水輪機的主要類型有哪些？分別適用多高水頭？

2018-11-28 14:13:14 E小水電　點擊量：評論 (0)

水輪機是將水能轉換成旋轉機械能的一種水力原動機。根據轉輪轉換水流能量方式的不同，水輪機分成兩大類：反擊式水輪機和沖擊式水輪機。反擊式水輪機包括混流式、軸流式、斜流式和貫流式水輪機;沖擊式水輪機分為水斗式、斜擊式和雙擊式水輪機。

一、反擊式水輪機

反擊式水輪機轉輪區內的水流在通過轉輪葉片流道時，始終是連續充滿整個轉輪的有壓流動，并在轉輪空間曲面型葉片的約束下，連續不斷地改變流速的大小和方向，從而對轉輪葉片產生一個反作用力，驅動轉輪旋轉。當水流通過水輪機后，其動能和勢能大部分被轉換成轉輪的旋轉機械能。

01、混流式水輪機

如圖所示，水流從四周沿徑向進入轉輪，然后近似以軸向流出轉輪。混流式水輪機應用水頭范圍較廣，約為20～700m，結構簡單，運行穩定且效率高，是現代應用最廣泛的一種水輪機。

混流式水輪機

1—主軸;2—葉片;3—導葉

02、軸流式水輪機

如圖所示，水流在導葉與轉輪之間由徑向流動轉變為軸向流動，而在轉輪區內水流保持軸向流動，軸流式水輪機的應用水頭約為3～80m。軸流式水輪機在中低水頭、大流量水電站中得到了廣泛應用。根據其轉輪葉片在運行中能否轉動，又可分為軸流定槳式和軸流轉槳式水輪機兩種。軸流定槳式水輪機的轉輪葉片是固定不動的，因而結構簡單、造價較低，但它在偏離設計工況運行時效率會急劇下降，因此，這種水輪機一般用于水頭較低、出力較小以及水頭變化幅度較小的水電站。軸流轉槳式水輪機的轉輪葉片可以根據運行工況的改變而轉動，從而擴大了高效率區的范圍，提高了運行的穩定性。但是，這種水輪機需要有一個操作葉片轉動的機構，因而結構較復雜，造價較高，一般用于水頭、出力均有較大變化幅度的大中型水電站。

軸流式水輪機

1—導葉;2—葉片;3—輪轂

03、斜流式水輪機

如圖所示，水流在轉輪區內沿著與主軸成某一角度的方向流動。斜流式水輪機的轉輪葉片大多做成可轉動的形式，具有較寬的高效率區，適用水頭在軸流式與混流式水輪機之間，約為40～200m。它是在50年代初為了提高軸流式水輪機適用水頭而在軸流轉槳式水輪機基礎上改進提出的新機型，其結構形式及性能特征與軸流轉槳式水輪機類似，但由于其傾斜槳葉操作機構的結構特別復雜，加工工藝要求和造價均較高，所以一般只在大中型水電站中使用，目前這種水輪機應用還不普遍。

斜流式水輪機

1—蝸殼;2—導葉;3—轉輪葉片;4—尾水管

04、貫流式水輪機

貫流式水輪機是一種流道近似為直筒狀的臥軸式水輪機，它不設引水蝸殼，葉片可做成固定的和可轉動的兩種。根據其發電機裝置形式的不同，分為全貫流式和半貫流式兩類。

全貫流式水輪機的發電機轉子直接安裝在轉輪葉片的外緣。它的優點是流道平直、過流量大、效率高。但由于轉輪葉片外緣的線速度大、周線長，因而旋轉密封困難。目前這種機型已很少使用。

半貫流式水輪機有軸伸式、豎井式和燈泡式等裝置形式，如圖所示，其中軸伸式和豎井式結構簡單、維護方便，但效率較低，一般只用于小型水電站。目前廣泛使用的是燈泡貫流式水輪機，其結構緊湊、穩定性好、效率較高，其發電機布置在被水繞流的鋼制燈泡體內，水輪機與發電機可直接聯接，也可通過增速裝置聯接。

全貫流式水輪機

1—轉輪葉片;2—轉輪輪緣;3—發電機轉子輪輞;4—發電機定子;5、6—支柱;7—軸頸;8—輪轂;9—錐形插入物;10—拉緊桿;11—導葉;12—推力軸承;13—導軸承

軸伸貫流式水輪機

1—轉輪;2—水輪機主軸;3—尾水管;4—齒輪轉動機構;5—發電機

豎井貫流式水輪機

燈泡貫流式水輪機

1—轉輪葉片;2—導葉;3—發電機定子;4—發電機轉子;5—燈泡體

貫流式水輪機的適用水頭為1～25m，適用于低水頭、大流量的水電站。由于其臥軸式布置及流道形式簡單，所以土建工程量少，施工簡便，因而在開發平原地區河道和沿海地區潮汐等水力資源中得到較為廣泛的應用。目前我國自行研制的最大的燈泡貫流式水輪機轉輪直徑為5.5m，單機出力為15MW。

二、沖擊式水輪機

沖擊式水輪機的轉輪始終處于大氣中，來自壓力鋼管的高壓水流在進入水輪機之前已轉變成高速自由射流，該射流沖擊轉輪的部分輪葉，并在輪葉的約束下發生流速大小和方向的改變，從而將其動能大部分傳遞給輪葉，驅動轉輪旋轉。在射流沖擊輪葉的整個過程中，射流內的壓力基本不變，近似為大氣壓。

沖擊式水輪機按射流沖擊轉輪的方式不同可分為水斗式、斜擊式和雙擊式三種。

01、水斗式水輪機

水斗式水輪機，亦稱切擊式水輪機，如圖所示。從噴嘴出來的高速自由射流沿轉輪圓周切線方向垂直沖擊輪葉。這種水輪機適用于高水頭、小流量的水電站，特別是當水頭超過400m時，由于結構強度和氣蝕等條件的限制，混流式水輪機已不太適用，則常采用水斗式水輪機。大型水斗式水輪機的應用水頭約為300～1700m，小型水斗式水輪機的應用水頭約為40～250m。目前水斗式水輪機的最高水頭已用到1767m(奧地利萊塞克電站)，我國天湖水電站的水斗式水輪機設計水頭為1022.4m。