水轮机的类型及构造
本篇重要内容：水轮机(The hydraulic turbine)水轮机是将水能转变成旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站动力设备之一。
研究的目的是充分利用水能资源，为厂房布置设计作准备。
第二章 水轮机类型与构造第一节水轮机大体类型、特点、适用条件一、水轮机的大体类型（一）按主轴装置方式划分1. 立式水轮机：水轮机主轴竖直安装；大中型水轮机均采用该装置方式。
2. 卧式水轮机：水轮机主轴水平安装；小型或微型水轮机采用。
（二）按能量转换特征水轮机是水电站的主要动力设备之一。
按照能量转换的特征，可将水轮机分为还击式、冲击式两大类。
各类类型水轮机依照其水流方向和工作特点不同又有如下不同的形式。
⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧双击式斜击式水斗式（切击式）冲击式斜流式贯流转桨式）贯流式（贯流定桨式，轴流转桨式）轴流式（轴流定桨式，混流式反击式水轮机 二、水轮机的特点及适用条件（一）还击式水轮机的特点及适用条件特点:（1）水流流经转轮时，水流充满整个转轮叶片流道，利用水流对叶片的反作使劲，即叶片正反面的压力差使转轮旋转；（2）主要利用水流的势能和动能，主如果利用水流的势能；（3）水轮机在工作工程中，转轮完全浸没在水中。
还击式水轮机按照水流流经转轮的方式不同分为混流式、轴流式、斜流式、贯流式四种。
1、混流式（法郎西斯式）：水流径向流入转轮，轴向流出。
适用范围：H=30~700 m , 单机容量：几万kW~几十万kW长处：适用范围广，结构简单，运行稳定，效率高，适用高水头小流量电站。
2、轴流式（卡普兰式）：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：叶片不能随工况的转变而转动。
改变叶片转角时需要停机进行。
结构简单，效率低。
适用H 、Q 转变不大的情况（工况较稳定）， H ：3~50m 。
(b)、轴流转浆式：叶片能随工况的转变而转动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度）。
适用水头流量的转变，高效率区广，大中型电站多采用。
H ：3~80m 。
（葛洲坝：17万kW 、万kW ，Hr=27m ）。
混流式转轮轴流定桨式转轮3、斜流式（法国德里亚齐式）：水流斜向流进、流出转轮。
转轮叶片随工况转变而转动，高效率区广。
兼有轴流转浆式运行效率高，混流式水轮机汽蚀性能好、强度高的长处。
适用水头范围H=40~200m。
是具有可逆性的水泵―水轮机，普遍地用于抽水蓄能电站，因其结构复杂很少用于小型水电站。
斜流式4、贯流式水轮机（卧轴流式）水流由管道入口到尾水管出口均为轴向流动，不设置蜗壳，水流沿轴向直贯流入流出水轮机，故称为贯流式水轮机，按照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；按照转轮轮叶可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。
长处为水力损失小，过流量大，结构紧凑，密封不易，应用较少。
半贯流式水轮机又可分为轴伸式、竖井式、灯泡式。
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。
贯流式（二）冲击式水轮机特点及适用条件特点:（1）转轮工作进程中，喷嘴射流冲击部份导叶，转轮部份接触水流；（2）在大气压下工作；（3）水轮机依托喷嘴的射流冲击力使转轮转动，利用的是水的动能。
