浅谈反击式水轮机的发展
水轮机技术现状与发展趋势
水轮机技术现状与发展趋势摘要：水轮机能够将水能转化为机械能，并且依照这一功能原理可将水能机分为冲击式水轮机以及反击式水轮机。
其中，借助水流势能与动能可以实现能量转换的水轮机被称作反击式水轮机，而仅利用水流动能的水轮机则称为冲击式水轮机。
鉴于此，本文就水轮机技术现状与发展趋势展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。
关键词：水轮机；混流式水轮机；轴流式水轮机1.水轮机的当前技术进展1.1混流式水轮机的当前技术进展混流式水轮机通常应用于30～700m的水头，由于其最高效率及满负荷工况下效率较高，空化系数较小，结构简易、运行可靠，因此在我国应用最为广泛，单机容量也最高。
我国目前已可设计并制造直径超过10m的水轮机转轮及成套设备，我国向家坝地区应用的水轮机单机容量也已超过800MW，1000MW级别水轮机正在研制过程中。
1.2轴流式水轮机的当前技术进展轴流式水轮机由轮毂与桨叶构成，叶片数通常为4～6，在水头较低时可采用3叶片，水头较高时可采用8叶片。
轴流式水轮机可分为转桨式与定桨式，转桨式轴流水轮机的桨叶相对于轮毂可进行转动，通常以转桨式代表轴流式水轮机。
轴流式水轮机通常可应用于3～80m水头。
由于轴流式水轮机叶片数较少，因此其过流能力通常大于混流式水轮机。
其桨叶相对轮毂可进行转动，可依据具体需求进行调整。
相比于混流式水轮机，其稳定性与工况适应性更为宽广。
但也由于其结构复杂，受到轮毂密封及强度等因素限制，再加上其较差的空化性能，限制了其使用水头的提高。
自2000年后，我国独立研制的乐滩电站轴流式水轮机，转轮直径达10.4m，单机出力可达150MW，是世界上五叶片转轮直径最大的轴流转桨式水轮机。
目前我国轴流式水轮机的最高效率已超过93%。
1.3冲击式水轮机的当前技术进展冲击式水轮机由转轮与喷嘴组成，依照结构可分为水斗式、斜击式与双击式等。
斜击式与双击式通常为小型水轮机。
水斗式为应用最广泛的冲击式水轮机，一般应用于300～1700m水头，水斗数为20个左右。
反击式水轮机
反击式水轮机简介反击式水轮机是一种能够将水的动能转化为机械能的装置。
其特点是具有高效率、稳定性和节能的特点，在水力发电和水利工程中应用广泛。
本文将对反击式水轮机的原理、结构和工作过程进行详细介绍，并探讨其在实际应用中的优势和发展前景。
原理反击式水轮机基于水流动的动能转换原理，通过水流的撞击和回旋，实现动能到机械能的转换。
其主要原理包括：1.反击原理：水流在与叶片相撞后，产生反冲力，改变水流的方向和运动速度，使得水流的动能转化为机械能。
2.旋转原理：反击式水轮机的叶片具有弯曲形状，当水流通过叶片时，会产生一定的旋转力矩，驱动轮盘旋转。
结构反击式水轮机的结构相对简单，主要包括以下部分：1.轴承和轴：用于支撑和转动轮盘，保证轴心与水平面垂直，以实现最佳效能。
2.轮盘：由多个叶片组成的圆盘状部分，叶片呈弯曲形状，以增加水流对叶片的冲击力。
3.导向装置：用于引导水流进入轮盘，保证水流与叶片的撞击效果最佳。
4.出水管道：用于排放已经转化为机械能的水流。
工作过程反击式水轮机的工作过程可以分为以下几个步骤：1.水流进入导向装置，被引导到轮盘的叶片上。
2.水流与叶片发生碰撞，产生反击力，并改变水流的运动方向。
3.水流的动能通过反击力转化为机械能，驱动轮盘旋转。
4.旋转的轮盘传递机械能，通过轴承和轴传递给其他机械装置，如发电机。
5.转化为机械能的水流通过出水管道排放。
优势相比其他类型的水轮机，反击式水轮机具有以下优势：1.高效率：反击式水轮机能够充分利用水的动能，转化为机械能，提供可靠而高效的动力。
2.稳定性：反击式水轮机的结构稳定，运行平稳，不易受到外界因素的影响。
