水轮机的主要类型及应用
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。
水轮机的主要类型
⽔轮机的主要类型动能⽔轮发电机⽔流能量机械能电能势能⽔泵电动机⽔⽔轮机+发电机————>⽔轮发电机组。
功能：发电轮⽔泵+电动机————>⽔泵抽⽔机组。
功能：输⽔机⽔泵+⽔轮机————>抽⽔蓄能机组。
功能：抽⽔蓄能本篇重要内容：⽔轮机(turbine)⽔轮机是将⽔能转变为旋转机械能，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。
第⼀章⽔轮机的主要类型、构造及其⼯作原理§1.1 ⽔轮机的⼯作参数(working parameters)⼀、基本概念⽔流经引⽔道进⼊⽔轮机，由于⽔流和⽔轮机的相互作⽤，⽔流便把⾃⼰的能量传给了⽔轮机，⽔轮机获得能量后开始旋转作功。
⽔流流经⽔轮机时，⽔流能量发⽣改变的过程——⽔轮机的⼯作过程。
反映⽔轮机⼯作状况特性值的⼀些参数，称⽔轮机的基本参数。
由⽔能出⼒公式: N=9.81QHη可知，其基本参数包括：⼯作⽔头H、流量Q、出⼒N、效率η，此外还有⼯作⼒矩M、机组转速n。
⼆、⼯作⽔头(working head)如图所⽰，A—A为引⽔道进⼝，B—B为⽔轮机进⼝，C—C为尾⽔管出⼝，D—D为尾⽔渠。
根据能量⽅程可以推导出：1、⽔电站的⽑⽔头(nominal productive head)H m=E A-E C=Z A+H A=Z上—Z下2 、⽔轮机的⼯作⽔头(working head)H G=E B- - E D=H M- h A-B⽑⽔头- ⽔头损失=净⽔头(即⽔轮机的⼯作⽔头)3 、特征⽔头(characteristic head)⽔轮机的⼯作⽔头随上下游⽔位⽽变化，因此提出特征⽔头的概念，⽤于表⽰⽔轮机的运⾏⼯况和运⾏范围。
特征⽔头⼀般由⽔能规划计算确定。
最⼤⼯作⽔头：H max=Z正—Z下min—h A-BZ正为上游正常设计⽔位，Z下min为下游最低⽔位，⼀般取⼀台机组发电时下游⽔位。
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
水轮机分类
水轮机分类一、水轮机分类水轮机是将水能转换成机械能的一种原动机。
它驱动发电机，将旋转的机械能转变为电能。
水轮机和发电机的联合体又称水轮发电机组(简称机组)。
水轮机的工作状况取决于水电厂的工作水头和流量。
由于水头和流量的变化范围很大，因而水轮机的类型也很多。
(一)按水流能量转换特征分类按水流能量转换的特征，水轮机可分为两大类:反击式水轮机和冲击式水轮机。
反击式水轮机特点是:转轮位于水流流经的整个通道中，在同一时间内，所有转轮叶片的通道都有水流通过。
水流流经叶片通道后，流速大小和方向都发生了变化，这种变化反映了水流的动量的变化。
这个动量的变化是转轮作用于水流产生的，因而水流对转轮有个反作用力，这个反作用力推动转轮旋转。
这种利用水流的反作用力推动转轮旋转的水轮机，称为反击式水轮机。
冲击式水轮机的特点是:当水流流经转轮时，不像反击式水轮机那样整个转轮位于水流流经的通道中，只有部分转轮叶片充满了水，其余部分则处在大气之中。
水流以射流形式冲击转轮。
冲击式水轮机实际上是利用水流的动能推动转轮旋转。
而且在同一时间内水流只冲击着部分水斗。
所以利用水流冲击的动能推动转轮旋转的水轮机，称为冲击式水轮机。
反击式水轮机多用于中、低水头水电厂，冲击式水轮机多用于高水头水电厂。
(二)按水轮机结构形式分类水轮机按结构形式的不同又可分为以下几种类型:二、混流式水轮机的构造混流式水轮机又称法兰西斯水轮机，是目前应用最广泛的一种水轮机。
其所以称之谓混流式是因为水流在转轮中的流动过程是辐向进轴向出。
大中型混流式水轮机一般为立式装置，小型为卧式装置。
立式装置有利于尾水管的布置，也便于机组的安装和检修，可减小厂房的平面尺寸。
大型混流式水轮机适用于水头1/—;//3，单机容量已由几十千瓦发展到几十万千瓦，白山水电厂采用我国自行设计制造的单机容量为6//<9 的混流式水轮发电机。
