業內資訊水電站水輪機的主要類型
2020-10-17 01:43:12 來源：宜賓富源 點擊：0
水(shui)輪機(ji)(ji)，英文名稱(cheng)為turbine, water turbine或 hydraulic turbine，是(shi)一種將水(shui)能(neng)(water energy)轉換成旋轉機(ji)(ji)械能(neng)(rotational mechanical energy)的機(ji)(ji)械裝置。水(shui)輪機(ji)(ji)通(tong)(tong)過(guo)主軸(main shaft/turbine shaft)帶動發電機(ji)(ji)(generator)將旋轉機(ji)(ji)械能(neng)轉換成電能(neng)(electricalenergy)。水(shui)輪機(ji)(ji)與發電機(ji)(ji)通(tong)(tong)過(guo)主軸聯接而(er)成的整(zheng)體稱(cheng)為水(shui)輪發電機(ji)(ji)組(turbine-generator unit)，簡稱(cheng)機(ji)(ji)組（unit）,是(shi)水(shui)電站主要設(she)備之一,1。水(shui)(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)(lun)(lun)機(ji)(ji)種類很多，目前按(an)水(shui)(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)(lun)(lun)機(ji)(ji)對水(shui)(shui)(shui)(shui)流能量的(de)轉(zhuan)換特(te)征(zheng)(zheng)的(de)不同(tong)而分為兩大類，即反擊式水(shui)(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)(lun)(lun)機(ji)(ji)（reaction turbine）和沖擊式水(shui)(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)(lun)(lun)機(ji)(ji)（impulse turbine）。每種水(shui)(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)(lun)(lun)機(ji)(ji)根據(ju)轉(zhuan)輪(lun)(lun)(lun)(lun)區(qu)內水(shui)(shui)(shui)(shui)流流動特(te)征(zheng)(zheng)和轉(zhuan)輪(lun)(lun)(lun)(lun)（runner）結(jie)構(gou)特(te)征(zheng)(zheng)的(de)不同(tong)又(you)進一步細分。
（圖中箭頭代表水流方向，上半部分為發電機，下半部分為水輪機）
1. 反擊式水輪機
反擊式水(shui)(shui)輪(lun)機轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)區內的水(shui)(shui)流(liu)在通(tong)過轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)葉片（runner blade）流(liu)道(dao)時，始終是連續(xu)的充滿(man)整個轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)的有(you)壓流(liu)動(dong)，并在轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)空(kong)間曲面(mian)型葉片的約束(shu)下，連續(xu)不斷地改變流(liu)速的大小和方向(xiang)，從而對(dui)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)產生(sheng)一個反作(zuo)用(yong)力，驅動(dong)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)。當水(shui)(shui)流(liu)通(tong)過轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)后，其動(dong)能(neng)(neng)（kinetic energy）和勢能(neng)(neng)（potential energy）（包括位(wei)能(neng)(neng)和壓能(neng)(neng)）均(jun)大部分被(bei)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)換成轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)的旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)機械能(neng)(neng)。
反擊式水(shui)輪(lun)機(ji)(ji)按轉(zhuan)輪(lun)區(qu)內水(shui)流(liu)相(xiang)對于(yu)主(zhu)軸(zhou)流(liu)動方向的(de)不同，分(fen)為混流(liu)式水(shui)輪(lun)機(ji)(ji)（mixed flow turbine）、軸(zhou)流(liu)式水(shui)輪(lun)機(ji)(ji)（axial flow turbine）、斜流(liu)式水(shui)輪(lun)機(ji)(ji)（diagonal flow turbine）和貫流(liu)式水(shui)輪(lun)機(ji)(ji)（tubular turbine）四種。根(gen)據轉(zhuan)輪(lun)葉片是否(fou)可以轉(zhuan)動，又將軸(zhou)流(liu)式、斜流(liu)式和貫流(liu)式分(fen)為定槳式水(shui)輪(lun)機(ji)(ji)（fixed blade turbine）和轉(zhuan)漿式水(shui)輪(lun)機(ji)(ji)（adjustable blade turbine）。
1.1 混流(liu)式水輪(lun)機(ji)
