第一节 冲击式水轮机

的环形过水断面面积，因而可平稳地改变喷管的过流量 及水轮机的流量和功率。 • 结构：由喷嘴、喷针（又称针阀）和喷针移动机构组成。 • 类型：外控式（弯喷管）和内控式（直喷管）。
•外控式弯喷管：结构简单、检修维护方便，但喷针操作杆 长，操作杆在喷管内影响水流流动，增加管内的水力损失
图6-6 外控式喷射机构 1-喷针接力器；2-填料压盖；3-喷嘴座；4-填料盒；5-填料；6-平 衡活塞；7-喷嘴口环；8-折向器；9-销杆；10-喷针；11-喷针座；
•内控式直喷管：结构紧凑，喷管内水力条件好，水力损失 小，效率高。根据试验，其效率比外控式高，一般用在大 型立式冲击式水轮机上。弹簧用来平衡喷针上向开启方向 的水推力。进油时关闭喷针，排油时开启喷针。
• 三、切击式水轮机结构及主要工作部件
• （三）转轮 • 作用：将水流动能转换为旋转机械能。 • 组成：它由轮辐及由若干呈双碗状的水斗组成。 • 转轮每个斗叶的外缘均有一个缺口，缺口的作用则使其
第一节 切击式水轮机结构
贵州天生桥水电站
一、冲击式水轮机主要类型及其工作特点 二、冲击式水轮机和反击式水轮的异同点 三、切击式水轮机结构及主要工作部件
• 一、冲击式水轮机主要类型及其工作特点
• 冲击式水轮机是借助于特殊导水机构（喷管） 引出具有动能的自由射流，冲向转轮水斗，使 转轮旋转做功，从而完成将水能转换成机械能 的一种水力原动机。
• 外调节机构 • 副喷嘴 • 机壳
• 排水坑渠
图6-4 卧式双喷嘴水轮机结构示意图 1-进水管；2-喷管；3-转轮；4-外调节机构；5-副喷嘴；6-机壳
• 三、切击式水轮机结构及主要工作部件
• （一）进水管
• 作用：引导水流，并将过机流量均匀分配给各喷管。
• 组成：水斗式水轮机的进水管均由直线段、肘管、分叉 管、环行收缩流道和导流体组成。多喷嘴水斗式水轮机 的进水管是一个具有极度弯曲和分叉的变断面输水管， 并在装有喷射机构的区域内设有导流体。
12-喷嘴；13-导叶栅；14-杆体；15-喷管弯段
•导水叶栅：用来引导压力水流使之沿喷针杆轴线方向移动， 消除水流在引水管道中因转弯引起的旋转所造成的水往分 散而降低水力效率。导水叶栅还可作为喷针杆的支柱。
•平衡活塞：用来平衡作用在喷针头部上、作用于喷针关闭 方向的水推力。因为作用在平衡活塞上的水推力与喷针上 的水推力相反。
于大气压力。故在导水机构、转轮及转轮后的区域内， 均需有密闭的流道。 • 在冲击式水轮机中，就不需要设置密闭的流道。
• 二、冲击式水轮机和反击式水轮机的异同点
• 2、不同点
• （4） 尾水能量回收效果不同 • 反击式水轮机必须设置尾水管，以恢复压力，减小转轮
出口动能损失和进一步利用转轮至下游水面之间的水流 能量。
• 形状：根据进水管主干管部分和叉管处的水流速度相等 的要求可知，进水管的断面尺寸自进口至出口逐渐减小 呈收缩状。进水管的断面形状有圆形和椭圆形两种。
卧式双喷嘴切击式水轮机进水管方案
立式6喷嘴切击式水轮机进水管方案
• 三、切击式水轮机结构及主要工作部件
• （二）喷射机构（简称喷管） • 作用： • ①将水流的压力势能转换为射流动能。 • ②起着导水机构的作用。 • 当喷针移动时，即可以渐渐改变喷嘴出口与喷作部件
• （四）外调节机构（折向器或分流器） • 作用：控制已离开喷嘴后的射流大小和方向。
• 双重调节：当机组负荷骤减或甩负荷时，水轮机调速器， 一方面操作喷针接力器，使喷针慢慢向关闭方向移动， 同时又操作外调解机构接力器，使外调节机构（折向器 或分流器）快速投入，迅速减小或全部截断因针阀不能 立即关闭而继续冲向转轮水斗的射流。这样：
过程，始终在空气中进行，则位于各部分的水流压力保 持不变（均等于大气压力）。
• 反击式水轮机那样，在导水机构、工作轮以及转轮后的 流道中，水流压力是变化的。故冲击式水轮机又称为无 压水轮机，而反击式水轮机，称之为有压水轮机。
• 二、冲击式水轮机和反击式水轮机的异同点
• 2、不同点
• （2）流道密闭要求不同 • 在反击式水轮机中，由于各处水流压力不等，并且不等
图6-11 防飞逸反射器简图 （a）单喷嘴水轮机；（b）喷嘴按1200布置的水轮机
1-外调节机构；2-喷嘴；3-反射器
• 三、切击式水轮机结构及主要工作部件
• （六）机壳
• 作用：把从水斗排出的水引至尾水渠，另外机壳还是一 个承重部件，喷管、轴承等部件固定于机壳上。
• 水力性能要求：要求立轴机组的机壳型线应使从水斗流 出的水流不会从机壳反射回去，以免影响射流和转轮的 工作。 对卧式机组，在机组转速上升时，有部分水流来 不及与水斗作用而直接冲击到机壳上，为此在机壳中设 置引流板。
• A、即解决了因针阀快速关闭而引水压力钢管中将产生 的较大水锤压力；
• B、又解决了因针阀不能及时关闭而使机组转速上升过 高。