3.环保节能：反击式水轮机利用水的能力，不消耗化石燃料或其他能源，具有环保和节能的特点。
4.维护成本低：反击式水轮机的结构简单，少量易损件，维护成本相对较低。
发展前景随着能源资源的日益枯竭和环境保护意识的增强，水力发电作为一种清洁能源将更加受到重视。
反击式水轮机作为一种高效且可靠的水力发电装置，在未来的发展中具有巨大的潜力。
水轮机的发展与展望- 王治中; 刘林章 水利与建筑工程学报 2006-12-30 期刊
( Yangling Vocational and T echnical College, Y angling , Shaanx i 712100, China)
Abstract: H ydraulic turbine, w hich is one of t he import ant w at er- t o- electricit y conversion equipment s in a hydropow er station, is a fluid machinery to converse t he fluid energ y. It s performance and structure direct ly inf luence t he development of hy dropow er indust ry . Based on the cont rasting analysis, t he evolution process of t he hydraulic t urbine is elaborat ed systemat ically. T he developing st at us and ex ist ing problems of t he hydraulic turbine are analyzed and the developing future is prospect ed, w hich has a cert ain reference value for t he peoples in this field, especially f or the students in colleges. Keywords: water potential energy turbine; hydraulic turbine; development
反击式水轮机工作原理
反击式水轮机工作原理
反击式水轮机是一种常见的水力发电设备，其工作原理是利用水流的动能驱动水轮机转动，从而带动发电机发电。
在这个过程中，水轮机起着至关重要的作用，下面将详细介绍反击式水轮机的工作原理。
首先，水流经过水轮机时，会由于水流的动能而使水轮机叶片产生受力，这个受力会使水轮机叶片产生转动。
水轮机的叶片设计得非常精密，可以最大限度地利用水流的动能，使水轮机的转动效率达到最大化。
其次，水轮机的转动会带动轴系转动，轴系与发电机相连，通过轴系的转动可以带动发电机转子旋转，从而产生电能。
这个过程可以看作是水流动能转化为机械能，再转化为电能的过程，是一种能量转换的过程。
另外，反击式水轮机的工作原理中还涉及到水流的控制，水流的流速、流量等参数都会对水轮机的工作效率产生影响。
因此，水轮机在设计时需要考虑水流的特性，以及如何最大限度地利用水流的动能。
此外，水轮机的工作原理还涉及到水轮机的结构设计和材料选择。
水轮机需要能够承受水流的冲击和受力，因此在材料选择和结构设计上需要考虑叶片的强度和刚度，以及整个水轮机的稳定性和耐久性。
最后，水轮机的工作原理中还需要考虑水轮机的运行维护和安全保障。
水轮机在长期运行中需要进行定期检查和维护，以保证其正常运行和安全性。
同时，水轮机在设计时需要考虑到一些安全保障措施，以防止意外事件的发生。
