水轮机的型
水轮机分类
水轮机分类水轮机是一种利用水能转换成机械能的装置。
根据不同的分类标准，水轮机可以分为多种类型。
本文将从不同的分类角度出发，介绍常见的水轮机类型及其特点。
一、按照叶轮结构分类1. 悬臂式水轮机悬臂式水轮机是一种叶轮只有一侧有叶叶片的水轮机。
它的主要特点是叶轮只有一侧有叶片，叶轮的另一侧是空的，因此在水流作用下，叶轮只能单向旋转。
悬臂式水轮机的结构简单，但效率较低，主要用于小型水电站。
2. 双向逆流式水轮机双向逆流式水轮机是一种具有两个反向旋转叶轮的水轮机。
它的主要特点是叶轮有两个，水从叶轮中央进入，流经两个叶轮，最后从中央排出。
双向逆流式水轮机的效率较高，但制造难度大，主要用于中小型水电站。
3. 直径式水轮机直径式水轮机又称离心式水轮机，是一种叶轮直径较大的水轮机。
它的主要特点是叶轮直径较大，水流进入叶轮后，被离心力推向叶轮的外侧，从而产生动能。
直径式水轮机的效率较高，主要用于大型水电站。
二、按照水流方式分类1. 活塞式水轮机活塞式水轮机是一种利用水流压力推动活塞运动的水轮机。
它的主要特点是利用水流压力差推动活塞运动，从而产生机械能。
活塞式水轮机结构简单，但效率较低，主要用于小型水电站。
2. 喷嘴式水轮机喷嘴式水轮机是一种利用水流喷射推动叶轮旋转的水轮机。
它的主要特点是水从喷嘴射出，喷嘴的高速流体作用于叶轮，产生动能。
喷嘴式水轮机效率较高，但需要较高的水压力，主要用于中小型水电站。
3. 引水式水轮机引水式水轮机是一种利用水流引导叶轮旋转的水轮机。
它的主要特点是利用引水管将水引导到叶轮处，通过叶片的旋转产生动能。
引水式水轮机结构复杂，但效率高，主要用于大型水电站。
三、按照安装方式分类1. 泄流式水轮机泄流式水轮机是一种安装在水流强劲的水流中，利用水流直接推动叶轮旋转的水轮机。
它的主要特点是安装简单，但需要有足够的水源。
泄流式水轮机主要用于山区、河流等水源丰富的地区。
2. 水导式水轮机水导式水轮机是一种利用引水管将水引导到叶轮处的水轮机。
水轮机的类型
二、冲击式水轮机
➢定义：利用水流的动能来做功的水轮 机
➢特征：由喷管和转轮组成。 ➢适用：水头高，流量小，多用于400m
以上，最高接近2000m。
运行中的冲击式水轮机
单喷嘴运行中
➢水斗: 特点是由喷嘴出来的射流沿圆周切线方向冲击转
轮上的水斗作功。 目前，水斗式水轮机是冲击式水轮机中应用最广泛的一种 机型。
水轮机主要类型
反击式水轮机 冲击式水轮机
水轮机主要类型：
水轮机
反击式 冲击式
混流式 轴流式 斜流式 贯流式
水斗式 双击式 斜击式
轴流定浆式
轴流转浆式
全贯流式
灯泡式
半贯流式
轴伸式
竖井式
一、反击式水轮机
➢ 定义：利用水流的势能和动能做功的水轮机
➢ 特征：转轮的叶片为空间扭曲面，流过转轮的水 流是连续 的，而且在同一时间内，所有转轮 叶片之间的流道都有水流通过，水流充满转轮室。
➢斜击式：由喷嘴出来的射流沿圆周斜向冲击转轮上的
水斗。
➢双击式：水流两次冲击转轮。
斜击、双击水轮机构造简单，效率低，用于小型电站。
水
斗
式轮叶ຫໍສະໝຸດ 水轮机转
轮盘
轮
斜击式水轮机转轮
双击式水轮机转轮
（导叶开度、叶片角度)。适用于大型水电站。
轴流式水轮机
轴流转浆式水轮机转轮
3. 斜流式：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。
4. 贯流式：水轮机的主轴装置成水平或倾斜。不设蜗壳，
水流直贯转轮。水流由管道进口到尾水管出口都是轴
向的。H<20m，小型河床电站
灯泡式水轮机组
1. 混流式
水电站技术-5—水轮机选型
六、反击式水轮机主要参数的确定
确定了水轮机的型号后，再计算水轮机的主 要参数： 转轮直径D1，转速n、吸出高Hs。
D1、n应该满足：在Hr下，发出Nr；在Hav时，
η最高。
吸出高Hs应满足：防止水轮机汽蚀，开挖深 度合理。
பைடு நூலகம்
七、 按综合特性曲线选择水轮机的主要参数 1、D1的确定
四、机组台数及单机容量的选择