冲击式水轮机主要由喷嘴、折向器、转轮和机壳组成，喷嘴将水能全数转化为动能形成自由射流，冲击转轮转动，将水能转换为机械能。
冲击式水轮机按射流冲击转轮的方式不同可分为水斗式（切击式）、斜击式和双击式三种。
一、水斗式水轮机（切击式水轮机，卧式）（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。
1998年瑞士兴修的克留逊(Cleuson)水电站，安装3台各40万kW冲击式机组，最高水头1883m。
中国最高的水斗式水轮机是天湖水电站，水头高达1022.4m。
适用的水头范围：40~2000m，一般常常利用水头范围40~800m。
二、斜击式水轮机（1912年发明，仇戈式）（立式）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，最大单机容量一般不超过400KW，故只适用于小型水电站。
3、双击式水轮机（1917年匈牙利人发明，班克式）（卧式）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。
切击式三、水轮机新机型及新技术最近几年来水轮机出现了一些新的结构型式，如：辐向转桨混流式水轮机，双转轮混流式水轮机，双叶片转桨式水轮机。
（见下图）提高各类水轮机的利用水头，进一步有效地发挥水轮机的潜力。
如48m水头级的灯泡式，90m水头级的轴流式及600m水头级的混流式水轮的出现，反映了新型水轮机的发展趋势。
但各类水轮机在高水头范围的利用，必然给强度、汽蚀、磨损及振动等方面带来许多新问题，这也是对水轮机的结构设计和制造提出了新的课题。
现在在水轮发电机组制造上普遍采用铸焊工艺，如“电气液压仿型”加工方式，提高了叶片精度，减少了流道损失，提高了效率。
第二节还击式水轮机的主要过流部件还击式水轮机的主要过流部件（沿水流途经从入口到出口）有：引水部件（蜗壳），导水部件（座环与导叶），工作部件（转轮），泄水部件（尾水管）。
为保证其正常运行和功率输出，还有其它部件如：主轴、轴承、顶盖、止漏装置等。
一、混流式水轮机的主要过流部件水流——> 蜗壳——>座环——>导叶——>转轮——>尾水管——>下游（一）工作部件——转轮转轮是水轮机的核心部件，由上冠、下环、叶片组成。
转轮叶片均布在上冠与下环之间，轮叶上端固定于转轮上冠，下端固定于转轮下环。
轮叶呈扭曲形，各轮叶间形成狭小的流道。
其作用是将水能转变成机械能。
混流式水轮机转轮(二)导水部件——导水机构导水机构作用：按照机组负荷转变，调节水轮机流量，改变出力；引导水流按切向进入转轮，形成速度矩；组成：导水叶及其轴、调速器、接力器（转臂、连杆、控制环)、活动导叶导水机构的主体，上下端别离固定在底环和顶盖上，为流线形。
作用：改变导叶开度以改变流量。
导叶转动是通过调速成器和接力器来实现的。
导叶参数：导叶数量、高度、开度2．座环座环由上环、下环和若干流线型立柱（又称固定导叶）组成。
作用：水轮机的骨架，经受机墩传来的荷载，并传到下部基础，支承活动导叶；断面设计：流线形，保证强度、刚度。
数量为活动导叶的一半。
(三) 引水部件——蜗壳水轮机进水室的功用、类型及适用条件水轮机的引水部件由称为引水室，其功用是是使水流产生圆周运动，并引导水流均匀地平顺轴对称地引向水轮机的导水机构、轴对称地进入水轮机转轮。
为适应不同条件，水轮机的引水室有开敞式与封锁式两大类。
（1）开敞式（明槽式）水轮机导水机构外围为一开敞式矩形或蜗形的明槽，槽中水流具有自由水面。
断面可为方形、蜗形，结构简单、施工方便，但由于地球自传，产生离心力旋转进入转轮时带有空气，易形成真空，发生汽蚀，适用于低水头，转轮直径小于2m的小型电站，因强度要求不高，材料用混凝土、浆砌石。