更多精彩:肇庆率性编辑:zqsx2016。
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。
水轮机的主要类型及应用
§1.2 水轮机的主要类型及应用
水轮机的基本类型 根据能量转换的特征，可将水轮机分为反击式、 冲击式两大类 。 1、反击式：水流体的动能和势能发生变化: P1＞P2 2、冲击式：仅利用水流的动能发生变化: P1 =P2 =Pa
混流式转轮：图1—4
(2)、轴流式（卡普兰式）：
水流特点：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：叶片不能随工况的变化而 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变化不大的情况（工况 较稳定）， H：3~50m。 (b)、轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转 动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度）。适 用水头流量的变化，高效率区广，大中型电站多 采用。 H：3~80m。（葛洲坝：17万kW、12.5 万kW，Hr=27m）
斜击式水轮机 图1—9
双击式水轮机（1917年匈牙利人发明， 班克式）
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。
双击式水轮机 图1—10
小结 （表1—1）
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。 水头范围：40~2000m，一般常用水头 范围40~800m。使用最广泛（高水头，小 流量）。中国最高的水斗式水轮机是天湖 水电站，水头高达1022.4m 。
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。
水轮机的工作原理,类型,应用
水轮机的工作原理,类型,应用水轮机是一种利用水能转换为机械能的装置。
它的工作原理基于水的动能和势能的转化，通过水的流动驱动叶轮旋转，进而带动发电机等设备工作。
水轮机的类型多样，根据不同的工作原理和结构特点可以分为各种不同的型号。
水轮机广泛应用于水电站、发电厂、农田灌溉和工业生产等领域。
水轮机的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：首先，水从水源通过引水系统流入水轮机的进水口；其次，水通过导水管道进入叶轮，叶轮上的叶片会因水的冲击力而转动；然后，叶轮的转动使得轴承带动发电机等设备旋转，最终将水的动能转化为机械能。
整个过程中，水通过叶轮的冲击和压力差的作用，完成了能量的转换和传递。
根据水轮机的结构和工作原理的不同，可以分为垂直轴水轮机和水平轴水轮机两大类。
垂直轴水轮机的叶轮轴线与水平面垂直，其叶轮通常由多个叶片组成，水流与叶轮的轴线垂直方向相遇。
而水平轴水轮机的叶轮轴线与水平面平行，其叶轮轴通常设置在水流方向上。
水轮机还可以根据叶轮的形状、转动方式和布置方式划分为不同的型号，如斜流式水轮机、混流式水轮机和轴流式水轮机等。
水轮机广泛应用于水电站和发电厂中。
水电站是利用水的能量转化为电能的场所，水轮机作为水电站的核心设备，承担着将水的动能转化为机械能的重要任务。
通过水轮机的旋转，可以带动发电机发电，将水能转化为电能，并向社会供应清洁、可再生的电力资源。
此外，水轮机还被广泛应用于农田灌溉和工业生产领域。
在农田灌溉中，水轮机可以通过引水系统将水从河流或水库引入农田，提供灌溉水源；在工业生产中，水轮机可以驱动各种设备和机械，满足工业生产的需求。
水轮机是一种重要的水能利用装置，其工作原理基于水的动能和势能的转化。
根据不同的工作原理和结构特点，水轮机可以分为各种不同的类型。
水轮机广泛应用于水电站、发电厂、农田灌溉和工业生产等领域，为社会提供清洁、可再生的能源和动力支持。
随着科学技术的不断发展，水轮机的性能和效率将继续提升，为可持续发展和节能减排做出更大的贡献。