已知总装机容量(=Z0×N单)，N单不同，D1、n 、Hs、η 均不同。
1、机组台数与机电设备制造的关系
N总一定，Z0多→N单↓→尺寸（D1）小→制造运输容 易→造价高(单位千瓦耗材多、制造量大)。
所以一般选用较大的N单。
2、机组台数与电站投资的关系 Z0多→单位千瓦投资↑→阀门、调速、管道、辐设、 电气等增加→厂房尺寸增加。 N单↓→D1↓→尾水管高度低→开挖少→投资少
二、水轮机选型设计的基本要求
1. 有较好的能量特性，在额定水头下能保证发出额 定出力，额定水头以下的机组受阻容量小，水电 站全厂机组平均效率高。 2. 性能要与水电站的整体运行方式和谐一致，运行 稳定，可靠灵活。有良好的抗空蚀和抗磨损性能， 对多泥沙河流的电站更应如此。 3. 结构设计合理，便于安装与操作、检修与维护。
ZZ440系列水轮机应用范围
4、采用套用机组 根据目前国内设计、施工和运行的电站资料，在 特征水头相近、N单适当，经济技术指标相近时，优 先套用已经生产过的机组，这样可以节省设计时间、 尽早供货、提前发电。 5、直接查产品样本 直接查设备厂家的产品样本，适用于小型电站。
6、统计分析法
对大量已建水电站的参数进行统计，得出水轮机 各参数之间的统计关系，再根据本电站的参数选择。
四、水轮机系列应用范围图
各类型水轮机的型式和适用情况表
各类型水轮机的型式和适用情况表类型名称适用情况
反击式水轮机混流式应用普遍，性能稳定，效率较高（最高达94%），适用水头范围从十几米到六、七百米，单机容量从几个千瓦到几十个
千瓦，可适用于大、中、小型水电站
轴流式
轴流转浆式：适用于低水头（几米到几十米）、大流量，大、
中型水电站，单机容量最大可达二十多万千瓦，性能稳定，
高效率区宽广。
轴流定浆式：适用于低水头、大流量、中小型水电站，单机
容量从几个千瓦到数百千瓦，运行稳定性较差，低负荷运行
时效率低。
斜流式斜流式水轮机是一种新型机型，适用水头较广，最高达二百米，性能稳定，高效率区宽广，亦可适用于抽水蓄能电站。
贯流式过水能力大，水力损失较小，效率较高，结构紧凑，适用水头可达二十多米，单机容量从几个千瓦到几万千瓦，适用于
低水头电站和潮汐电站。
冲击
式水轮机水斗式
适用于高水头（最高达1760米）电站，单机容量从十多千
瓦到二十多万千瓦，性能稳定，效率较反击式水轮机低些，
但结构简单。
斜击式水头适用范围从二十多米到三百米，转轮结构较水斗式简单，制造容易，过水能力较水斗式大些。
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）。
水轮机型号
第四节 水轮机型号
第四节 水轮机型号
一、反击式水轮机的型号
HL 200 L J 500
水轮机型号
型式
代号
混流式
HL
斜流式
XL
轴流转浆式 ZZ
轴流定浆式 ZD
贯流转浆式 GZ
贯流定浆式 GD
可逆式
N
转 主轴布置型式
引水室特征
轮 型 型式 代号
型式
代号 立轴 用 比 卧轴
沿程
局部 水力损 出口 失
ηmax
N~ η
出力 N D1、n、H一定情况下，改变Q时， Nmax
水轮机效率与出力的关系
第七节 水轮机的效率及最优工况
二、水轮机的最优工况
最优工况
效率η最高的工况
起决定作用
的是水头损失 进口水流的撞击损失和出口涡
流损失，则最优工况为撞击损失和涡流损失均最
小的工况。
第七节 水轮机的效率及最优工况
1、高水头水轮机，最优的转轮出流应为法向， 但对中、低水头水轮机，取α2 略小于90°。
2、实际运行中，水轮机运行工况范围均有一定 限制。
第七节 水轮机的效率及最优工况
3、若
Vu2
0
，可能会产生脱流,
出口角＜ 90°
为宜。
4、转桨式水轮机高效区宽的原因就是在非额定工 况下，可调节叶片的安放角，尽可能实现无撞 击进口和法向出口。
活动导 叶 喷嘴 转轮
三机 角效 形率 与与 基最 本优 方工 程况
贯流式
尾水管
➢ 复习及思考题
1、水轮机根据能量转换特征分为哪几类?反击式水轮机及 冲击式水轮机又是如何分类的?
