水輪機(jī)分類

水輪機(jī)分類

水輪機(jī)按工作原理可分為沖擊式水輪機(jī)和反擊式水輪機(jī)兩大類。沖擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪受到水流的沖擊而旋轉(zhuǎn)，工作過(guò)程中水流的壓力不變，主要是動(dòng)能的轉(zhuǎn)換；反擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪在水中受到水流的反作用力而旋轉(zhuǎn)，工作過(guò)程中水流的壓力能和動(dòng)能均有改變，但主要是壓力能的轉(zhuǎn)換。

水輪機(jī)按其裝載方式可分為立軸、臥軸和斜軸三大類。主軸豎著裝程立軸裝載，臥則臥，斜即斜。其中立軸和臥軸較為常用。立軸裝置有混流式、軸流式、斜流式等。其安裝、拆卸方便。但其負(fù)荷比較集中，水下部分深度增加，因而土建投資較大；臥軸裝置有貫流式、水斗式等機(jī)組。臥式機(jī)組因機(jī)組支撐面積較大故不致產(chǎn)生較大的集中負(fù)荷，廠房較低。但其軸和軸受力情況不好。

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沖擊式水輪機(jī)
沖擊式水輪機(jī)按水流的流向可分為切擊式(又稱水斗式)和斜擊式兩類。斜擊式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)與水斗式水輪機(jī)基本相同，只是射流方向有一個(gè)傾角，只用于小型機(jī)組。

理論分析證明，當(dāng)水斗節(jié)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(jī)在負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)輪的進(jìn)水速度方向不變，加之這類水輪機(jī)都用于高水頭電站，水頭變化相對(duì)較小，速度變化不大，因而效率受負(fù)荷變化的影響較小，效率曲線比較平緩，最高效率超過(guò)91%

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反擊式水輪機(jī)
反擊式水輪機(jī)可分為混流式、軸流式、斜流式和貫流式。在混流式水輪機(jī)中，水流徑向進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，軸向流出轉(zhuǎn)輪；在軸流式水輪機(jī)中，水流徑向進(jìn)入導(dǎo)葉，軸向進(jìn)入和流出轉(zhuǎn)輪；在斜流式水輪機(jī)中，水流徑向進(jìn)入導(dǎo)葉而以傾斜于主軸某一角度的方向流進(jìn)轉(zhuǎn)輪，或以傾斜于主軸的方向流進(jìn)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪；在貫流式水輪機(jī)中，水流沿軸向流進(jìn)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪。軸流式、貫流式和斜流式水輪機(jī)按其結(jié)構(gòu)還可分為定槳式和轉(zhuǎn)槳式。定槳式的轉(zhuǎn)輪葉片是固定的；轉(zhuǎn)槳式的轉(zhuǎn)輪葉片可以在運(yùn)行中繞葉片軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以適應(yīng)水頭和負(fù)荷的變化。

常見機(jī)型介紹
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軸流式水輪機(jī)（ZZ/ZD）
適用于較低水頭的電站。在相同水頭下，其比轉(zhuǎn)數(shù)較混流式水輪機(jī)高。

軸流定槳式水輪機(jī)的葉片固定在轉(zhuǎn)輪體上。一般安裝高度在3-50m。，葉片安放角不能在運(yùn)行中改變，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率較低，適用于負(fù)荷變化小或可以用調(diào)整機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)來(lái)適應(yīng)負(fù)荷變化的電站。

 

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貫流式水輪機(jī)（GZ/GD）
貫流式水輪機(jī)的導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪間的水流基本上無(wú)變向流動(dòng)，加上采用直錐形尾水管，排流不必在尾水管中轉(zhuǎn)彎，所以效率高，過(guò)流能力大，比轉(zhuǎn)數(shù)高，特別適用于水頭為3～20米的低水頭小型河床電站。

這種水輪機(jī)裝在潮汐電站內(nèi)還可以實(shí)現(xiàn)雙向發(fā)電。這種水輪機(jī)有多種結(jié)構(gòu)，使用最多的是燈泡式水輪機(jī)。

