水轮机的基本类型

　　水轮机是将水能转变为旋转机械能的水力原动机，是水电站厂房中主要的动力设备之一，用来带动发电机工作以获取电能。由于河流的自然条件和水电站开发方式不同，水电站的水头、流量和功率差别很大，因此需要有多种型式和种类的水轮机与之相适应。现代水轮机按水能转换的特征分为两大类，即反击式水轮机和冲击式水轮机。

　　（1）反击式水轮机。转轮利用水流的压力能和动能做功的水轮机称为反击式水轮机。其特征是：压力水流充满水轮机的整个流道，水流流经转轮叶片时受叶片的作用而改变压力、流速的大小和方向，同时水流在转轮叶片正反面产生压力差，对转轮产生反作用力，形成旋转力矩使转轮旋转，故称为反击式。反击式水轮机按水流流经转轮方向的不同以及适应不同水头与流量的需要，又分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种型式。

　　（2）冲击式水轮机。转轮只利用水流动能作功的水轮机称为冲击式水轮机。其特征是：有压水流先经过喷嘴形成高速自由射流，将压能转变为动能并冲击转轮旋转，故称为冲击式。在同一时间内水流只冲击部分转轮，水流是不充满水轮机的整个流道，转轮只是部分进水，转轮在大气压下工作。为适应水流动能做功的需要，冲击式转轮叶片一般呈斗叶状。冲击式水轮机按射流冲击转轮叶片的方向不同又分为水斗式（切击式）、斜击式和双击式三种型式。

　　近代水轮机的主要类型归纳如下：

　　2．水轮机的特点及应用范围

　　（1）混流式水轮机。混流式水轮机是指轴面水流径向流人、轴向流出转轮的反击式水轮机，又称法兰西斯式水轮机，如图2-1所示。

　　混流式水轮机为固定叶片式水轮机，其结构简单，具有较高的强度，运行可靠，效率高，应用水头范围广，一般适用于中高水头水电站，大、中型混流式水轮机应用水头范围为30～450m。可逆式的混流式水轮机应用水头高达700m。中、小型混流式水轮机的应用水头范围为25～300m。单机容量可由几十千瓦至几百兆瓦，如三峡水电站单机容量为700MW。

　　（2）轴流式水轮机。轴流式水轮机是指轴面水流轴向进、出转轮的反击式水轮机，如图22所示。根据叶片在运行中能否自动转动角度，又分为转桨式、调桨式和定桨式三种。

　　轴流转桨式水轮机是指转轮叶片可与导叶协联调节的轴流式水轮机，又称卡普兰式水轮机。

　　轴流调桨式水轮机是指仅转轮叶片可调节的轴流式水轮机，又称托马式水轮机。

　　轴流定桨式水轮机是指转轮叶片不可调的（或停机可调的）轴流式水轮机。

　　由于轴流定桨式水轮机的转轮叶片固定在轮毂上，其结构简单，但当水头和流量变化时水轮机效率变化也大，特别是在偏离最优工况时效率会急剧下降。轴流定桨式和轴流调桨式适用于负荷及水头变幅较小的水电站，应用水头范围为3～50m。

　　由于轴流转桨式水轮机可调整转轮叶片运行角度，实现导叶与转轮叶片双重调节，因此可扩大高效率区的范围，使水轮机有较好的运行稳定性，但它需要一套结构较复杂的操作机构来转动叶片。它适用于低水头、大流量和负荷变化较大的水电站，应用水头范围为2～88m。单机容量可由几十千瓦至几百兆瓦，如福建水口水电站单机容量为200MW。

　　（3）斜流式水轮机。斜流式水轮机是指轴面水流以倾斜于主轴的方向进、出转轮的反击式水轮机，如图23所示。斜流式水轮机的叶片角度也可根据运行需要进行调整，实现导叶与转轮叶片双重调节。

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