2、试说明各型水轮机的特点及其应用范围。 3、水轮机型号由哪几部分代号组成，各代号的含义?试举
水轮机结构介绍(修改
本图中隐藏了导水机构
支 持 盖 组 件
剖面图
控制环
外形图
接力器安 装处
支持盖 锥体上环 空气围带 锥体下环
支 持 盖
顶盖连接处
真空破坏阀 安装处
支持盖是水轮机的重要支撑部件，它支撑着推力轴承支架，同时将水轮机的部分重量传递给 顶盖，由顶盖将负荷传递到基础上。同时支持盖也是水电机组的重要结构部件，它连接着导叶执 行机构、推力轴承支架和水轮机转轮体等。
本图中隐藏了导水机构
主
轴
转子连 接法兰
推力轴承 配合面
水导轴承 配合面 缸体连 接法兰
作用：
1. 2. 水轮机与发电机的重要连接部件，连接发电机转子和水轮机转轮体； 将水轮机的输出转矩传递给发电机转子。
主 轴 吊 装
装配步骤：
首先在主轴与转子连 接法兰上安装主轴吊具； 用桥机吊起主轴，将主轴 吊入机坑；调整主轴位置， 使得主轴轴心和转轮体轴 心一致；同时保证联轴螺 栓安装孔与转轮体上联轴 螺栓配合正确；安装联轴 螺母，使得二者紧固可靠。 主轴下连接法兰和缸 体的配合面上安装橡皮密 封圈（图中没有表示）。
活塞
轮叶 轮毂 枢轴
转臂 连杆
注：
1.图中没有安装轮叶 操作架；
下盖
连接体
放油阀
泄水锥
2.图中没有标出所有 的连接螺钉和轴套。
轮 叶 接 力 器 装 配（一）
导轴
固定 螺栓
活塞环
装配步骤：
1.安装活塞环； 2.安装导轴；
活塞 3.安装紧固螺栓，连接活塞和导轴；
轮 叶 接 力 器 装 配（二）
谢谢光临小店
完毕
操作油管
外形图
上操作油管
连接轮叶接 力器上腔
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。
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水轮机的型号（转）
根据我国“水轮机型号编制规则”规定，水轮机的型号由三部分组
成，每一部分用短横线“一”隔开。
第一部分由汉语拼音字母与阿拉
伯数字组成，其中拼音字母表示水。
轮机型式，阿拉伯数字表示转轮型号，入型谱的转轮的型号为比转速数值，未入型谱的转轮的型号为各单位自己的编号，旧型号为模型转轮的编号；可逆式水轮机在水轮机型式后加“ N'表示。
第二部分由两个汉语拼音字母组成，分别表示水轮机主轴布置形式和引水室的特征；第三部分为水轮机转轮的标称直径以及其它必要的数据。
水
轮机型号中常见的代表符号如表1-2所示。
对于冲击式水轮机，上述第三部分应表示为：转轮标称直径（cm）
/每个转轮上的喷嘴数x射流直径（cm）。
表1-2水轮机型号的代表符号
各种型式水轮机的转轮标称直径（简称转轮直径，常用表示）
规定如下（参见图1-12所示）：
1. 混流式水轮机转轮直径是指其转轮叶片进水边的最大直径；
2 .轴流式、斜流式和贯流式水轮机转轮直径是指与转轮叶片轴线相交处的
转轮室内径；
3 .冲击式水轮机转轮直径是指转轮与射流中心线相切处的节圆直径。
水轮机型号示例：
1. HL220-LJ-250，表示转轮型号为220的混流式水轮机，立轴、金属蜗
壳，转轮直径为250cm
2. ZZ560-LH-500,表示转轮型号为560的轴流转桨式水轮机，立轴、混凝
土蜗壳，转轮直径为500cm
3. GD600-WP-300表示转轮型号为600的贯流定桨式水轮机，卧轴、灯
泡式引水，转轮直径为300cm
4. 2CJ20-W-120/2 X 10,表示转轮型号为20的水斗式水轮机，
一根轴上装有2个转轮，卧轴、转轮直径为120cm每个转轮具有2 个喷嘴，射流直径为10cm
主题：［水力发电设备］水轮发电机［b］—、发电机类型及传力方式
[/b] [b]（一）悬挂式发电机[/b] 推力轴承位于转子上方，支承在上机架上。