燈泡式機(jī)組的發(fā)電機(jī)裝在水密的燈泡體內(nèi)。其轉(zhuǎn)輪既可以設(shè)計(jì)成定槳式，也可以設(shè)計(jì)成轉(zhuǎn)槳式。其中又可以細(xì)分為貫流式和半貫流式。

 

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混流式水輪機(jī)（HL）
混流式水輪機(jī)與軸流轉(zhuǎn)槳式相比，其結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，最高效率也比軸流式的高，但在水頭和負(fù)荷變化大時(shí)，平均效率比軸流轉(zhuǎn)槳式的低，這類水輪機(jī)的最高效率有的已超過(guò)95%。混流式水輪機(jī)適用的水頭范圍很寬，為5～700米，但采用最多的是40～300米。

混流式的轉(zhuǎn)輪一般用低碳鋼或低合金鋼鑄件，或者采用鑄焊結(jié)構(gòu)。為提高抗汽蝕和抗泥沙磨損性能，可在易氣蝕部位堆焊不銹鋼，或采用不銹鋼葉片，有時(shí)也可整個(gè)轉(zhuǎn)輪采用不銹鋼。采用鑄焊結(jié)構(gòu)能降低成本，并使流道尺寸更精確，流道表面更光滑，有利于提高水輪機(jī)的效率，還可以分別用不同材料制造葉片、上冠和下環(huán)。

 

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斜流式水輪機(jī)（XL）
斜流式水輪機(jī)葉片傾斜的裝在轉(zhuǎn)輪體上，隨著水頭和負(fù)荷的變化，轉(zhuǎn)輪體內(nèi)的油壓接力器操作葉片繞其軸線相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)。它的最高效率稍低于混流式水輪機(jī)，但平均效率大大高于混流式水輪機(jī)；與軸流轉(zhuǎn)槳水輪機(jī)相比，抗氣蝕性能較好，飛逸轉(zhuǎn)速較低，適用于40～120米水頭。

由于斜流式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高，一般只在不宜使用混流式或軸流式水輪機(jī)，或不夠理想時(shí)才采用。這種水輪機(jī)還可用作可逆式水泵水輪機(jī)。當(dāng)它在水泵工況啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)輪葉片可關(guān)閉成近于封閉的圓錐因而能減小電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)負(fù)荷。

 

藍(lán)色向右箭頭分割線

水輪機(jī)發(fā)電原理

水輪發(fā)電機(jī)通常會(huì)利用不同形式的水輪機(jī)與不同形式的發(fā)電機(jī)組成水輪發(fā)電機(jī)組，而水輪發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理是透過(guò)水輪機(jī)內(nèi)的動(dòng)輪連結(jié)軸承到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，再利用水自高處向低處水輪機(jī)沖下的位能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能來(lái)帶動(dòng)動(dòng)輪與發(fā)電機(jī)軸承上的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子上的線圈在磁鐵的兩極間轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子上的線圈與定子上的磁鐵發(fā)生磁場(chǎng)改變，以切線互相做功，因此產(chǎn)生感應(yīng)電流，是運(yùn)用“電磁感應(yīng)”原理將動(dòng)力所作的功利用切線方向的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換成電能的電力生產(chǎn)裝置。

主要工作參數(shù)

1.水頭H（米）

　　連續(xù)水流兩斷面間單位能量的差值稱為水頭。水頭是水輪機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)，它的大小直接影響著水輪機(jī)出力的大小和水輪機(jī)型式的選擇。

2.流量

　　單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)水輪機(jī)的水量（體積）稱為水輪機(jī)的流量，用Q表示。通常用米3/秒為單位。

3.出力

　　單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)水輪機(jī)的水流所具有的能量，稱為通過(guò)水輪機(jī)的“水流的出力”，用Np^0表示。Np^0=9.81QH（千瓦）。

4.效率

　　水輪機(jī)的出力N通過(guò)水輪機(jī)水流的出力Np^0之比，稱為水輪機(jī)的效率，用η表示。顯然效率是表面水輪機(jī)對(duì)水流能量的有效利用程度，是一個(gè)無(wú)量綱的物理量，用百分?jǐn)?shù)（%）表示。

5.轉(zhuǎn)速

　　水輪機(jī)主軸在單位時(shí)間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，稱為水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，用n表示，通常采用“轉(zhuǎn)/分”作單位。