综上所述，反击式水轮机的工作原理涉及到水流动能转化为机械能，再转化为电能的过程，同时也涉及到水流的控制、水轮机的结构设计和材料选择，以及水轮机的运行维护和安全保障。
只有在这些方面都得到充分考虑和保障，水轮机才能够正常、高效、安全地运行，发挥其最大的发电功效。
水轮机发展现状与研究方向综述
水轮机发展现状与研究方向综述能源与动力工程2班摘要：水轮机是实现流体功和能转换的流体机械，是水电站的主要设备之一。
它的性能优劣，结构完善与否，直接涉及到水电事业的发展程度。
通过对水轮机的学习，认识到了我国水轮机制造和水电站建设的概括，了解了水轮机主要研究和开发的方向，性能要求以及结构工艺的进展。
关键词：水轮机发展现状结构性能研究方向引言我国可供开发的水利资源很大，年发电量居世界首位。
至2016年，全国水电总装机容量也保持世界第一，作为一种获取廉价电力的能源，水力发电的优点众多。
而水轮机作为水力发电站核心设备，更是主要研究对象。
水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械。
早在公元前100年前后，中国就出现了水轮机的雏形——水轮，用于提灌和驱动粮食加工器械。
现代水轮机则大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。
在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。
作完功的水则通过尾水管道排向下游。
水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。
现如今现代水轮机已经发展了近百年，已经日趋完善。
它的发展现状应该我们关心的重要问题，通过对它的了解，掌握它未来的研究方向。
一历史发展水轮机系由古代的水轮或水车演变而来。
15 世纪中叶到 18 世纪末 , 水力学理论开始有了发展, 又随着工业的进步, 对水力原动机提出了功率更大、转速更快、效率更高的改造要求。
1745 年英国学者巴克斯, 1750 年匈亚利的辛格聂尔分别提出了一种依靠水流反作用力工作的水动压能机其效率只有 50% 左右。
1751 ~ 1755 年间俄国彼德堡院士欧拉, 分析了水动压能机的工作过程, 建立了力矩, 转速和水流作用力等参数之间的方程式( 水轮机基本方程式) , 并依此所制造出的另一种原动机后被称为反击式的水轮机, 其效率仍然不高。
1824 年法国学者勃尔金在上述基础上作了弯板叶道转轮的水轮机改进, 但效率仍低于 65% 。
浅谈反击式水轮机的发展
浅谈反击式水轮机的发展摘要：水轮机是水力原动机，主要分为反击式和冲击式，而本文主要说明了反击式水轮机的从古至今的发展历史，以及现代反击式水轮机的现状。
关键词：反击式水轮机发展一、混流式水轮机的发展英国人巴克在1745年和匈牙利人辛格聂尔在1750年提出了新型的水力原动机，1827年法国教师布尔旦和他的学生富尔聂隆共同制造了一台结构上可以实现、工作良好的水轮机(水头为1.4米,功率为6马力)。
接着于1832年又成功地制造了50马力驱动锻造机械用的外向辐流的离心式水轮机。
1836年,美国人哈马德对富尔聂隆水轮机作了改进,研制了水流由外侧向内侧流入的向心式水轮机,并因此获得了专利。
1844年勃敦在富尔聂隆水轮机的外周装设了导水机构,显著地提高了水轮机的效率。
1847～1849年,美国工程师法兰西斯又改进了哈马德水轮机,在转轮上装设了下环、并采用了英国人汤姆逊提出的蜗壳和导水机构。
从而完成了现代混流式水轮机的基本结构形式。
混流式水轮机的比转速比冲击式水轮机高, 汽蚀系数比轴流式水轮机低,还具有结构简单、制造方便、运行可靠和满载时效率高等一系列优点, 因而成为水电机组中应用最广泛的一种机型。
缺点是低负荷时效率低。