水(shui)流沿徑向流入轉輪(lun)(lun)，然后以軸(zhou)向流出轉輪(lun)(lun)。混流式水(shui)輪(lun)(lun)機(ji)又稱為(wei)弗(fu)朗(lang)西(xi)斯水(shui)輪(lun)(lun)機(ji)，因為(wei)其由美國工(gong)程(cheng)師（Francis）于(yu)1849年發明，應用水(shui)頭范圍廣(guang)(guang)、結(jie)構簡單、運行穩定且(qie)效(xiao)率高(gao)，是目前應用最廣(guang)(guang)泛的(de)一種水(shui)輪(lun)(lun)機(ji)。
混流(liu)式水輪(lun)機三維(wei)結構動畫(hua)演示
1.2 軸(zhou)流式水輪(lun)機
水(shui)(shui)流(liu)(liu)在導葉(xie)(xie)與轉輪(lun)之間由徑向(xiang)流(liu)(liu)動(dong)(dong)轉變為軸向(xiang)流(liu)(liu)動(dong)(dong)，而在轉輪(lun)區(qu)內保持軸向(xiang)流(liu)(liu)動(dong)(dong)。根據轉輪(lun)葉(xie)(xie)片(pian)在運(yun)(yun)行中能否(fou)轉動(dong)(dong)，分為軸流(liu)(liu)定槳式和(he)軸流(liu)(liu)轉槳式兩種。軸流(liu)(liu)定槳式水(shui)(shui)輪(lun)機的(de)(de)轉輪(lun)葉(xie)(xie)片(pian)是固(gu)定不(bu)變的(de)(de)，因而結(jie)構簡單、造價(jia)較(jiao)(jiao)(jiao)低(di)，但在偏(pian)離設計(ji)工(gong)況時(shi)效(xiao)率會急劇下降，因此(ci)(ci)主要適(shi)用于(yu)水(shui)(shui)頭(tou)（head）較(jiao)(jiao)(jiao)低(di)、出力(output)較(jiao)(jiao)(jiao)小以及水(shui)(shui)頭(tou)變化幅度較(jiao)(jiao)(jiao)小的(de)(de)水(shui)(shui)電站。軸流(liu)(liu)轉槳式是由奧地利工(gong)程師卡普蘭（Kaplan）于(yu)1920年(nian)發明(ming)，故(gu)又稱為卡普蘭水(shui)(shui)輪(lun)機（Kaplan turbine），其葉(xie)(xie)片(pian)（blade）可根據運(yun)(yun)行工(gong)況的(de)(de)改變而轉動(dong)(dong)，從而擴大(da)了高效(xiao)率區(qu)的(de)(de)范圍，提高了運(yun)(yun)行穩(wen)定性(xing)。但是，這種水(shui)(shui)輪(lun)機需(xu)要有一(yi)個(ge)操(cao)作葉(xie)(xie)片(pian)轉動(dong)(dong)的(de)(de)機構，因此(ci)(ci)其結(jie)構較(jiao)(jiao)(jiao)復雜，造價(jia)較(jiao)(jiao)(jiao)高，一(yi)般應用于(yu)水(shui)(shui)頭(tou)、出力均(jun)有較(jiao)(jiao)(jiao)大(da)變化幅度的(de)(de)大(da)中型水(shui)(shui)電站。
1.3 斜流式(shi)水輪機(ji)
水(shui)流(liu)(liu)在(zai)(zai)轉輪(lun)(lun)區(qu)內(nei)沿著與主軸(zhou)成(cheng)某(mou)一角度的(de)(de)方向流(liu)(liu)動(dong)。斜流(liu)(liu)式水(shui)輪(lun)(lun)機是為(wei)了(le)提(ti)高(gao)(gao)軸(zhou)流(liu)(liu)式水(shui)輪(lun)(lun)機的(de)(de)適(shi)用(yong)水(shui)頭而在(zai)(zai)軸(zhou)流(liu)(liu)轉槳(jiang)(jiang)式水(shui)輪(lun)(lun)機的(de)(de)基礎上改(gai)進提(ti)出的(de)(de)新機型，由瑞士工(gong)程師德里(li)亞（Deriaz）于1956年(nian)發(fa)明，故又(you)稱德里(li)亞水(shui)輪(lun)(lun)機（Deriaz turbine），其結構形式及性能特征與軸(zhou)流(liu)(liu)轉槳(jiang)(jiang)式水(shui)輪(lun)(lun)機類似，但由于其傾斜槳(jiang)(jiang)葉操作機構的(de)(de)結構特別(bie)復(fu)雜，加工(gong)工(gong)藝要求和造價均較高(gao)(gao)，一般只在(zai)(zai)大中(zhong)型水(shui)電站(zhan)中(zhong)使用(yong)。
1.4 貫(guan)流式水輪機
貫流式(shi)水(shui)(shui)輪機(ji)（tubular turbine）是一種流道近似(si)直筒(tong)狀的(de)臥軸(zhou)式(shi)水(shui)(shui)輪機(ji)，不(bu)設引水(shui)(shui)蝸殼，葉片可采用(yong)固定(ding)的(de)或可轉(zhuan)動(dong)的(de)兩種。根據發電機(ji)裝置形式(shi)的(de)不(bu)同(tong)，可分為全貫流式(shi)和半貫流式(shi)兩類。
全貫流式(shi)水(shui)輪機(ji)的發電機(ji)轉(zhuan)子直接安(an)裝在轉(zhuan)輪葉片的外(wai)緣，優點是流道平直、過(guo)流量大、效率(lv)高。但由(you)于轉(zhuan)輪葉片外(wai)緣的線速度大、周線長，旋轉(zhuan)密封困難，很少使用。
半貫(guan)流式(shi)水(shui)輪(lun)(lun)(lun)機有軸伸式(shi)水(shui)輪(lun)(lun)(lun)機（S-type turbine）、豎井式(shi)水(shui)輪(lun)(lun)(lun)機（pit turbine）和(he)燈泡式(shi)水(shui)輪(lun)(lun)(lun)機（bulb turbine）。
軸伸貫流式水輪發電(dian)機組采(cai)用臥(wo)式布置，也有(you)傾斜安裝的。
豎井(jing)貫流式(shi)水(shui)輪(lun)機(ji)是將發電(dian)機(ji)組(zu)安裝在水(shui)輪(lun)機(ji)上游側的一個混凝土豎井(jing)中，水(shui)輪(lun)機(ji)部分主(zhu)要由導(dao)葉機(ji)構、轉(zhuan)(zhuan)輪(lun)室、轉(zhuan)(zhuan)輪(lun)、尾水(shui)管組(zu)成(cheng)，轉(zhuan)(zhuan)輪(lun)主(zhu)軸(zhou)伸(shen)入(ru)混凝土豎井(jing)中，通過齒輪(lun)箱等增速裝置連接到(dao)發電(dian)機(ji)。
