2015年一級(jí)建造師復(fù)習(xí)資料：水輪機(jī)的類型和應(yīng)用范圍

　　水輪機(jī)是將水能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機(jī)械能的水力原動(dòng)機(jī)，是水電站廠房中主要的動(dòng)力設(shè)備之一，用來(lái)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作以獲取電能。由于河流的自然條件和水電站開發(fā)方式不同，水電站的水頭、流量和功率差別很大，因此需要有多種型式和種類的水輪機(jī)與之相適應(yīng)。

　　1．現(xiàn)代水輪機(jī)按水能轉(zhuǎn)換的特征分為兩大類，即反擊式水輪機(jī)和沖擊式水輪機(jī)。

　?。?）反擊式水輪機(jī)。轉(zhuǎn)輪利用水流的壓力能和動(dòng)能做功的水輪機(jī)稱為反擊式水輪機(jī)。其特征是：壓力水流充滿水輪機(jī)的整個(gè)流道，水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪葉片時(shí)受葉片的作用而改變壓力、流速的大小和方向，同時(shí)水流在轉(zhuǎn)輪葉片正反面產(chǎn)生壓力差，對(duì)轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生反作用力，形成旋轉(zhuǎn)力矩使轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，故稱為反擊式。反擊式水輪機(jī)按水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪方向的不同以及適應(yīng)不同水頭與流量的需要，又分為混流式、軸流式、斜流式和貫流式四種型式。

　?。?）沖擊式水輪機(jī)。轉(zhuǎn)輪只利用水流動(dòng)能作功的水輪機(jī)稱為沖擊式水輪機(jī)。其特征是：有壓水流先經(jīng)過(guò)噴嘴形成高速自由射流，將壓能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能并沖擊轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，故稱為沖擊式。在同一時(shí)間內(nèi)水流只沖擊部分轉(zhuǎn)輪，水流是不充滿水輪機(jī)的整個(gè)流道，轉(zhuǎn)輪只是部分進(jìn)水，轉(zhuǎn)輪在大氣壓下工作。為適應(yīng)水流動(dòng)能做功的需要，沖擊式轉(zhuǎn)輪葉片一般呈斗葉狀。沖擊式水輪機(jī)按射流沖擊轉(zhuǎn)輪葉片的方向不同又分為水斗式（切擊式）、斜擊式和雙擊式三種型式。

　　近代水輪機(jī)的主要類型歸納如下：

　　2．水輪機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

　　（1）混流式水輪機(jī)。混流式水輪機(jī)是指軸面水流徑向流人、軸向流出轉(zhuǎn)輪的反擊式水輪機(jī)，又稱法蘭西斯式水輪機(jī)，如圖2-1所示。

　　混流式水輪機(jī)為固定葉片式水輪機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有較高的強(qiáng)度，運(yùn)行可靠，效率高，應(yīng)用水頭范圍廣，一般適用于中高水頭水電站，大、中型混流式水輪機(jī)應(yīng)用水頭范圍為30～450m.可逆式的混流式水輪機(jī)應(yīng)用水頭高達(dá)700m.中、小型混流式水輪機(jī)的應(yīng)用水頭范圍為25～300m.單機(jī)容量可由幾十千瓦至幾百兆瓦，如三峽水電站單機(jī)容量為700MW.

　　（2）軸流式水輪機(jī)。軸流式水輪機(jī)是指軸面水流軸向進(jìn)、出轉(zhuǎn)輪的反擊式水輪機(jī)，如圖2—2所示。根據(jù)葉片在運(yùn)行中能否自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，又分為轉(zhuǎn)槳式、調(diào)槳式和定槳式三種。

　　軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)是指轉(zhuǎn)輪葉片可與導(dǎo)葉協(xié)聯(lián)調(diào)節(jié)的軸流式水輪機(jī)，又稱卡普蘭式水輪機(jī)。

　　軸流調(diào)槳式水輪機(jī)是指僅轉(zhuǎn)輪葉片可調(diào)節(jié)的軸流式水輪機(jī)，又稱托馬式水輪機(jī)。

　　軸流定槳式水輪機(jī)是指轉(zhuǎn)輪葉片不可調(diào)的（或停機(jī)可調(diào)的）軸流式水輪機(jī)。

　　由于軸流定槳式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪葉片固定在輪轂上，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但當(dāng)水頭和流量變化時(shí)水輪機(jī)效率變化也大，特別是在偏離最優(yōu)工況時(shí)效率會(huì)急劇下降。軸流定槳式和軸流調(diào)槳式適用于負(fù)荷及水頭變幅較小的水電站，應(yīng)用水頭范圍為3～50m.

　　由于軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)可調(diào)整轉(zhuǎn)輪葉片運(yùn)行角度，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪葉片雙重調(diào)節(jié)，因此可擴(kuò)大高效率區(qū)的范圍，使水輪機(jī)有較好的運(yùn)行穩(wěn)定性，但它需要一套結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的操作機(jī)構(gòu)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)葉片。它適用于低水頭、大流量和負(fù)荷變化較大的水電站，應(yīng)用水頭范圍為2～88m.單機(jī)容量可由幾十千瓦至幾百兆瓦，如福建水口水電站單機(jī)容量為200MW.

　　（3）斜流式水輪機(jī)。斜流式水輪機(jī)是指軸面水流以傾斜于主軸的方向進(jìn)、出轉(zhuǎn)輪的反擊式水輪機(jī)，如圖2—3所示。斜流式水輪機(jī)的葉片角度也可根據(jù)運(yùn)行需要進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪葉片雙重調(diào)節(jié)。

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