水轮机的主要类型及应用

§1.2水轮机的主要类型及应用水轮机的基本类型根据能量转换的特征，可将水轮机分为反击式、冲击式两大类。1、反击式：水流体的动能和势能发生变化:P1＞P22、冲击式：仅利用水流的动能发生变化:P1=P2=Pa一、反击式水轮机1、反击式水轮机的特点及适用条件P9反击式水轮机在整个工作过程中，转轮是浸在有压的水流中，且P1P2，反击式水轮机获得的机械能是通过水流的动能和压能变化转换得来的。转轮内既有动能的变化，也有压能的变化。比较起来，通常水流进入转轮的流速较小，即水流中包含的动能成分很小，可进一步说反击式水轮机主要是以水流压能变化进行工作的。由于流动是有压的，所以反击式水轮机既不可能是不满流的，也不可能是局部进流的。2、反击式水轮机的类型：(1)、混流式：（法郎西斯式）水流特点：水流径向流入转轮，轴向流出。适用范围：H=30~700m,单机容量：几万kW~几十万kW；大、中、小及微型机。优点：适用范围广，结构简单，运行稳定，效率高，适用中、高水头（小）流量电站。（刘家峡、二滩、及三峡水电站）混流式转轮：图1—4(2)、轴流式（卡普兰式）：水流特点：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。(a)、轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。改变叶片转角时需要停机进行。结构简单，效率低。适用H、Q变化不大的情况（工况较稳定），H：3~50m。(b)、轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度）。适用水头流量的变化，高效率区广，大中型电站多采用。H：3~80m。（葛洲坝：17万kW、12.5万kW，Hr=27m）轴流式转轮图1—5(3)、斜流式水轮机：水流特点：水流经过转轮时是斜向的。转轮叶片随工况变化而转动，高效率区广。H=40~120m。兼有轴流转浆式运行效率高，混流式水轮机汽蚀性能好、强度高的优点。适用水头范围H=40~200m。是具有可逆性的水泵―水轮机，广泛地用于抽水蓄能电站斜流式水轮机图1—6(4)、贯流式水轮机：水流特点：水流沿轴向直贯流入流出水轮机，故称为贯流式水轮机。根据发电机装置方式不同，此种水轮机又分为全贯流式和半贯流式；根据转轮轮叶能否改变又可分为贯流转浆式和贯流定浆式。全贯流式水轮机，发电机转子安在转轮外缘。优点为水力损失小，过流量大，结构紧凑，密封不易，应用较少。目前还没有投入生产。半贯流式水轮机又可分为轴伸式、竖井式、灯泡式（运用比较广泛）。贯流式水轮机过流能力较好，多用于河床式与潮汐式水电站，适用水头范围2～30m，单机容量：几千瓦~几万千瓦小型河床电站。贯流式水轮机图1—7全贯流式水轮机二、冲击式水轮机1、特点：（1）转轮工作过程中，喷嘴射流冲击部分导叶，转轮部分接触水流；（2）在大气压下工作；（3）水轮机依靠喷嘴的射流冲击力使转轮转动，利用的是水的动能。2、类型及适用条件：1）水斗式水轮机（切击式）（培尔顿式）射流位于转轮的转动平面内，沿转轮圆周切线方向冲击斗叶，故又名切击式水轮机。水头范围：40~2000m，一般常用水头范围40~800m。使用最广泛（高水头，小流量）。中国最高的水斗式水轮机是天湖水电站，水头高达1022.4m。水斗式水轮机图1—82）斜击式水轮机图1—9喷嘴射流方向与转轮旋转平面斜交，射流自转轮侧冲击转轮，故称斜击式。斜击式水轮机适应水头范围50~400m，斜击水轮机构造简单，效率低，最大单机容量一般不超过400KW，故只适用用于小型水电站。斜击式水轮机图1—9双击式水轮机（1917年匈牙利人发明，班克式）水流由喷嘴射到转轮一侧的轮叶上，由轮叶外缘流向转轮中心，而后水流穿过转轮内部空间再一次流到轮叶上，沿轮叶流向外缘，最后以很小的流速离开转轮，水流两次冲击转轮，故称双击式。双击式水轮机适用的水头范围6~150m，最大的单机容量一般不大于300KW，所以只适用于小型水电站。双击式水轮机图1—10小结（表1—1）