（2）封锁式封锁式进水室中水流不具有自由水面，常见的有：压力槽式、罐式、蜗壳式三种。
①压力槽式：适用于水头（8~20m）的小型水轮机。
②罐式：密封的水罐，水力条件差。
只适用于水头10~35m，容量小于1000Kw的机组③ 蜗壳式：由于这种引水室的平面外形象蜗牛壳，故常简称为蜗壳。
蜗壳结构紧凑被普遍应用。
依所用材料不同，蜗壳可分为金属蜗壳和混凝土蜗壳。
i 金属蜗壳：由铸铁、铸钢或钢板焊成，适用于较高水头（H >40m ）的水电站和小型卧式机组。
ii 混凝土蜗壳一般适用于水头在40m 以下的水电站，当水头较大时，为知足强度和防渗要求需要混凝土中加设大量钢筋和金属衬板，则造价高，不经济。
金属蜗壳(四)泄水部件——尾水管尾水管是还击式水轮机的重要组成部份，尾水管的性能的好坏直接影响水轮机的效率及其能量利用情况。
1．尾水管的作用水轮机回收转轮出口动能的相对数称为尾水管效率，又称为动能恢复系数或动能利用系数，用d η来表示。
d η反映了尾水管性能的好坏。
gvhgvvd2)2(22252255222αααη-∆--=尾水管形式不同，其动能利用系数不同，不同比较大，一般在~之间。
故尾水管的作用可归纳为：①将通过水轮机的水流泄向下游；②转轮装置在下游水位之上时，能利用转轮出口与下游水位之间的势能H2；③回收利用转轮出口的大部份动能。
2．尾水管的类型和尺寸尾水管的形式有直锥型、弯管直锥形、弯曲型三种。
（１）直锥形尾水管直锥形尾水管为一扩散的圆锥管，是一种结构简单且性能好的形式，但尾水管太长时，会增加厂房下部开挖量，常常利用于小型水电站。
为避免发生管壁脱流增大水力损失，尾水管扩散角θ不宜过大，一般θ=12º~16º。
（２）弯管直锥型尾水管此种形式有弯管和直锥管两部份组成，结构简单，用于小型卧轴混流式水轮机。
一般与水轮机配套生产。
（３）弯曲型尾水管（弯肘型）此形式尾水管有圆锥段、弯管段（肘管）、水平扩散段三部份组成。
应用最普遍。
①直锥段断面为圆形，其作用是扩散水流，降低弯管入口流速，减小弯管段水头损失。
②弯管段弯管段又名肘管，是尾水管中几何形状最复杂的一段，其作用是：将断面形状由圆形过渡到矩形；改变水流方向为水平方向；使水流在水平方向达到最大扩散，以便与水平扩散段相连。
直锥形尾水管弯管直锥型尾水管弯曲型尾水管③扩散段为一矩形断面段，一般宽度B不变，底板为水平，顶板上翘，为避免水流脱壁增加水头损失，仰角α不能太大。
一般取α为10º~13º。
当出口较宽时，为改善顶板受力条件可加设中墩，但加中墩后应保证尾水管出口净宽不变。
当出口宽度>(10~12)m时，应设中墩。
尾水管高度：水轮机导水机构下环顶面至尾水管底版平面的高度。
注意：无论什么形式尾水管，其出口断面最高点均应在下游最低水位以下~0.5m，以防进气。
我国水轮机型号已标准化、系列化，每种型号的转轮都有配套的尾水管，推荐的标准系列尾水管尺寸可见相关图表。
作业：已知：水轮机为HL220，D3= D1+（~）cm，D1=225cm，D1≈D2，h1=，h2=0.02m。
求试绘制尾水管单线图要求：比例1：100，用厘米格纸，也可以用计算机画图。
不画转轮部份。
二、轴流式水轮机主要构件轴流式水轮机的一些零部件与混流式水轮机大体相同，主要区别在于转轮，轴流式水轮机：它由轮毂，轮叶，泄水锥组成。
水轮机类型与构造—水轮机的参数和牌号
➢ XLN200—LJ—300，表示斜流可逆式水轮机，转轮型号200，立轴，金属
蜗壳，转轮标称直径300cm。
➢ GD600—WP—250，表示贯流定桨式水轮机，转轮型号600，卧轴，灯泡
式引水室，转轮标称直径250cm。
