水輪機分類

水輪機分類

水輪機按工作原理可分為沖擊式水輪機和反擊式水輪機兩大類。沖擊式水輪機的轉輪受到水流的沖擊而旋轉，工作過程中水流的壓力不變，主要是動能的轉換；反擊式水輪機的轉輪在水中受到水流的反作用力而旋轉，工作過程中水流的壓力能和動能均有改變，但主要是壓力能的轉換。

水輪機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、水斗式等機組。臥式機組因機組支撐面積較大故不致產生較大的集中負荷，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
沖擊式水輪機按水流的流向可分為切擊式(又稱水斗式)和斜擊式兩類。斜擊式水輪機的結構與水斗式水輪機基本相同，只是射流方向有一個傾角，只用于小型機組。

理論分析證明，當水斗節圓處的圓周速度約為射流速度的一半時，效率最高。這種水輪機在負荷發生變化時，轉輪的進水速度方向不變，加之這類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，效率曲線比較平緩，最高效率超過91%

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反擊式水輪機
反擊式水輪機可分為混流式、軸流式、斜流式和貫流式。在混流式水輪機中，水流徑向進入導水機構，軸向流出轉輪；在軸流式水輪機中，水流徑向進入導葉，軸向進入和流出轉輪；在斜流式水輪機中，水流徑向進入導葉而以傾斜于主軸某一角度的方向流進轉輪，或以傾斜于主軸的方向流進導葉和轉輪；在貫流式水輪機中，水流沿軸向流進導葉和轉輪。軸流式、貫流式和斜流式水輪機按其結構還可分為定槳式和轉槳式。定槳式的轉輪葉片是固定的；轉槳式的轉輪葉片可以在運行中繞葉片軸轉動，以適應水頭和負荷的變化。

常見機型介紹
1
軸流式水輪機（ZZ/ZD）
適用于較低水頭的電站。在相同水頭下，其比轉數較混流式水輪機高。

軸流定槳式水輪機的葉片固定在轉輪體上。一般安裝高度在3-50m。，葉片安放角不能在運行中改變，結構簡單，效率較低，適用于負荷變化小或可以用調整機組運行臺數來適應負荷變化的電站。

 

2
貫流式水輪機（GZ/GD）
貫流式水輪機的導葉和轉輪間的水流基本上無變向流動，加上采用直錐形尾水管，排流不必在尾水管中轉彎，所以效率高，過流能力大，比轉數高，特別適用于水頭為3～20米的低水頭小型河床電站。

這種水輪機裝在潮汐電站內還可以實現雙向發電。這種水輪機有多種結構，使用最多的是燈泡式水輪機。

燈泡式機組的發電機裝在水密的燈泡體內。其轉輪既可以設計成定槳式，也可以設計成轉槳式。其中又可以細分為貫流式和半貫流式。

 

3
混流式水輪機（HL）
混流式水輪機與軸流轉槳式相比，其結構較簡單，運行穩定，最高效率也比軸流式的高，但在水頭和負荷變化大時，平均效率比軸流轉槳式的低，這類水輪機的最高效率有的已超過95%。混流式水輪機適用的水頭范圍很寬，為5～700米，但采用最多的是40～300米。

混流式的轉輪一般用低碳鋼或低合金鋼鑄件，或者采用鑄焊結構。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，有時也可整個轉輪采用不銹鋼。采用鑄焊結構能降低成本，并使流道尺寸更精確，流道表面更光滑，有利于提高水輪機的效率，還可以分別用不同材料制造葉片、上冠和下環。

 

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

由于斜流式水輪機結構復雜、造價高，一般只在不宜使用混流式或軸流式水輪機，或不夠理想時才采用。這種水輪機還可用作可逆式水泵水輪機。當它在水泵工況啟動時，轉輪葉片可關閉成近于封閉的圓錐因而能減小電動機的啟動負荷。

 

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水輪機發電原理

水輪發電機通常會利用不同形式的水輪機與不同形式的發電機組成水輪發電機組，而水輪發電機的發電原理是透過水輪機內的動輪連結軸承到發電機的轉子上，再利用水自高處向低處水輪機沖下的位能轉換成動能來帶動動輪與發電機軸承上的轉子旋轉，轉子上的線圈在磁鐵的兩極間轉動。當線圈轉動時，轉子上的線圈與定子上的磁鐵發生磁場改變，以切線互相做功，因此產生感應電流，是運用“電磁感應”原理將動力所作的功利用切線方向的磁場轉換成電能的電力生產裝置。

主要工作參數

1.水頭H（米）

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

2.流量

　　單位時間內流經水輪機的水量（體積）稱為水輪機的流量，用Q表示。通常用米3/秒為單位。

3.出力

　　單位時間內流經水輪機的水流所具有的能量，稱為通過水輪機的“水流的出力”，用Np^0表示。Np^0=9.81QH（千瓦）。

4.效率

　　水輪機的出力N通過水輪機水流的出力Np^0之比，稱為水輪機的效率，用η表示。顯然效率是表面水輪機對水流能量的有效利用程度，是一個無量綱的物理量，用百分數（%）表示。

5.轉速

　　水輪機主軸在單位時間內的旋轉次數，稱為水輪機的轉速，用n表示，通常采用“轉/分”作單位。