頭范圍，是目前應用最廣泛的水輪機之一，大型混流式水輪一般應用于20-700M水頭范圍。
燈泡式水輪機
燈泡式水輪發(fā)電機是指將發(fā)電機與軸承等布置在形似燈泡的密封殼體內的水輪發(fā)電機。燈泡式水輪發(fā)電機與水輪機直軸連接并布置在流道內，其特點(diǎn)是結構布置緊湊、復雜，具有防潮防漏等特殊要求。
由于燈泡式水輪發(fā)電機裝在水下流道內，停機時(shí)繞組容易受潮，因此其額定電壓比一般水輪發(fā)電機低。
卡布蘭式水輪機
卡布蘭式水輪機為一種轉槳式型態(tài)的水輪機，其具有可變型態(tài)的扇葉。它是由奧地利教授維克托·卡普蘭于1913年所開(kāi)發(fā)，他將可自動(dòng)調整的螺旋槳葉片以及可自動(dòng)調整的導葉組合以實(shí)現在大落差流量以及大水頭高度差距上的高產(chǎn)能效益。
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