随着材料工业和制造技术的不断进步,混流式水轮机的使用水头也不断提高。
1906年为50米,1910年为15米,1920年为210米,1930年为240米,1957年为536米,1968年奥地利的劳斯亥克电站水轮机则达到625米，世界上使用水头最高的混流式水轮机是奥地利的豪依斯林（Hausling）水电站，其最大水头为734m。
现代混流式水轮机由埋设部分导水机构、转动部分和辅助设备等构成。
埋设部分包括蜗壳、尾水管等部件。
导水机构采用水力性能良好的多个均布导叶,以保证水流均匀地沿圆周进入水轮机转轮。
导叶开度大小系根据负荷的变化由调速器控制的导水机构接力器来控制。
转动部分由转轮、主轴、轴承及密封装置等部件构成。
水轮机技术的现状分析与发展趋势
水轮机技术的现状分析与发展趋势摘要：我国具有丰富的水力资源，为实现对其高效利用，即是通过水轮机进行开发，从而进一步提高资源利用效率。
而当前随着社会经济以及科学技术的发展，我国水电总装机容量已位列世界前茅，水轮机技术由此得到了较大的创新进步。
为在新时期下，有效、持续的推动水电行业健康发展，本文主要针对水轮机技术的现状进行分析，并展望未来发展趋势，以此提高水力资源的利用率，助力社会整体建设速度加快、合理运用水资源，实现可持续目标。
关键词：水轮机技术；现状；发展趋势前言水轮机的重要作用即是将水能顺利转化为机械能，在水资源开发领域内发挥了重要功能。
我国现阶段利用的水轮机大多以反击式为主，在科学技术持续创新进步的形式下，基于计算机与新数据统计方法的普及应用，促使水轮机的最高效率得到提升。
并且将流体动力学与计算机技术相结合，能够显著提升水轮机的可靠性和使用效率，在全面模拟计算和性能预估后，可最大限度的降低能量损失，为水资源开发提供良好的技术支撑。
1水轮机技术现状1.1 反击式水轮机我国目前对于水轮机技术的应用，以反击式水轮机为主。
一般可分为五种类型，分别是混流式、轴流式、贯流式等。
其中混流式水轮机通常是应用在水头30-700m的项目中，相比于其他类型混流式水轮机的运行效率与满负荷工况效率相对较高，而且空化系数较小、结构简单、运行可靠性强[1]。
由此混流式成为我国近几年应用范围最广泛、单机容量最高的水轮机。
比如当前我国已经设计并制造出直径超10m的大型混流式水轮机转轮及其配套设备，单机容量达800MW，并向1000MW容量方向开展研究。
轴流式水轮机是反击式水轮机的另一种类型，构成部分包括轮毂与桨叶，一般叶片数在4-6片，根据水头高低进行调整，最低使用3叶片，最多可使用8叶片。
在实际运用中轴流式水轮机也可分为两种形式，一是转桨式、二是定桨式，其中以前者应用居多，适用于3-80m水头。
现阶段轴流式水轮机技术的发展较为迅速，先有转轮直径达10.4m，单机出力达到150MW，推动轴流式水轮机的最高效率超过93%。
冲击式水轮机发展概况与新技术尤瑜策
冲击式水轮机发展概况与新技术尤瑜策现阶段，伴随科学技术的不断进步，我国水电站冲击式水轮机取得了长足的发展，为我国水电事业的进步奠定了坚实的基础。
希望通过文章的阐述，能够使电力系统部门和水电站了解冲击式水轮机的发展历程和技术特征，在日后的生产实践中，变革传统观念，创新工作思路方法，全面提高该项技术的发展步伐，为我国现代化建设贡献更加卓著的力量。
标签：冲击式水轮机；发展概况；新技术1、冲击式水轮机特点冲击式水轮机具有水头较高、压力钢管比较长、机组运行过程中的力距非常小的特征。
所以，在机组运行过程中必须拥有超强自动调节功能的喷针作为保障，必须同时安装折向器，当机组的实际负荷超出规定量时，折向器必须在第一时间内对水流进行阻断，使水流不再进入水轮机，避免水锤压力与机组转数之间产生不可调节的矛盾。
2、新理论概述2.1水斗内粘性摩擦损失为各损失中最大首先，水斗内粘性摩擦损失是总损失中的一部分。