➢ 2CJ26—W—120/2×8.5，表示一根主轴上装有两个转轮的水斗式水轮机，
其中水流出力
➢ 水轮机效率是水轮机的出力N与水流出力Ns之比，用η表示。 ➢ 水轮机效率η由三部分组成，即容积效率、水力效率和机械效率，
即水轮机效率η为上述三项效率的乘积。
➢ 效率为小于1.0的正系数，它表征水轮机对水流能量的有效利用程
度。
➢ 水轮机的转速是指水轮机转轮在单位时间内旋转的次数，用n表 示，单位为r/min。当水轮机主轴和发电机主轴采用直接联结时， 其额定转速应满足下列关系式：
➢ 对双击式水轮机，其表示内容如下：
转轮标称直径 D1cm 转轮轴向长度 Lcm
➢ 转轮标称直径是表征转轮的主要几何尺寸，用D1表示，以cm计。
不同类型转轮规定的标称直径D1规定如下： 混流式水轮机转轮的标称直径D1指转轮叶片进水边的最大直径； 轴流式水轮机和斜流式水轮机转轮的标称直径D1指转轮叶片轴线与
项目3.水轮机的类型与构造
水电站
1
水轮机的分类与结构
2
主要水轮机
3
反击式水轮机主要部件
4
冲击式水轮机主要部件
5
水轮机参数和牌号
项目3.水轮机的类型与构造
3.5 水轮机工作参数和牌号
3.5.1 工作参数
3.5.1.1 工作参数的定义和内容
➢ 反映水轮机工作状况特性值的一些参数，称水轮机的基本工作参
第一章_水轮机类型构造
kg.m/s） （kg.m/s） 又工程上常用“千瓦” 又工程上常用“千瓦”或“马力”来表 马力” 示： 1千瓦=102kg.m/s。 千瓦=102kg.m/s。 =102kg.m/s 水流给予水轮机的功率 水轮机作的有效功率 水轮机输出功率（出力） 水轮机输出功率（出力） （η为水轮机的效率） 为水轮机的效率） 千瓦） （千瓦）
二、水头 水轮机的水头，也称工作水头， 水轮机的水头，也称工作水头，即水轮机工作 的净水头。 的净水头。 定义： 定义：单位重量水体通过水轮机进出口断面的 能量差值。 能量差值。
为了推求
和
，以下游水位
为基准面， 为基准面，列上游引水道进口与 水轮机进口断面、水轮机出口与 水轮机进口断面、 下游尾水渠断面的能量方程， 下游尾水渠断面的能量方程，并 忽略上游进口断面和下游尾水渠 断面的流速水头的差值， 断面的流速水头的差值，并忽略 B-D处的水头损失，由此可以得 处的水头损失， 到：
为了研究问题的方便，工程上一般作如下假定： 为了研究问题的方便，工程上一般作如下假定： 1.假定叶片无限多、无限薄。 1.假定叶片无限多、无限薄。这样可以认为转轮中 假定叶片无限多 的水流运动是均匀、轴对称的。显然在此假定下， 的水流运动是均匀、轴对称的。显然在此假定下， 流线也就和骨线的形状完全一致。（ 。（叶片翼形断面 流线也就和骨线的形状完全一致。（叶片翼形断面 的中心线称为骨线） 的中心线称为骨线） 2.假定水流在进入转轮之前的运动是均匀的、 2.假定水流在进入转轮之前的运动是均匀的、轴对 假定水流在进入转轮之前的运动是均匀的 称的。 称的。 3.假定水轮机在所研究的工况下保持稳定运行， 3.假定水轮机在所研究的工况下保持稳定运行，即水 假定水轮机在所研究的工况下保持稳定运行 轮机的特征参数（ 保持不变， 轮机的特征参数（H、Q、N、n）保持不变，从而水流 在水轮机各过流部件中的运动均为恒定流动。 在水轮机各过流部件中的运动均为恒定流动。 4.忽略水流的粘性： 4.忽略水流的粘性： 忽略水流的粘性 可认为这些流面之间是互不干扰的。 可认为这些流面之间是互不干扰的。
水轮机的类型构造及工作原理
水轮机的类型构造及工作原理
水轮机是一种将水流动能转化为机械能的机器，广泛应用于水力发电、灌溉、排水等领域。
根据水轮机的构造和工作原理，可以将其分为以下几种类型：
