轴流式水轮发电机组
水轮发电机结构介绍
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密封圈 油槽盖 推力瓦 托瓦 支筒 支铁 弹性油箱
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推力轴承结构
推力头
卡环
底盘 推力轴承座 挡油管
镜板 油冷器
推力油箱
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与油槽盖 配合面
推力油箱
与推力轴承柱 段配合面
油冷却器 安装孔
推力油箱由二瓣组成，两者组装后吊入机坑与推力轴承支
架柱段通过螺栓紧固在一起。
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垫环 V型密封 顶起环
λ型密封
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轮叶密封装配
装配步骤：
1.安装顶起环； 2.安装V型密封圈； 3.安装垫环； 4.安装λ型密封圈； 5.安装密封压板； 6.安装固定螺钉，将密 封装置固定在轮毂上。
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轮叶安装
装配步骤：
首先采用转轮 翻身工具将转轮体 翻身（图中没有表 示）；然后将轮叶 分片装配到相应位 置（图中只显示了 单个轮叶的安装）； 用螺栓将轮叶与枢 轴固定；安装转轮 悬挂装置；再安装 操作架（图中没有 表示出来）。
讲水力机组基本结构
1. 混流式
2.
2. 轴流式
3.
3. 其他
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4.
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1. 混流式
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2
低水头混流式水轮机转轮 高水头混流式水轮机转轮
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2. 轴流式
低水头轴流式水轮机转轮
高水头轴流式水轮机转轮
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水轮发电机结构
一、简介（一）、简介水轮机是水电厂将水轮转换为机械能的重要设备。
1、按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。
反击型利用水流的压能和动能，冲击型利用水流动能。
2、反击式中又分为混流、轴流、斜流和贯流四种；3、冲击式中又分为水斗、斜击和双击式三种。
1）、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2）、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3）、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。
（二）、水轮机主要类型归类二、水轮机主要基本参数1、水轮机主要基本参数水头：Hg、H、Hmax、Hmin、Hr（设计水头）流量：Q转速:f=np/60出力：N=9.81QHη（Kw）效率：η2、水轮机型式代号混流式：HL斜流式：XL轴流转桨式：ZZ轴流定桨式：ZD冲击（水斗式）：CJ双击式：SJ斜击式：XJ贯流转桨式：GZ贯流定桨式：GD对于可逆式，在其代号后增加N3、混流式水轮机型号：HL100—LJ—210HL：代表混流式水轮机100：转轮型号（也称比转速）LJ：立式金属蜗壳210：转轮直径（210厘米）4、轴流式水轮机ZZ560—LH—1130ZZ：轴流转桨式水轮机560：转轮型号LH：立式混凝土蜗壳1130：表示转轮直径为1130厘米5、冲击式水轮机CJ47—W—170/2X15.0CJ：冲击式W：卧轴170：转轮直径170cm2：2个喷嘴15.0：射流直径三、水轮机主要部件（一）、组成引水部件、导水部件、工作部件、泄水部件1、引水部件组成：引水室（蜗壳）、座环作用：以较小的水力损失把水流均匀地、对称地引入导水部件，并在进入导叶前形成一定的环量。
水轮机型号 (2)
水轮机型号1. 引言水轮机是一种将水能转换成机械能的设备，广泛应用于水电站发电、灌溉和工业生产中。
不同型号的水轮机适用于不同的水力条件和功率要求。
本文将介绍几种常见的水轮机型号及其特点。
2. 斜流式水轮机斜流式水轮机又称为“Kaplan水轮机”，它是一种能够适应较大水头和较小流量的水轮机。
斜流式水轮机的叶片具有可调节的可变导叶，通过改变导叶的角度，可以控制水流进入叶轮的流速和流向。
斜流式水轮机具有高效率、运行稳定和灵活调节的特点。
特点：•适应大水头和小流量的水力条件•可调节叶片和可变导叶，灵活调节水流流速和流向•高效率和运行稳定3. 轴流式水轮机轴流式水轮机是一种适用于大流量和较小水头的水轮机。
它的叶轮和导叶间距小，使得水流通过叶轮时的速度变化较小，因此轴流式水轮机的出口速度与进口速度相差较小，能够更好地利用水能。
轴流式水轮机适用于涡轮发电机组和排灌用途。
特点：•适应大流量和较小水头的水力条件•出口速度与进口速度相差较小，能够更好地利用水能•适用于涡轮发电机组和排灌用途4. 超高速水轮机超高速水轮机是一种转速高达10000转/分钟以上的水轮机。
由于转速很高，超高速水轮机的叶片设计要考虑到离心力的影响，以防止叶片的损坏。
超高速水轮机适用于高压高速发电机组、氢分子制取设备等领域。
特点：•转速高达10000转/分钟以上•叶片设计要考虑离心力的影响，防止叶片损坏•适用于高压高速发电机组、氢分子制取设备等领域5. 混流式水轮机混流式水轮机是一种介于轴流式水轮机和斜流式水轮机之间的一种设计。
它的叶片既有轴流式水轮机叶片的特点，又有斜流式水轮机叶片的特点。
混流式水轮机适用于中水头和中流量的水力条件。
它具有结构简单、效率较高和运行稳定的特点。
特点：•介于轴流式水轮机和斜流式水轮机之间的设计•适应中水头和中流量的水力条件•结构简单、效率较高和运行稳定6. 级联水轮机级联水轮机是将两台或多台水轮机串联起来使用的一种方式。
轴流式水轮发电机组
400
750
SCR
2.8
4.891
115.7
237
手动
SF100-28P
100
0.8
400
1650