水轮机知识水轮机的主要类型及适用水头
水轮机的主要类型及适用水头水轮机是将水能转换成旋转机械能的一种水力原动机。
根据转轮转换水流能量方式的不同，水轮机分成两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机。
反击式水轮机包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机；冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式水轮机。
一、反击式水轮机反击式水轮机转轮区内的水流在通过转轮叶片流道时，始终是连续充满整个转轮的有压流动，并在转轮空间曲面型叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向，从而对转轮叶片产生一个反作用力，驱动转轮旋转。
当水流通过水轮机后，其动能和势能大部分被转换成转轮的旋转机械能。
1.混流式水轮机如图1-4所示，水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。
混流式水轮机应用水头范围较广，约为20～700m，结构简单，运行稳定且效率高，是应用最广泛的一种水轮机。
图1-4 混流式水轮机1—主轴；2—叶片；3—导叶2．轴流式水轮机如图1-5所示，水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而在转轮区内水流保持轴向流动，轴流式水轮机的应用水头约为3～80m。
轴流式水轮机在中低水头、大流量水电站中得到了广泛应用。
根据其转轮叶片在运行中能否转动，又可分为轴流定桨式和轴流转桨式水轮机两种。
轴流定桨式水轮机的转轮叶片是固定不动的，因而结构简单、造价较低，但它在偏离设计工况运行时效率会急剧下降，因此，这种水轮机一般用于水头较低、出力较小以及水头变化幅度较小的水电站。
轴流转桨式水轮机的转轮叶片可以根据运行工况的改变而转动，从而扩大了高效率区的范围，提高了运行的稳定性。
但是，这种水轮机需要有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。
图1-5 轴流式水轮机1—导叶；2—叶片；3—轮毂3．斜流式水轮机如图1-6所示，水流在转轮区内沿着与主轴成某一角度的方向流动。
斜流式水轮机的转轮叶片大多做成可转动的形式。
因此，斜流式水轮机具有较宽的高效率区，适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40～200m。
水轮机
止漏装置型式 (a)间隙式；(b)迷宫式；(c)梳齿式； (d)阶梯式迷宫
三、导水机构
• 导水机构的作用：
a.主要是形成和改变进入转轮水流的环量，保 证水轮机具有良好的水力特性。 b.调节流量，以改变机组出力。 c.正常与事故停机时，封住水流，停止机组转 动。
1.导水机构 光照采用径向式导水机构。
2. 主轴密封 主轴部分的密封装置分两种，一种是机组 正常运行中，防止水轮机导轴承下部机组漏水 的主轴密封。我厂在导轴承下方设置自补偿型 静压自调节式轴向密封作为工作密封，密封处 的水压力约为0.35MPa，所需的润滑水取自机 组技术供水系统。另一种是作机组停机检修轴 承和轴承下部主轴密封时防止尾水从顶盖涌出 的检修密封。这种密封的结构形式有空气围带 式、机械操作或抬机密封等多种，我厂采用空 气围带密封，由气系统供给压力为0.6～ 0.7MPa的压缩空气。
3.基础环
基础环是混流式水轮机的基础部件， 埋设在混凝土中，它和座环以及尾水管 进口直锥段想连接，转轮的下环在其内 转动。基础环下法兰面也是装拆水轮机 时落放转轮的基础，它与转轮下环底面 之间有一定的间隙，作为安装时放置斜 楔，调整转轮水平用。
4.尾水管
我厂水轮机尾水管采用弯肘形尾水管， 它是由进口椎管、弯形吸管和出口扩散 段组成，用钢筋混凝土浇灌而成。