一、依据水轮机叶轮的类型：
1. 低扬程水轮机：叶轮为平板或斜板叶轮，适用于水头较低的场合。
2. 中扬程水轮机：叶轮为斜流叶轮或混流叶轮，适用于水头较中等的场合。
3. 高扬程水轮机：叶轮为反曲叶轮或轴流叶轮，适用于水头较高的场合。
二、依据水轮机的布置方式：
1. 水平轴水轮机：水流与水轮机轴线平行，叶轮通常为轴流叶轮或混流叶轮。
2. 垂直轴水轮机：水流与水轮机轴线垂直，叶轮通常为斜流叶轮或反曲叶轮。
三、依据水轮机的进水方式：
1. 直径式水轮机：水流直接冲击叶轮，叶轮中心为进水口。
2. 斜流式水轮机：水流斜向冲击叶轮，叶轮中心为进水口。
3. 轴流式水轮机：水流沿轴线方向进入叶轮，叶轮中心为进水口。
水轮机的工作原理是利用水流的动能将叶轮带动旋转，从而将水流动能转化为机械能。
水流经过进水口进入叶轮，叶片将水流的动能转化为叶轮的旋转动能，然后通过轴传递到发电机或其他机械设备上。
水轮机的效率取决于水头、流量、叶轮类型和转速等因素，通常可达到70%以上。
总之，水轮机是一种重要的水力发电设备，其类型和工作原理的了解对于水力发电和水资源利用具有重要的意义。
水轮机概述
水轮机概述水轮机概述（Hydraulic Turbine Overview）水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，是利用水流做功的水力机械，根据转换水流能量方式的不同，水轮机分为冲击式水轮机（Impulse Turbine）和反击式水轮机（Reaction Turbine）两大类。
水轮机受水流作用而旋转的部件称为转轮（Runner）。
水轮机主要类别见图1。
图1--水轮机主要类别图一、冲击式水轮机（Impulse Turbine）冲击式水轮机的转轮受到喷射水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换，在同一时刻内，水流只冲击着转轮的一部分，而不是全部。
图2是冲击式水轮机水流向示意图。
图2--冲击式水轮机水流向示意图冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式（又称水斗式）、斜击式、双击式三类。
图3--水斗式、斜击式、双击式水轮机示意图（1）水斗式水轮机（Pelton Turbine），水流由喷嘴喷射出来沿着转轮圆周的切线方向冲击在斗叶上做功，图3（a）。
由美国人培尔顿于1889年提出，又称为培尔顿式水轮机。
适用水头范围40~2000m，尤其适用超高水头，国外最大单机出力目前已达40万kW，是冲击式水轮机中应用最广泛的一种水轮机。
图4--水斗式水轮机转轮图5--双喷管水斗式水轮机（2）斜击式水轮机（Turgo Turbine、 Inclined-jet Turbine），水流由喷嘴喷射出来沿着与转轮旋转平面成某一角度（约22.5°）进入叶片，图3（b）。
适用于高水头，中小型的水电站。
图6--斜击式水轮机转轮图7--斜击式水轮机转轮及主轴（图片来源于网络）（3）双击式水轮机（Banki Turbine、Cross-flow turbine），水流从喷嘴流出后，从转轮外周通过径向叶片进入转轮中心，进行第一次能量交换，再从转轮中心通过径向叶片流出转轮，完成第二次能量交换，图3（c）。
(河海大学)水轮机类型、构造及工作原理_水电站
米
示 ）
竖井式
S
）
虹吸式
X
轴伸式
Z
第四节 水轮机的型号
二、冲击式水轮机的型号
2 CJ 20 – W - 120 / 2×10
一根轴上装的转轮数 水轮机型号 转轮型号
主轴布置型式 转轮标称直径（厘米） 每个转轮上的喷嘴数 设计射流直径（厘米）