发电机
的传力方式为：转动部分重量（发电机转子、励磁机转子、水轮机转轮）——推力头——推力轴承——定子外壳——机座；固定部分重量（推力轴承、上机架、发电机定子、励磁机定子）——定子外壳——机座。
[attachment=14842] 悬挂式发电机[b]（二）伞式发电机[/b] 推力轴承位于转子下方，设在下机架上。
1．普通伞式。
有上下导轴承。
发电机的传力方式为：机组转动部分的重量——推力头和推力轴承——下机架——机座。
上机架只支撑上导轴承和励磁机定子。
[attachment=14843] 2．半伞式。
有上导轴承，无下导轴承。
发电机通常将上机架埋入发电机层地板以下。
[attachment=14844] 3．全伞式。
无上导轴承，有下导轴承。
机组转动部分的重量通过推力轴承的支撑结构传到水轮机顶盖上，通过顶盖传给水轮机座环。
[attachment=14845] 原帖地址：
【bbs_武侯】说：2008-11-6 5:14:53 发电机分为汽
轮发电机和水轮发电机。
[/url] 水轮发电机是水电站最重要的两大主机设备之一，它的作用是把机械能转变为电能。
（1 ）主要组成和结构特点水轮发电机一般由转子、定子、上机架、下机架、推力轴承、导轴承、空气冷却器、励磁机和永磁机等主要部件组成。
其中转子和定子是产生电磁作用的主要部件，其他部件仅起到支持和辅助作用。
转子由主轴、转子支架、磁轭（轮环）和磁极等部件组成；定子由机座、铁芯和绕组等部件组成。
[b] 由于水电站的水头有限，水压力小，故转速不可能很高，一般在100〜
1000r/min。
与汽轮发电机相比，转速较低，要获得50Hz频率的电能，发电
机转子的磁极也较多同时，为了避免产生几倍于正常水压的水击现象
而要求导叶的关闭时间比较长，但又要防止机组转速上长过高，因此要求转子具有较大的A 重量和结构尺寸，使之有较大的惯性。
[/b] 此外，为了减少占地面积，降低厂房造价，大中型水轮发电机一般采用立轴。
总之，[b] 水轮发电机的特点是转速低、磁极多、转子为凸极式，结构尺寸和重量都较大，大中型机组多采用立式。
[/b] （2）同步发电机的工作原理转子
转动——转子中由励磁电流产生的按正弦分布的旋转磁场切割定子三相对称绕组——定子三相绕组中产生三相正弦交变电动势——定子三相绕组与负载连通后，电路在电动势的作用下有电流通过——向负载输出电能。
（3）水
轮发电机的铭牌参数水轮发电机铭牌上标示的主要参数有型号、容量、电压、电流、转速各温升。
标示的型号以定子铁芯外径、磁极个数及额定容量等用一定的格式排列表示的；而标示的容量、电压、电流、转速和温升等都是该台发电机的额定值。
即能保证发电机正常连续运行的最大限值。
型号：国产发电机型号的含义是
□□□□ - □/ □其中：第1、2、3个框为型式（SF为立式空冷，SFS为立式水内冷，SFW为卧式，SFG为贯流式水轮发电机，SFD为水轮机-电动机）；第4个框为额定容量（MW；第5个框
为磁极个数；第6 个框为定子铁芯外径（cm）。
额定电压：常用符
号Ue表示，系指发电机正常运行时长期安全工作的最高定子绕组线电压，单位是KV。
额定电流：常用符号Ie 表示，系指发电机正常工作连续运行
的最大工作电流，即指额定情况下发电机以此电流运行其温升不会超过允许范围，其单位是A或KA 额定功率：常用符号Pe表示，指发电机在额
定运行情况下输出的有功功率，单位是KW。
额定转速：常用符号Ne
表示，转子正常运行时的转速，单位为r/min 。
额定温升：常用符号T 表示，指发电机某部分的最高温度与额定冷却介质温度差值，额定温升的确定与发电机绝缘的等级以及测量温度的方法有关，我国规定的额定冷却介质温度为40C。
额定频率：我国规定的额定频率为50Hz。