水輪機是把水流的能量轉換為旋轉機械能的動力機械，它屬於流體機械中的透平機械。
基本介紹
- 中文名：中水頭水輪機
- 分類：它屬於流體機械中的透平機械
水輪機,分類,
水輪機
水輪機是把水流的能量轉換為旋轉機械能的動力機械，它屬於流體機械中的透平機械。
分類
水輪機按工作原理可分為衝擊式水輪機和反擊式水輪機兩大類。衝擊式水輪機的轉輪受到水流的衝擊而旋轉，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。
衝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，只用於小型機組。
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於主軸某一角度的方向流進轉輪，或以傾斜於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。
在反擊式水輪機中，水流充滿整個轉輪流道，全部葉片同時受到水流的作用，所以在同樣的水頭下，轉輪直徑小於衝擊式水輪機。它們的最高效率也高於衝擊式水輪機，但當負荷變化時，水輪機的效率受到不同程度的影響。
反擊式水輪機都設有尾水管，其作用是：回收轉輪出口處水流的動能；把水流排向下游；當轉輪的安裝位置高於下游水位時，將此位能轉化為壓力能予以回收。對於低水頭大流量的水輪機，轉輪的出口動能相對較大，尾水管的回收性能對水輪機的效率有顯著影響。
軸流式水輪機適用於較低水頭的電站。在相同水頭下，其比轉數較混流式水輪機為高。軸流定槳式水輪機的葉片固定在轉輪體上，葉片安放角不能在運行中改變，效率曲線較陡，適用於負荷變化小或可以用調整機組運行台數來適應負荷變化的電站。
貫流式水輪機的導葉和轉輪間的水流基本上無變向流動，加上採用直錐形尾水管，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，特別適用於水頭為3～20米的低水頭電站。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。
混流式的轉輪一般用低碳鋼或低合金鋼鑄件，或者採用鑄焊結構。為提高抗汽蝕和抗泥沙磨損性能，可在易氣蝕部位堆焊不鏽鋼，或採用不鏽鋼葉片，有時也可整個轉輪採用不鏽鋼。採用鑄焊結構能降低成本，並使流道尺寸更精確，流道表面更光滑，有利於提高水輪機的效率，還可以分別用不同材料製造葉片、上冠和下環。
斜流式水輪機是瑞士工程師德里亞於1956年發明，故又稱德里亞水輪機。其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。它的最高效率稍低於混流式水輪機，但平均效率大大高於混流式水輪機；與軸流轉槳水輪機相比，抗氣蝕性能較好，飛逸轉速較低，適用於40～120米水頭。
由於斜流式水輪機結構複雜、造價高，一般只在不宜使用混流式或軸流式水輪機，或不夠理想時才採用。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於封閉的圓錐因而能減小電動機的啟動負荷。世界上容量最大的斜流式水輪機裝於蘇聯的潔雅電站，單機功率為215兆瓦，水頭為78.5米。
水泵水輪機主要用於抽水蓄能電站。在電力系統負荷低於基本負荷時，它可用作水泵，利用多餘發電能力，從下游水庫抽水到上游水庫，以位能形式蓄存能量；在系統負荷高於基本負荷時，可用作水輪機，發出電力以調節高峰負荷。因此，純抽水蓄能電站並不能增加電力系統的電量，但可以改善火力發電機組的運行經濟性，提高電力系統的總效率。50年代以來，抽水蓄能機組在世界各國受到普遍重視並獲得迅速發展。
斜流式水泵水輪機轉輪的葉片可以轉動，在水頭和負荷變化時仍有良好的運行性能，但受水力特性和材料強度的限制，到80年代初，它的最高水頭只用到136.2米(日本的高根第一電站)。對於更高的水頭，需要採用混流式水泵水輪機。
抽水蓄能電站設有上、下兩個水庫。在蓄存相同能量的條件下，提高揚程可以縮小庫容、提高機組轉速、降低工程造價。
衝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，只用於小型機組。
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於主軸某一角度的方向流進轉輪，或以傾斜於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。
在反擊式水輪機中，水流充滿整個轉輪流道，全部葉片同時受到水流的作用，所以在同樣的水頭下，轉輪直徑小於衝擊式水輪機。它們的最高效率也高於衝擊式水輪機，但當負荷變化時，水輪機的效率受到不同程度的影響。
反擊式水輪機都設有尾水管，其作用是：回收轉輪出口處水流的動能；把水流排向下游；當轉輪的安裝位置高於下游水位時，將此位能轉化為壓力能予以回收。對於低水頭大流量的水輪機，轉輪的出口動能相對較大，尾水管的回收性能對水輪機的效率有顯著影響。
軸流式水輪機適用於較低水頭的電站。在相同水頭下，其比轉數較混流式水輪機為高。軸流定槳式水輪機的葉片固定在轉輪體上，葉片安放角不能在運行中改變，效率曲線較陡，適用於負荷變化小或可以用調整機組運行台數來適應負荷變化的電站。
貫流式水輪機的導葉和轉輪間的水流基本上無變向流動，加上採用直錐形尾水管，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，特別適用於水頭為3～20米的低水頭電站。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。
混流式的轉輪一般用低碳鋼或低合金鋼鑄件，或者採用鑄焊結構。為提高抗汽蝕和抗泥沙磨損性能，可在易氣蝕部位堆焊不鏽鋼，或採用不鏽鋼葉片，有時也可整個轉輪採用不鏽鋼。採用鑄焊結構能降低成本，並使流道尺寸更精確，流道表面更光滑，有利於提高水輪機的效率，還可以分別用不同材料製造葉片、上冠和下環。
斜流式水輪機是瑞士工程師德里亞於1956年發明，故又稱德里亞水輪機。其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。它的最高效率稍低於混流式水輪機，但平均效率大大高於混流式水輪機；與軸流轉槳水輪機相比，抗氣蝕性能較好，飛逸轉速較低，適用於40～120米水頭。
由於斜流式水輪機結構複雜、造價高，一般只在不宜使用混流式或軸流式水輪機，或不夠理想時才採用。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於封閉的圓錐因而能減小電動機的啟動負荷。世界上容量最大的斜流式水輪機裝於蘇聯的潔雅電站，單機功率為215兆瓦，水頭為78.5米。
水泵水輪機主要用於抽水蓄能電站。在電力系統負荷低於基本負荷時，它可用作水泵，利用多餘發電能力，從下游水庫抽水到上游水庫，以位能形式蓄存能量；在系統負荷高於基本負荷時，可用作水輪機，發出電力以調節高峰負荷。因此，純抽水蓄能電站並不能增加電力系統的電量，但可以改善火力發電機組的運行經濟性，提高電力系統的總效率。50年代以來，抽水蓄能機組在世界各國受到普遍重視並獲得迅速發展。
斜流式水泵水輪機轉輪的葉片可以轉動，在水頭和負荷變化時仍有良好的運行性能，但受水力特性和材料強度的限制，到80年代初，它的最高水頭只用到136.2米(日本的高根第一電站)。對於更高的水頭，需要採用混流式水泵水輪機。
抽水蓄能電站設有上、下兩個水庫。在蓄存相同能量的條件下，提高揚程可以縮小庫容、提高機組轉速、降低工程造價。