关于转轮直径D1的规定
混流式 转轮进口边的最大直径
轴流式 斜流式 冲击式
3 贯流式（ Tubular turbine ）
水流特征：从流道进口到尾水管出口 均沿轴向（没有蜗壳）
适用水头：1~40m 叶片：定浆或转浆 单机容量：几kW~几万kW 效率：90~92%
第三节 水轮机的主要类型及其构造
灯泡贯流式水轮机 Bulb tubular turbine
❖ 水流基本沿轴向、 不转弯
第一章 水轮机类型及构造
知识要点：水轮机的型号，反击式、冲击式、可逆式
等水轮机的类型、结构以及对厂房结构布置影响。水 流在转轮中的运动、基本方程、能量损失、水轮机的 最优工况；水轮机的气蚀、吸出高度和安装高程。
重点难点：各种类型水轮机的特点、结构及其对厂房
结构布置的影响；速度三角形的概念；水轮机基本方 程的物理意义；水轮机的能量损失及其最优工况。
1
叶片转动轴线 与水轮机主轴 成45 ～ 60° 的锥角，叶片 数 8~12片。
2
转轮叶片 操作机构
注意
当由于轴向水推 力和温度变化等 引起水轮机轴向 位移时，其叶片 不得与转轮室内 壁接触。
第三节 水轮机的主要类型及其构造
二、冲击式水轮机 Impulse turbine
水流特征：水流以自由射流的水柱冲击转轮，利用水 流动能使转轮旋转。
水轮机类型与构造—反击式水轮机的主要部件
➢ 叶片的作用是直接将水能转换为机械能。叶片断面形状为翼
形，转轮叶片数的多少对水力性能和强度有显著的影响，随 比转速的不同叶片数在9～21的范围内变化。
3.3.4 混流式转轮
3.3.4.1 混流式转轮的结构
➢ 转轮下环的作用是增加转轮强度和刚度并与上冠形成过流通道。
➢ 泄水锥的作用是引导经叶片流道流出的水流迅速而顺畅地向下渲
相对开度是某一位置开度与最大开度的比值，用百分数表示，一
般所说开度即相对开度。
➢ 开度的变化导致流量变化，
进而改变机组出力。
➢ 导叶开度由调速器控制。
3.3.2 导水部件
3.3.2.3 导水机构的开度
小流量时开度
大流量时开度
3.3.3 工作部件
3.3.3.1 工作部件的作用
➢ 工作部件即转轮。
➢ 转轮作用是将水能转换为旋转机械能。它对水轮机的性能、结构、
轴流定桨式
泄水锥 叶片
轮毂
3.3.5 轴流式转轮
3.3.5.1 轴流式转轮的结构
轴流转桨式
桨叶操作机ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ示意图 1-桨叶；2-转轴；3、4-轴承； 5-转臂；6-连杆；7-操作架；
8-接力器活塞；9活塞杆
3.3.5 轴流式转轮
3.3.5.2 轴流式转轮的适用范围
➢ 轴流式水轮机根据转轮叶片在运行中能否调节，又分为轴流定桨
导水机构，基本保证水流的轴对称性与均匀性，并形成一定的环 量，以提高水能转换效率。
3.3.1 混流式引水部件 3.3.1.2 引水部件的类型
➢ 为了适应不同流量与水头条件，各种型式反击式水轮机所采用的
引水室形状和材料是不一样的。归纳起来有开敞式引水室、罐式 引水室和蜗壳式引水室三大类。 1.开敞式引水室
02水轮机的基本类型、构造、特性参数及附属部件全
代号 GT GD CJ XJ SJ
23
四、水轮机的型号及标称直径
• 主轴布置形式和结构特征的代号
名称 立轴 卧轴 金属蜗壳 混凝土蜗壳 明槽式 有压明槽式
代号 L W J H M My
名称 罐式 全贯流式 灯泡式 竖井式 虹吸式 轴伸式
代号 G Q P S X Z
24
四、水轮机的型号及标称直径
• 尾水管的型式
– 直锥形尾水管：结构简单，水力损失小，效率
高，但尾水管较长，适用于小型水电站
– 弯管直锥形尾水管：水力损失大，效率较低，
