水轮机分类

水轮机分类

水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。

水轮机按其装载方式可分为立轴、卧轴和斜轴三大类。主轴竖着装程立轴装载，卧则卧，斜即斜。其中立轴和卧轴较为常用。立轴装置有混流式、轴流式、斜流式等。其安装、拆卸方便。但其负荷比较集中，水下部分深度增加，因而土建投资较大；卧轴装置有贯流式、水斗式等机组。卧式机组因机组支撑面积较大故不致产生较大的集中负荷，厂房较低。但其轴和轴受力情况不好。

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冲击式水轮机
冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类。斜击式水轮机的结构与水斗式水轮机基本相同，只是射流方向有一个倾角，只用于小型机组。

理论分析证明，当水斗节圆处的圆周速度约为射流速度的一半时，效率最高。这种水轮机在负荷发生变化时，转轮的进水速度方向不变，加之这类水轮机都用于高水头电站，水头变化相对较小，速度变化不大，因而效率受负荷变化的影响较小，效率曲线比较平缓，最高效率超过91%

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反击式水轮机
反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。在混流式水轮机中，水流径向进入导水机构，轴向流出转轮；在轴流式水轮机中，水流径向进入导叶，轴向进入和流出转轮；在斜流式水轮机中，水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮，或以倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮；在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。轴流式、贯流式和斜流式水轮机按其结构还可分为定桨式和转桨式。定桨式的转轮叶片是固定的；转桨式的转轮叶片可以在运行中绕叶片轴转动，以适应水头和负荷的变化。

常见机型介绍
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轴流式水轮机（ZZ/ZD）
适用于较低水头的电站。在相同水头下，其比转数较混流式水轮机高。

轴流定桨式水轮机的叶片固定在转轮体上。一般安装高度在3-50m。，叶片安放角不能在运行中改变，结构简单，效率较低，适用于负荷变化小或可以用调整机组运行台数来适应负荷变化的电站。

 

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贯流式水轮机（GZ/GD）
贯流式水轮机的导叶和转轮间的水流基本上无变向流动，加上采用直锥形尾水管，排流不必在尾水管中转弯，所以效率高，过流能力大，比转数高，特别适用于水头为3～20米的低水头小型河床电站。

这种水轮机装在潮汐电站内还可以实现双向发电。这种水轮机有多种结构，使用最多的是灯泡式水轮机。

灯泡式机组的发电机装在水密的灯泡体内。其转轮既可以设计成定桨式，也可以设计成转桨式。其中又可以细分为贯流式和半贯流式。

 

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混流式水轮机（HL）
混流式水轮机与轴流转桨式相比，其结构较简单，运行稳定，最高效率也比轴流式的高，但在水头和负荷变化大时，平均效率比轴流转桨式的低，这类水轮机的最高效率有的已超过95%。混流式水轮机适用的水头范围很宽，为5～700米，但采用最多的是40～300米。

混流式的转轮一般用低碳钢或低合金钢铸件，或者采用铸焊结构。为提高抗汽蚀和抗泥沙磨损性能，可在易气蚀部位堆焊不锈钢，或采用不锈钢叶片，有时也可整个转轮采用不锈钢。采用铸焊结构能降低成本，并使流道尺寸更精确，流道表面更光滑，有利于提高水轮机的效率，还可以分别用不同材料制造叶片、上冠和下环。

 

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斜流式水轮机（XL）
斜流式水轮机叶片倾斜的装在转轮体上，随着水头和负荷的变化，转轮体内的油压接力器操作叶片绕其轴线相应转动。它的最高效率稍低于混流式水轮机，但平均效率大大高于混流式水轮机；与轴流转桨水轮机相比，抗气蚀性能较好，飞逸转速较低，适用于40～120米水头。

由于斜流式水轮机结构复杂、造价高，一般只在不宜使用混流式或轴流式水轮机，或不够理想时才采用。这种水轮机还可用作可逆式水泵水轮机。当它在水泵工况启动时，转轮叶片可关闭成近于封闭的圆锥因而能减小电动机的启动负荷。

 

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水轮机发电原理

水轮发电机通常会利用不同形式的水轮机与不同形式的发电机组成水轮发电机组，而水轮发电机的发电原理是透过水轮机内的动轮连结轴承到发电机的转子上，再利用水自高处向低处水轮机冲下的位能转换成动能来带动动轮与发电机轴承上的转子旋转，转子上的线圈在磁铁的两极间转动。当线圈转动时，转子上的线圈与定子上的磁铁发生磁场改变，以切线互相做功，因此产生感应电流，是运用“电磁感应”原理将动力所作的功利用切线方向的磁场转换成电能的电力生产装置。

主要工作参数

1.水头H（米）

　　连续水流两断面间单位能量的差值称为水头。水头是水轮机的一个重要参数，它的大小直接影响着水轮机出力的大小和水轮机型式的选择。

2.流量

　　单位时间内流经水轮机的水量（体积）称为水轮机的流量，用Q表示。通常用米³/秒为单位。

3.出力

　　单位时间内流经水轮机的水流所具有的能量，称为通过水轮机的“水流的出力”，用Np^0表示。Np^0=9.81QH（千瓦）。

4.效率

　　水轮机的出力N通过水轮机水流的出力Np^0之比，称为水轮机的效率，用η表示。显然效率是表面水轮机对水流能量的有效利用程度，是一个无量纲的物理量，用百分数（%）表示。

5.转速

　　水轮机主轴在单位时间内的旋转次数，称为水轮机的转速，用n表示，通常采用“转/分”作单位。