由于粘性摩擦发生在相对（即旋转）系统中，它对绝大系统中的效率影响是一个复杂的物理过程。
一方面，摩擦本身是一种力，直接推动或阻碍水斗的转动。
另一方面，粘性摩擦引起水流相对速度减缓，从而导致流水层底部压力下降，水斗推动力折损，最终间接导致水轮机效率损失。
这一直接与间接影响的叠加是水斗内粘性摩擦的总效应，即相对运动系中的粘性摩擦导致绝对系中的效率损失。
2.2飞逸速度及其计算方法在冲击式水轮机的设计阶段，飞逸速度是一个极其重要的设计参数。
过高的飞逸速度会导致发电机的设计困难。
一直以来，实验室模型试验是确定冲击式水轮机飞逸速度的唯一途径。
实验室方法也因此而代价高，费时长。
而一些设计手册中给出的参考数据一般为额定转速的1.8～1.9倍。
由于该数据过分粗糙，所以常常无法满足需要。
从原理上看，由于飞逸速度发生在射流与转动水斗不发生相互作用的情况下，所以归根到底它是一个与射流速度有关的参数。
通过几何推导，飞逸速度下转的切向速度与射流速度的比值U1R/C0由下式给出：（1）这是一个小于1的值。
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浅谈反击式水轮机的发展
摘要：水轮机是水力原动机，主要分为反击式和冲击式，而本文主要说明了反击式水轮机的从古至今的发展历史，以及现代反击式水轮机的现状。
关键词：反击式水轮机发展
一、混流式水轮机的发展
英国人巴克在1745年和匈牙利人辛格聂尔在1750年提出了新型的水力原动机，1827年法国教师布尔旦和他的学生富尔聂隆共同制造了一台结构上可以实现、工作良好的水轮机(水头为1.4米,功率为6马力)。
接着于1832年又成功地制造了50马力驱动锻造机械用的外向辐流的离心式水轮机。
1836年,美国人哈马德对富尔聂隆水轮机作了改进,研制了水流由外侧向内侧流入的向心式水轮机,并因此获得了专利。
1844年勃敦在富尔聂隆水轮机的外周装设了导水机构,显著地提高了水轮机的效率。
1847～1849年,美国工程师法兰西斯又改进了哈马德水轮机,在转轮上装设了下环、并采用了英国人汤姆逊提出的蜗壳和导水机构。
从而完成了现代混流式水轮机的基本结构形式。
混流式水轮机的比转速比冲击式水轮机高, 汽蚀系数比轴流式水轮机低,还具有结构简单、制造方便、运行可靠和满载时效率高等一系列优点, 因而成为水电机组中应用最广泛的一种机型。
缺点是低负荷时效率低。
随着材料工业和制造技术的不断进步,混流式水轮机的使用水头也不断提高。
1906年为50米,1910年为15米,1920年为210米,1930年为240米,1957年为536米,1968年奥地利的劳斯亥克电站水轮机则达到625米，世界上使用水头最高的混流式水轮机是奥地利的豪依斯林（Hausling）水电站，其最大水头为734m。
现代混流式水轮机由埋设部分导水机构、转动部分和辅助设备等构成。
埋设部分包括蜗壳、尾水管等部件。
导水机构采用水力性能良好的多个均布导叶,以保证水流均匀地沿圆周进入水轮机转轮。
导叶开度大小系根据负荷的变化由调速器控制的导水机构接力器来控制。
转动部分由转轮、主轴、轴承及密封装置等部件构成。
我国水力资源十分丰富，其中大部分的水头位于200～650米之间。
在前些年，这样的高水头电站由于受到技术的限制只能采用冲击式水轮机机型。
如今，随着国外先进技术的引进，在转速、容量和水头相匹配的情况下，许多电站都采用混流式水轮机机型。
二、轴流式水轮机的发展
最早的轴流式水轮机是由法国的琼瓦尔在改进了德国人汉希尔提出的方案以后,于1883年制成的。
他的水轮机首次采用了尾水管,有效地利用了转轮与尾水管之间的水头,从而显示了其优越性。
所以,在19 世纪末的一段时期内,琼瓦尔水轮机获得了一定的发展。
法兰西斯式水轮机和琼瓦尔水轮机一般适用于中水头和低水头。
