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水轮发电机组概述 水电站与水轮机 水轮机的工作参数 水轮机的型号 水轮机的主要类型及适用水头 水轮机的装置型式 水轮机发展综述 1. 水电站与水轮机 水轮机是一种将河流中蕴藏的水能转换成旋转机械能的原动机。水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机将旋转机械能转化成电能，水轮机与发电机连接成的整体称为水轮发电机组，它是水电站的主要设备之一。 水电站是借助水工建筑物和机电设备将水能转换为电能的企业。为了利用水流发电，就要将天然落差集中起来，并对天然的流量加以控制和调节（如建造水库），形成发电所需要的水头和流量。 水电站的分类 坝后式水电站 水电站的分类 引水式水电站 水电站的分类 混合式水电站 2. 水轮机的主要类型及适用水头 水轮机是将水能转换成旋转机械能的一种水力原动机。 水轮机分成两大类： 反击式水轮机 包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机。 冲击式水轮机 分为水斗式、斜击式和双击式水轮机。 反击式水轮机 混流式水轮机 水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。 应用水头范围较广，约为20~700m ，结构简单、运行稳定且效率高，是应用最广泛的一种水轮机。 1—主轴；2—叶片；3—导叶 反击式水轮机 轴流式水轮机 水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而在转轮区内水流保持轴向流动。 应用水头约为3~80m，在中低水头、大流量水电站中得到了广泛应用。 1—导叶；2—叶片；3—轮毂 反击式水轮机 斜流式水轮机 水流在转轮区内沿着与主轴成某一角度的方向流动，其转轮叶片大多做成可转的形式。 适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40~200m。 1—蜗壳；2—导叶；3—转轮叶片；4—尾水管 反击式水轮机 贯流式水轮机 是一种流道近似为直筒状的卧轴式水轮机，它不设饮水蜗壳，叶片可做成固定的和可转动的两种。 贯流式水轮机的适用水头为1~25m，适用于低水头、大流量的水电站。 根据其发电装置形式的不同，分为全贯流式和半贯流式两类。 全贯流式水轮机的发电机转子直接安装在转轮叶片的外缘，它的优点是流道平直、过流量大、效率高。但由于转轮叶片外缘的线速度大、周线长，因而旋转密封困难，目前已很少使用。 全贯流式水轮机 1—转轮叶片；2—转轮轮缘；3—发电机转子轮辋；4—发电机定子；5、6—支柱；7—轴颈； 8—轮毂；9—锥形插入物；10—拉紧杆； 11—导叶；12—推力轴承；13—导轴承 半贯流式水轮机 半贯流式水轮机有轴伸式、竖井式和灯泡式等装置形式 。 轴伸式和竖井式结构简单、维护方便，但效率较低，一般只用于小型水电站。 目前广泛使用的是灯泡贯流式水轮机，其结构紧凑、稳定性好、效率较高 。 轴伸贯流式水轮机 1—转轮；2—水轮机主轴；3—尾水管；4—齿轮转动机构；5—发电机 竖井贯流式水轮机 灯泡贯流式水轮机 冲击式水轮机 水斗式水轮机 亦称切击式水轮机，从喷嘴出来的高速自由射流沿转轮周围切线方向垂直冲击轮叶。 适用于高水头、小流量的水电站，特别是当水头超过400m时，常采用水斗式水轮机。 大型水斗式水轮机的应用水头约300~1700m，小型水斗式水轮机的应用水头约为40~250m。 水斗式水轮机 1—转轮叶片；2—导叶；3—发电机定子；4—发电机转子；5—灯泡体 冲击式水轮机 斜击式水轮机 从转轮的一侧进入轮叶再从另一侧流出轮叶。 多用于中小型水电站，适用水头为20~300m。 （a）转轮；（b）斜击式转轮进水示意图 1—管帽；2—针阀；3—轮叶 冲击式水轮机 双击式水轮机 从喷嘴出来的射流先后两次冲击在转轮叶片上。 适用于单机出力不超过1000KW的小型水电站，其适用水头一般为5~100m。 1—工作轮；2—喷嘴；3—调节闸板； 4—舵轮；5—引水管； 6—尾水槽 3. 水轮机的工作参数 水轮机的工作参数是表征水流通过水轮机时水流能量转换为转轮机械能过程中的一些特性的数据。 基本工作参数主要有水头H、流量Q、出力P、效率η、转速n。 水头H 亦称工作水头，是指水轮机进口和出口截面处单位重量的水流能量差，单位为m。 H EⅠ－EⅡ （ZⅠ+PⅠ/γ+αⅠV 2Ⅰ/2g）－（ZⅡ+PⅡ/γ+αⅡV2Ⅱ/2g） E—单位重量水体的能量，m； Z—相对某一基准的位置高度，m； P—相对压力，N/m2或Pa； V—断面平均流速，m/s； α—断面动能不均匀系数； γ—水的比重，其值为9810N/m3; g—重力加速度，9.81m/s2。 水电站和水轮机的水头示意图 流量Q 是单位时间内通过水轮机某一特定