常用于小型卧轴混流式水轮机 – 弯肘形尾水管：适用于大中型立式机组水轮机
59
60
（二）冲击式水轮机主要过流部件
• 以水斗式水轮机为代表，冲击式水轮机的 主要过流部件有转轮、喷管、折向器、机 壳
11
冲击式水轮机的类型
• 水斗式
– 特点是由喷泉嘴出来的射流沿圆周切线方向冲 击转轮上的水斗作功。
– 水斗式水轮机是冲击式水轮机中目前应用最广 泛的一种机型。
• 斜击式：射流中心线与转轮转动平面呈斜 射角度
• 双击式：水流穿过转轮两次作用到转轮叶 片上
– 斜击、双击水轮机构造简单，效率低，用于小
型电站
水轮机水头的加权平均值
17
2.流量(m3/s)
• 单位时间内通过水轮机的水量
– Q随H、P的变化而变化，H、P一定时，Q也一 定，当H=Hr、P=P额时，Q为最大
– 在Hr、nr、Nr 运行时—— Qr
18
3.转 速
• 水轮机单位时间内旋转的次数称为水轮机 的转数，用n表示，单位为r/min。
• 正常情况下机组的转速保持为固定转速， 该转速称为额定转速，并与发电机的同步 转速相等。
水轮机的类型构造及工作原理
水轮机的类型构造及工作原理水轮机是一种将水流动能转化为机械能的装置，广泛应用于水利发电、抽水、供水等领域。
根据不同的工作原理和构造方式，水轮机可以分为以下几种类型：1. 蓄能式水轮机（Impulse Water Turbine）：蓄能式水轮机通过高速水流冲击叶轮上的叶片，将水流的动能转化为叶轮的动能，再通过机械传动将动能转化为机械能。
蓄能式水轮机可以进一步分为斯奈尔逊水轮机、佩尔顿水轮机和弧翻水轮机等。
斯奈尔逊水轮机（Pelton Turbine）：斯奈尔逊水轮机是一种利用高速喷射水流冲击叶片的水轮机。
当高速的水流经过喷射管，喷射口处有一个喷嘴，水流经过喷嘴变为高速的射流，射流喷向叶轮上的叶片，冲击叶片使其转动。
斯奈尔逊水轮机主要适用于高水头和小流量的水力发电站。
佩尔顿水轮机（Turgo Turbine）：佩尔顿水轮机是斯奈尔逊水轮机的改进型，喷口由一个切割型孔道和一个喷射皮供水孔组成，通过设计孔道形状和取适当的工作压力，充分利用水力能量，使得佩尔顿水轮机相对效率高，适用于中、小型水力发电站。
弧翻水轮机（Cross-Flow Turbine）：弧翻水轮机是一种垂直轴流式水轮机，水流经过顶部的导水管流入导水槽，然后通过导叶导入叶轮，流经叶轮后再通过弧翻装置流出。
弧翻水轮机适用于较低水头和大流量的水力发电站。
2. 反作用式水轮机（Reaction Water Turbine）：反作用式水轮机是通过水流对叶轮叶片的冲击和流经叶轮的作用力来驱动叶轮旋转的水轮机。
反作用式水轮机可以进一步分为法兰西斯水轮机、咆哮水轮机、半径式水轮机等。
法兰西斯水轮机（Francis Turbine）：法兰西斯水轮机是一种水流流过叶轮两侧的轴流水轮机，水流首先流经导叶，然后分流流经叶轮两侧，冲击叶片使其旋转。
法兰西斯水轮机适用于中、高水头和大流量的水力发电站。
咆哮水轮机（Kaplan Turbine）：咆哮水轮机是一种可调桨叶片的轴流水轮机，叶轮上的桨叶可以根据水流条件的不同调节叶片角度，以适应不同的工况。
水轮机分类和结构(水电站培训资料)
水轮机分类和结构一、水轮机分类1、按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。
反击式利用水流的压能和动能，冲击式利用水流动能。
反击式中又分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种。
冲击式中又分为水斗式、斜击式和双击式三种。
2、混流式：水流从四周沿径向进入转轮，近似轴向流出。