SCR
3.2
5.229
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253
手动
SF125-24P
125
0.8
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1650
SCR
3.8
5.698
182.9
276
手动
SF160-24P
160
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400
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SCR
4.4
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226
225.2
884
手动
SF200-8/740
200
0.8
400
1500
SCR
14
2.223
247.2
935
手动
SF250-8/850
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ZD560-LMY/LH-80
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SF75-14/850
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=+0°
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ZD760-LM/LH-160+15°
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400
600
SCR
=+15°
6.1
14.32
轴流式水轮机性能参数表
ZD760-LM/LMY-40型水轮机机组性能参数表ZDT03-LM/LMY-60型水轮机机组性能参数表ZDT03-LM/LMY-80型水轮机机组性能参数表ZDT03-LM/LMY-80型水轮机机组性能参数表ZD560-LMY/LH-60型水轮机机组性能参数表ZD560-LMY/LH-80型水轮机机组性能参数表水轮机选型方案1、水文资料：①、水头Hp≈7.0米；②、流量Q=1.0~1.5米3/秒；2、水轮机选型方案一：①、水轮机型号：ZD T03-LMy-60；转轮角ψ=+100；单价：5.0万元；②、运行状态参数校核：选型计算水头Hp=6.8米；计算单位转速n=750转/分；计算单机引用流量Q=1.15米3/秒；效率η=87%；水轮机有效出力N出=9.81QHη=66千瓦；发电机功率N发=0.9N出=59千瓦；③、配套发电机：SF55-8/590（电压400V）；单价：2.3万元；④、手动调速器：ST-150；(价格包含在水轮机价格中)⑤、控制屏、励磁屏、准同期并网装置；单价：1.5万元；3、水轮机选型方案二：①、水轮机型号：ZD T03-LMy-60；转轮角ψ=+150；单价：5.0万元；②、运行状态参数校核：选型计算水头Hp=6.8米；计算单位转速n=750转/分；计算单机引用流量Q=1.5米3/秒；效率η=87%；水轮机有效出力N出=9.81QHη=86千瓦；发电机功率N发=0.9N出=77千瓦；③、配套发电机：SF75-8/590（电压400V）；单价：3.2万元；④、手动调速器：ST-150；(价格包含在水轮机价格中)⑤、控制屏、励磁屏、准同期并网装置；单价：1.5万元；4、水轮机选型方案三：①、水轮机型号：ZD560-LMy-60；转轮角ψ=+50；单价：6.4万元；②、运行状态参数校核：选型计算水头Hp=6.8米；计算单位转速n=600转/分；计算单机引用流量Q=1.15米3/秒；效率η=87%；水轮机有效出力N出=9.81QHη=66千瓦；发电机功率N发=0.9N出=59千瓦；③、配套发电机：SF55-10/590（电压400V）；单价：3.2万元；④、手动调速器：ST-150；(价格包含在水轮机价格中)⑤、控制屏、励磁屏、准同期并网装置；单价：1.5万元；注：1、以上价格均不包含设备运输费用和安装调试费用；江西省莲花水轮机厂有限公司2005、06、28。
水轮机发电机的分类
冲击式：反击式：1、轴流式：轴流式水轮机转轮由转轮体、叶片、泄水锥组成，叶片数少于混流式，叶片轴线与水轮机轴线垂直。
适用于中低水头、大流量的水电站。
在同样的水头下，它的过流能力比混流式大，气蚀性能较混流式差。
根据其转轮叶片在运行之中能否转动，又可分为轴流转桨式和轴流定桨式两种。
轴流定桨式水轮机：其叶片固定在转轮体上，叶片安放角度不能在运行中改变，效率曲线较陡，适用于负荷变化小或可以用调整机组运行台数来适应负荷变化的电站。
优点：结构简单，造价较低。
缺点：在偏离设计工况时效率会急剧下降。
根据其特点，一般用于出力较小，水头较低以及水头变化幅度较小的水电站。
轴流转桨式水轮机：其转轮叶片一般由装在转轮体内的油压接力器操作，可按水头和负荷变化作相应转动，以保持活动导叶转角和叶片转角间的最优配合，从而提高平均效率，这类水轮机的最高效率有的已超过94%。
但是，这种水轮机需要一个操作叶片转动的机构，因而结构较复杂，造价较高，一般用于水头、出力均有较大变化幅度的大中型水电站。
轴流式水轮机转轮主要包含转轮轮叶、转轮轮毂、泄水锥三部分组成。
图1：轴流式混流式：混流式水轮机又称法兰西斯水轮机，水流从四周径向流入转轮，然后近似轴向流出转轮，转轮由上冠，下环和叶片组成。
图2：混流式转轮图3：混流式轴流式与混流式不同之处在于转轮的不同。
如图2与图3。
3、贯流式：贯流式水轮机的引水部件、转轮、排水部件都在一条轴线上，水流一贯平直通过，故称为贯流式水轮机。
贯流式水轮机应用水头范围一般在2~25m，单机出力从几千瓦到几万千瓦。
1）灯泡贯流式：灯泡贯流式水轮机组的发电机密封安装在水轮机上游侧一个灯泡型的金属壳体中，发电机水平方向安装，发动机主轴直接连接水轮机转轮。
灯泡贯流式水轮机组的水轮机部分由转轮室、导叶机构、转轮、尾水管组成；发电机轴直接连接到转轮，一同安装在钢制灯泡外壳上，发电机在灯泡壳内，转轮在灯泡尾端，发电机轴承通过轴承支持环固定在灯泡外壳上，转轮端轴承固定在灯泡尾端外壳上，发电机轴前端连接到电机滑环与转轮变桨控制的油路装置。
1.水轮发电机结构及工作原理介绍
– 对于定子铁芯外径较大的水轮发电机，磁 轭通过转子支架和主轴连成一体。
– 磁轭的外缘加工有T尾、鹇尾槽或螺孔，用 以固定磁极。