燈(deng)泡貫流(liu)式(shi)水(shui)輪(lun)(lun)機(ji)組的(de)發(fa)電機(ji)密封安裝(zhuang)在(zai)水(shui)輪(lun)(lun)機(ji)上(shang)(shang)游(you)側(ce)一(yi)個燈(deng)泡型的(de)金屬殼體(ti)中，發(fa)電機(ji)水(shui)平方向(xiang)安裝(zhuang)，發(fa)動機(ji)主軸(zhou)直接(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)水(shui)輪(lun)(lun)機(ji)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)。燈(deng)泡貫流(liu)式(shi)水(shui)輪(lun)(lun)機(ji)組的(de)水(shui)輪(lun)(lun)機(ji)部分由轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)室、導(dao)葉機(ji)構(gou)、轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)、尾水(shui)管組成；發(fa)電機(ji)軸(zhou)直接(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)到(dao)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)，一(yi)同安裝(zhuang)在(zai)鋼(gang)制(zhi)燈(deng)泡外(wai)殼上(shang)(shang)，發(fa)電機(ji)在(zai)燈(deng)泡殼內(nei)，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)在(zai)燈(deng)泡尾端(duan)(duan)，發(fa)電機(ji)軸(zhou)承通(tong)過(guo)軸(zhou)承支(zhi)持(chi)環固(gu)定(ding)在(zai)燈(deng)泡外(wai)殼上(shang)(shang)，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)端(duan)(duan)軸(zhou)承固(gu)定(ding)在(zai)燈(deng)泡尾端(duan)(duan)外(wai)殼上(shang)(shang)，發(fa)電機(ji)軸(zhou)前端(duan)(duan)連(lian)接(jie)(jie)到(dao)電機(ji)滑環與(yu)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)變(bian)槳(jiang)控制(zhi)的(de)油路(lu)裝(zhuang)置。鋼(gang)制(zhi)燈(deng)泡通(tong)過(guo)上(shang)(shang)支(zhi)柱(zhu)、下支(zhi)柱(zhu)固(gu)定(ding)在(zai)混(hun)凝土(tu)基(ji)礎(chu)中，上(shang)(shang)支(zhi)柱(zhu)也(ye)是(shi)人員出(chu)入燈(deng)泡的(de)通(tong)道。
2.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度自由射流（high speed water jet），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。在射流沖擊輪葉的過程中，射流內的壓力基本保持大氣壓不變，而轉輪出口流速明顯的減少。
沖擊(ji)式水輪(lun)機(ji)按射流沖擊(ji)轉輪(lun)的方式不(bu)同(tong)，分為水斗式水輪(lun)機(ji)（tangential flow turbine）、斜擊(ji)式水輪(lun)機(ji)（turgo turbine）和(he)雙擊(ji)式水輪(lun)機(ji)（cross flow turbine）。
2.1 水(shui)斗式水(shui)輪機
從噴嘴(zui)出(chu)來的高速(su)自由(you)(you)射流沿轉輪(lun)(lun)圓周切線(xian)方向垂(chui)直沖擊輪(lun)(lun)葉。水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)斗(dou)式水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)由(you)(you)美國工程(cheng)師培爾頓(dun)（Pelton）于1989年(nian)發明，又稱為培爾頓(dun)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)（Pelton turbine）。水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)斗(dou)式水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)適用(yong)于高水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)頭、小流量的水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)電站。
2.2 斜擊式水輪(lun)機(ji)
從(cong)噴嘴出(chu)(chu)來的(de)自由射流沿著與轉輪(lun)旋(xuan)轉平面成(cheng)一角度的(de)方向(xiang)，從(cong)轉輪(lun)的(de)一側(ce)進入輪(lun)葉(xie)，再從(cong)一側(ce)流出(chu)(chu)輪(lun)葉(xie)。與水(shui)斗式(shi)水(shui)輪(lun)機相比，斜擊(ji)式(shi)水(shui)輪(lun)機過流量(liang)大，但效率較低，一般多(duo)用于中小型(xing)水(shui)電站。
2.3 雙擊(ji)式水輪(lun)機(ji)
從噴嘴出來(lai)的射(she)流先后(hou)兩次沖擊轉輪(lun)葉片。
上一篇：水輪機性能的指標的認識
下一篇：最后一頁