• 三、切击式水轮机结构及主要工作部件
• （四）外调节机构（折向器或分流器） • 通常，针阀与折向器或分流器的行程要保持协联关系，
使针阀在任何开度下，外调节机构的截流板都位于射流 水柱边缘，以达到其快速偏流或截流的作用。 • 类型：折向器和分流器。
水轮机过流量较小，因而在一定水头和工作轮直径条件 下，冲击式水轮机的出力比较小。另外，充实水轮机的 转速相对比较低、出力小，导致了较低的比转速，故冲 击式水轮机适用于高水头小流量的场合。
• 三、切击式水轮机结构及主要工作部件
• 切击式水轮机是冲击式水轮机应用水头最高、容量最大 的一种机型。
• 主要结构部件有： • 进水管 • 喷管 • 转轮
• 在冲击式水轮机中，以工作射流与转轮相对位 置和做功次数的不同，可分为：
• 切击式水轮机（水斗式，应用最广） • 斜击式水轮机 • 双击式水轮机
图6-1 切击式水轮机的结构示意图 1-喷嘴；2-针阀；3-喷针移动机构；4-转轮；5-外调节机构；6-机壳
图6-2 斜击式水轮机的射流、转轮工作示意图
•喷嘴： 喷嘴是出喷嘴口、喷嘴头和喷针头组成。其作用 是将水流能量转变为动能，并启闭机组和调节流量。
•喷嘴口是一个惭缩断面的结构，由于流速迅速增高，在喷 嘴出口处会产生严重的气蚀，因此喷嘴口和哨嘴头采用螺 栓把合的组合结构，允许在不拆喷嘴头的情况下更换易损 的喷嘴门。喷嘴口的材料采用抗蚀的不锈钢。
•喷针头亦为可拆卸结构。
HM H
)
• 2、模型水轮机求原型水轮机单位分为两个步骤： • （1）求单位参数修正量
n11=n110M (
0 0M
-1)，Q11 =Q110M
(
0 -1) 0M
• （2）由模型水轮机单位参数加上单位参数修正 量得到原型水轮机对应相似工况的单位参数， 即 n11 n11M n11, Q11 Q11M Q11
后的斗叶不进入先前射流作用的区域,并且不防碍先前 的水流。 • 结构类型：装配组合式转轮、整铸转轮和铸焊转轮。
射流作用于斗叶
图6-8 转轮结构图
图6-9 水斗水轮机的转轮斗叶 （B-宽度；L-长度；h-深度） 1-工作面；2-切水刃；3-侧面；4-尾部；5-出水边；6-进水边； 7-横向筋板；8-纵向筋板；9-背面
构，其作用是：引导水流，调节流量，并将液体机械能 转变为射流动能。
• 反击式水轮机的导水机构，除引导水流，调节流量外， 在转轮前形成一定的旋转水流，以满足不同比转速水轮 机对转轮前环量的要求。
• 二、冲击式水轮机和反击式水轮机的异同点
• 2、不同点
• （2）水流压力变化规律不同 • 冲击式水轮机中，水流自喷嘴出口直至离开转轮的整个
水轮机
第一章 绪论 第二章 水轮机的工作原理 第三章 水轮机的相似理论与模型试验 第四章 水轮机的空化与空蚀 第五章 反击式水轮机的结构 第六章 冲击式与贯流式水轮机 第七章 水轮机的特性曲线与选型设计 第八章 水轮机的运行与检修
第六章 冲击式与贯流式水轮机
第一节 切击式水轮机结构 第二节 贯流式水轮机结构
分流器
折向器
• 三、切击式水轮机结构及主要工作部件
• （五）副喷嘴（反向制动喷嘴）与防飞逸反射器
• 1、副喷嘴的作用 ：
• ①制动。当机组转速度降低到一定程度时（通常为额定 转速的30%～40%），为使机组能很快停下来，即打开 副喷嘴，从副喷嘴引出的射流直接冲向转轮水斗背面， 形成作用与转轮的一个与转轮旋转方向相反的制动力矩， 机组在该力矩作用下迅速停止运转；
其内，而仅在一个或几个局部的地方，通过一个或几个 喷嘴进入工作轮。由于工作叶片流道仅对着某个喷嘴时 被水充满，而当它转到下一个喷嘴之前，该叶片流道中 的水已倾尽，故水流沿叶片流动不会发生紊乱。
• 二、冲击式水轮机和反击式水轮机的异同点
• 2、不同点
• （7） 流量、出力、水头、比转速大小不同 • 冲击式水轮机的工作轮仅部分过水，部分水斗工作，故
n110M =70r/min, Q110M =1.15m3 /s, 110M 0.9。
求最优工况下相似水轮机在D1=4.1m, H 73m时
的110，n,Q, P。
• 补气：机壳内的压力要求与大气相当。为此，往往在转 轮中心附近的机壳上开设有补气孔,以消除局部真空。
• 进人孔：机壳上一般开有进人门孔。
• 净水栅（平水栅）：机壳下部应装有静水栅，以消除排 水能量。并作为机组停机观察和检修时的工作平台。
•
本节小结
• 1、由模型水轮机求原型水轮机效率分为两个步骤：
• ②防飞车。当机组突然甩负荷调节系统又失灵时，副喷 嘴即投入工作。从副喷嘴引出一股射流直接冲向水斗背 面，形成制动力矩，这样可避免机组转速急剧上升以至 机组发生飞逸。
• 制动喷嘴可以自动或手动开启。为防止转轮反转，装设 有专门的联锁装置。
• 三、切击式水轮机结构及主要工作部件 • （五）副喷嘴（反向制动喷嘴）与防飞逸反射器 • 2、防飞逸反射器：