• 机架是立轴水轮发电机安置推力轴承、导 轴承、制动器及水轮机受油器的支撑部件， 是水轮发电机较为重要的结构件。
• 刚性支柱螺钉支承方式的推力轴承
– 刚性抗重螺栓支承方式的推力轴承结构如图：
1—上机架；2—冷却器；3—气窗；4—导轴承装配；5—密封盖；6—卡环； 7—推力头；8—隔油板；9—镜板；10—挡油管；11—主轴；12—轴承座；
13—抗重螺栓；14—托盘；15—推力瓦；16—绝缘垫
– 抗重螺栓
• 推力瓦由头部为球面的抗重螺栓支承，抗重螺栓垂 直拧入装有螺纹套筒的轴承座上。调整抗重螺栓的 高度，可使瓦块保持在同一水平面上，使瓦块受力 均匀。
– 按布置方式分：可分为卧式和立式两种。
• 卧式水轮发电机适合中小型、贯流及冲击式水轮机。 • 一般低、中速的大、中型机组多采用立式发电机。
– 按推力轴承位置分：立式发电机又分为悬式和伞 式两种。
• 推力轴承位于转子上方的发电机称为悬式发电机，它适 用于转速在100r/min以上。
• 推力轴承位于转子下方的发电机称为伞式发电机，无上 导的称为全伞式，有上导的称为半伞式，它适用于转速 在150r/min以下。
– 按冷却方式分：可分为空气冷却和水冷却两种 。
• 水轮发电机的主要作用
将水轮机旋转的机械能最终转换成电能，其结构 与性能的好坏对电站的安全、稳定、高效运行起 着致关重要的作用。
• 水轮发电机组成
主要由定子、转子、机架、推力轴承、导轴承、 冷子结构
• 水轮发电机定子主要由机座、铁芯和三 相绕组线圈等组成。
轴流式水轮机
图5 转轮叶片转动角度示意图
图5 转轮叶片转动角度示意图 轴流转桨式水轮机效率较高，目前最高效率有的已超过94％，下面是转桨式转轮的叶片转桨动画。
转桨式转轮的叶片转桨动画 葛洲坝的轴流式水轮机单机容量是17万千瓦，转轮直径11.3m，是目前世界上直径最大的轴流式水轮机；福建水口水电站 单机容量是20万千瓦，是目前世界上单机容量最大的轴流式水轮机。图6是葛洲坝水轮机转轮在吊装过程中。
叶片受水流作用力图
叶片受水流作用力图
图3 叶片受水流作用力图 先看左面图，m是靠近叶片的一个水质点，为看的清楚，把他挪到左上方，水质点的速度是V，由于水进入转轮区有环量， 在图中的方向不是垂直向下，而是向左方倾斜；叶片绕轴旋转，截面的切线速度是U，相对于叶片水质点m则是以-U的速度 向右运动；所以水质点m相对于叶片的运动速度是W，也就是说叶片受到水流的方向是W。 再看右图，叶片受到方向是W的水流作用，由于W与翼形弦线c有攻角α，会产生一个垂直于W的升力L，同时也受到阻力 D（与W同向），两力的合力R是叶片受到的力，R在水平方向的分力是F，F就是推动叶片旋转的力。 轴流式水轮机叶片数目一般为3至8片，低水头少叶片，高水头多叶片。轴流式水轮机转轮流道的过流断面面积较大，可提 高了水轮机的单位流量和单位转速，可以采用较小的转轮直径和较高的转速，从而缩小了机组尺寸，降低了投资。轴流式 水轮机适用于较低水头、较大流量的水利资源。
轴流定桨式转轮和轴流转桨式转轮 轴流式水轮机分为轴流定桨式和轴流转桨式两种，图4是这两种水轮机转轮的图片。
轴流式水轮机的转轮
图4 轴流式水轮机的转轮（照片来自网络） 轴流定桨式水轮机转轮叶片是固定在轮毂上，结构简单，造价便宜，但只能通过调节导水机构控制出力，在水头与负荷变 化较大时，水轮机效率会有较大下降。轴流定桨式水轮机通常使用在水头25m以下，功率不超过5万千瓦。 轴流转桨式水轮机转轮叶片是可按水头和负荷变化作相应转动，改变叶片的攻角α，可在水头和负荷有较大变化时仍有良好 的运行性能。图5是轴流转桨式水轮机转轮叶片转动的示意图，左图是叶片在关闭状态；中间是计算位置，是正常运转时的 设计位置；右图是全开位置。
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0.8
400
1000
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ZD760-LM-100 ZD760-LMY-100
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3.22
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322△
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SF75-209
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1500
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=+5°
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SF100-16/990
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SF75-14/850
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SF105-14/850
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0.8
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1000
SCR
6
3.632
178.5
521
手动
SF160-12/850
轴流式水轮发电机组（水轮机的设计水头就是水轮机在最优效率点运行时的净水头。单位米。）
主要技术参数表
水轮机
发电机
型号
设计
水头
(m)
设计
流量
m3/S
出力
KW
转速r/min
调速器
型号
额定
功率
KW
功率
因素
额定
电压
V
飞逸转速r/min
励磁
装置
(可控硅)
ZD760-LM-60
5
1.492
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671△
手动
SF55-10/740
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SF250-14/990
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7
5.953
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SF320-14/990
320