但为了发展平原地区的水电站,上述水轮机已不能满足提高出力的要求,当时曾通过切割混流式水轮机叶片的泄水边、提高导叶高度和增大叶片的出口直径等措施来提高比转速，但在当时比转速也只能由275提高到400,这显然不能满足要求。
20世纪初,奥匈帝国的布尔诺(现为捷克斯洛伐克)工业大学教授卡普兰于1921年提出了适应低水头电站需要的轴流式水轮机。
早期的卡普兰水轮机为定
桨式并具有下环。
时隔不久, 于1916年他又研制成功轴流转桨式水轮机,比速达到1000 ,单位流量2000～2200升/秒，由于这种水轮机可以实现导叶和叶片的协联调节,显著地改善了变工况条件下的运行质量,从而大大推动了低水头水轮机的发展。
现代的轴流式水轮机有定桨与转桨之分，转桨式的适用水头为3～70米,定桨式为3～50米,轴流转桨式水轮机的特点是比转速高,在水头和容量相同条件下,其转速约为混流式水轮机的两倍。
因此,机组尺寸可显著缩小, 水轮机的平均效率高该型水轮机特别适宜于低水头且水头与负荷变动较大的电站。
随着水头增高, 其过流能力受到汽蚀与挖深的限制,因此,使用水头一般限制在70米以下。
定桨式水轮机的叶片固定于轮毅,因其轮毅比转桨式小,故其过流能力高,汽蚀性能有所改善。
适用于小型机组或水头与负荷变化不大及多机组运行的电站。
中国葛洲坝水利枢纽转轮直径11.3m水轮机是世界上最大尺寸的轴流转桨式水轮机，出力为17.55万kW。
陕西省石门水电站的水轮机最大水头77m，是中国水头最高的转桨式水轮机。
三、斜流式水轮机发展
斜流式水轮机是在20世纪50年代初为了提高轴流式水轮机适用水头而在轴流转浆式水轮机基础上改进提出的新机型，其结构形式及性能特征与轴流转浆式水轮机类似。
斜流式水轮机转轮布置在与主轴同心的圆锥面上，叶片轴线与水轮机主轴中心线形成交角，随水头不同而异。
一般水头在40～80m时交角取60°，在60～130m时取45°，在120～200m时取30°。
因此，在斜流式转轮上能比轴流式转轮布置更多的叶片，降低了叶片单位面积上所承受的压力，提高了适用水头。
在斜流式转轮体内布置有叶片转动机构，也能随着外负荷变化进行双重调节，因此它的平均效率比混流式高，高效区比混流式宽。
由于它的轴面投影图中水流是斜向流进转轮，又斜向流出的，所以又称其为对角流转浆式水轮机。
它的适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40到200米。
但由于其倾斜浆叶操作机构的结构特别复杂，加工工艺要求和造价均较高，所以一般只在大中型水电站中运用，目前这种水轮机的应用还不普遍。
四、贯流式水轮机发展
贯流式水轮机的适用水头为2～25米。
它是近斗4O年发展起来的用于开发低水头水力资源的新机型，广泛用于平原河流上的电站和潮汐电站。
由于通过水轮机过流部件的水流方向变化不大,因此它的效率高，过流能力大且比转速高。
又由于机组间距小和土建工程量少而且具有良好的经济性,所以近年来在国外获得了较快的发展。
法国、俄罗斯、加拿大、英国和芬兰等国都有大量的潮汐能可资利用, 因此, 贯流式水轮机在这些国家普遍受到重视。
俄罗斯著名贯流式电站有萨拉托夫，法国著名贯流式电站有瓦拉布勒格斯电站。
我们把发电机装在灯泡状机室内称为灯泡贯流式。
把发电机置于厂房内，水轮机轴由尾水管内伸出与发电机相连的称轴伸式。
把发电机置于混凝土竖井内的称竖井式。
以上三种又称为半贯流式。
把发电机转子装在水轮机转轮外缘的称全贯流式，这种贯流式具有结构简单轴向尺寸小等优点，但是由于转子外缘线速度大，密封十分困难，目前很少使用。
参考文献：
[1]刘大恺，主编，《水轮机》，中国水利水电出版社，1997。
[2]顾锡元，主编，《水轮机》，水利电力出版社，1992。
[3]张富钦，主编，《国内外水轮机技术发展动态》，东方电机，1998。