应用水头范围：30m~700m。
特点：结构简单、运行稳定且效率高。
3、轴流式：水流在导叶与转轮之间由径向运动转变为轴向流动。
应用水头：3~80m。
特点：适用于中低水头，大流量水电站。
分类：轴流定桨、轴流转桨4、冲击式：转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已经转变为高速射流，冲击转轮叶片作功。
水头范围：300~1700m。
适用于高水头，小流量机组。
5、水轮机主轴布置形式分类（1）水轮机按主轴的布置形式又可分为卧式和立式两种（也称横轴和立轴）。
立式布置得水轮发电机分为悬式和伞式两种。
（2）悬式发电机的推力轴承位于发电机转子上部的上机架上或上机架中。
伞式发电机的推力轴承位于转子下部的下机架中，或用支架支承在水轮机顶盖上。
伞式发电机又分普通伞式（其上、下导轴承分别位于上、下机架中），半伞式（只用上导轴承，它布置在上机架中，无下导轴承；我厂机组为此类型）和全伞式（只有下导轴承，它布置在下机架中，无上导轴承）。
二、水轮机主要基本参数1、工作水头H是指水轮机进、出口断面处单位重量水体的能量差，单位是米（m），典型工作水头有以下：（1）最大水头（Hmax）：水轮机运行范围内允许出现的最大净水头。
（2）最小水头（Hmin）：水轮机运行范围内允许出现的最小净水头。
（3）设计水头（H设）：水轮发电机组发出额定功率时的最小水头。
2、流量Q是指单位时间内，通过水轮机某一既定过流断面的水量，单位是立方米/秒。
3、出力N是指水流在单位时间内所做的功（功率），其大小与水轮机的水头，流量有关，单位为千瓦。
计算公式：N=9.81QHn4、效率是指水轮机总效率，是水轮机输入功率与输出功率之比，其值总是小于1，因为水轮机在工作过程中不可避免地要产生一些能量损失，主要包括：（1）水力损失：即水流经过蜗壳、导水机构、转轮、尾水管的水头损失。
水轮机结构简介 ppt课件
吐木秀克水电站
4.2 转动部分
主轴密封 上部止漏环
减压装置 转轮上冠 叶片 转轮下环 下部止漏环
水轮机的原理及结构
转轮外观
吐木秀克水电站
4.2 转动部分
水轮机的原理及结构
主轴
主轴是承受水轮机转动部分的重 量及轴向水推力所产生的拉力， 同时传递转轮产生的扭矩。
吐木秀克水电站
4.2 转动部分
主轴密封
主轴密封是水轮机 关键部件之一，水 轮机在运行过程中， 其主轴密封的安全 可靠运行，直接关 系到水轮机是否安 全运行
水轮机的原理及结构
吐木秀克水电站
水轮机的原理及结构
4.2 转动部分
主轴密封的作用
有效地阻挡尾水管中的水从 主轴与顶盖之间的间隙上溢， 防止水轮机导轴承及顶盖被 淹，维持轴承和机组的正常 运行。
水轮机的原理及结构
4.2 转动部分
转动部分
转动部分是机组的核心组成部分，是水能转换
成机械能/电能的关键。
转动部分及其相关部件主要包括：转轮、主轴、
主轴密封等。
吐木秀克水电站
4.2 转动部分
水轮机的原理及结构
转轮
转轮是实现水能转换的主要部 件，它将大部分水能转换成转轮 的旋转机械能，并通过水轮机主 轴传递给发电机 水轮机的转轮是将水能转换成 机械能
水轮机的原理及结构
按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击 式两类。反击型利用水流的压能和动能，冲击型 利用水流动能。
反击式中又分为混流、轴流、斜流和贯流四种；冲 击式中又分为水斗、斜击和双击式三种。
吐木秀克水电站
1.2 水轮机分类
水轮机的原理及结构
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水轮机的原理及结构