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ZD760-LM-120 ZD760-Lmy-120
125
0.8
400
1000
SCR
=+10°
3
2.317
58.4
368△
手动
SF55-16/990
55
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2000
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3.5
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SF75-14/850
75
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400
2000
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446△
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1000
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SF125-12/850
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=+15°
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362△
手动
SF55-16/990
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SF250-14/990
250
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400
856
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3.337
59.5
252△
手动
SF55-24P
55
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1500
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=+15°
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SF160-20/990
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325
手动
SF200-20/990
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手动
SF250-16/990
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SF75-28P
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手动
SF160-14/850
160
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400
856
SCR
6
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225
441
手动
SF75-14/850
75
0.8
400
1650
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=+10°
3
3.516
88.3
294△
手动
SF75-209
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手动
SF100-28P
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手动
SF125-24P
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400
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手动
SF160-24P
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手动
SF75-20/990
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SCR
3.5
4.029
119
318
手动
SF100-20/990
100
0.8
400
1650
SCR
4
4.5
146.7
340
手动
SF125-20/990
125
0.8
400
606
SCR
4.6
4.826
175.8
365
手动
SF160-16/990
160
SCR
3.6
3.852
116
323△
手动
SF100-209
100
0.8
400
1650
SCR
4.2
3.776
142.5
378
手动
SF100-169
100
0.8
400
1650
SCR
3.9
4.494
183.2
370
手动
SF160-16/990
160
0.8
400
750
SCR
5.7
4.847
228.5
406
手动
3.7
2.828
73.1
433△
手动
SF75-14/850
75
0.8
400
2000
SCR
4.1
2.403
85.2
456△
手动
SF75-12/850
75
0.8
400
2000
SCR
5
2.653
114.8
503
手动
SF100-12/850
100
0.8
400
1000
SCR
5.9
2.653
142
547
手动
SF125-12/850
2.5
4.098
88.9
237
手动
SF75-28/1180
75
0.8
400
856
SCR
=+5°
3
4.489
116.9
260
手动
SF100-24/1180
100
0.8
400
1650
SCR
3.4
4.479
141.1
277
手动
SF125-24/990
125
0.8
400
1650
SCR
4
5.184
180
300
55
0.8
400
2000
SCR
=+5°
6
1.635
83.1
735
手动
SF55-8/590
75
0.8
400
1650
SCR
=+10°