3. 补气装置 混流式水轮机运行时一般在40～70%额 定出力时尾水管内会出现涡带，由于涡带强 烈扰动，或其频率与机组固有频率重合，就 会产生共振，引起机组震动或出力摆动，此 时需要对尾水管内进行补气，消除或减小涡 带，改善机组运行状态。补气方式分自然补 气和强迫补气两种。常见的补气位置有主轴 中心孔补气、顶盖补气和尾水管补气。我厂 采用主轴中心孔补气方式，利用发电机轴的 中心孔，将空气引入。
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。
水轮机类型及工作参数
第一节水轮机的主要类型自然界有多种能源，其中有很多式可以开发利用的，目前已被利用的能源中主要有热能、水能、风能和核能。
其中水能是一种最经济的能源，水能的开发利用已受到越来越多的关注。
我国有着丰富的水力资源，对水能的开发利用已受到社会的广泛关注，对水能最重要的开发形式就是兴建各种各样的水电站。
水轮机作为将水能转换成旋转机械能的一种水力原动机，是水电站中最重要的组成部分。
根据转轮转换水流能量方式的不同，水轮机分成两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机。
反击式水轮机包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机；冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式水轮机。
一、反击式水轮机反击式水轮机转轮区内的水流在通过转轮叶片流道时，始终是连续充满整个转轮的有压流动，并在转轮空间曲面型叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向，从而对转轮叶片产生一个反作用力，驱动转轮旋转。
当水流通过水轮机后，其动能和势能大部分被转换成转轮的旋转机械能。
1.混流式水轮机如图1-1所示，水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。
混流式水轮机应用水头范围较广，约为20～700m，结构简单，运行稳定且效率高，是现代应用最广泛的一种水轮机。
图1-1 混流式水轮机1—主轴；2—叶片；3—导叶2．轴流式水轮机如图1-2所示，水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而在转轮区内水流保持轴向流动，轴流式水轮机的应用水头约为3～80m。
轴流式水轮机在中低水头、大流量水电站中得到了广泛应用。
根据其转轮叶片在运行中能否转动，又可分为轴流定桨式和轴流转桨式水轮机两种。
轴流定桨式水轮机的转轮叶片是固定不动的，因而结构简单、造价较低，但它在偏离设计工况运行时效率会急剧下降，因此，这种水轮机一般用于水头较低、出力较小以及水头变化幅度较小的水电站。
轴流转桨式水轮机的转轮叶片可以根据运行工况的改变而转动，从而扩大了高效率区的范围，提高了运行的稳定性。
但是，这种水轮机需要有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。
第一章 水轮机的类型构造及工作原理
世界上最高水头的混流式可逆水轮机装于南斯拉夫巴伊 纳巴什塔电站,水头为600.3米，水泵扬程为 623.1米， 单机功率为315兆瓦。
四川农业大学水建系
利用水流的势能和动能进行工作； 转轮完全淹没在密闭的水体中。
总结：水轮机的分类
混流式 轴流式 反击式 轴流转浆式 斜流式 全贯流式 贯流式 灯泡式 轴伸式 竖井式 轴流定浆式
座环（Stay ring）
四川农业大学水建系
三峡水轮机座环，重达 300多吨，竖立的是座环固定导叶， 内侧安装活动导叶，座环中间安装水轮机转轮。
四川农业大学水建系
导水机构（distributor ）
功用：
①引导水流按一定方向进入转轮； ②形成与改变进入转轮的速度环量； ③根据机组负荷变化，调节水轮机流量，改变出力； ④关机时截断水流。
第一节 水轮机主要类型 第二节 水轮机工作参数
第三节 水轮机的基本构造
第四节 水轮机型号 第五节 水流在反击式水轮机转轮中的运动
第六节 水轮机的基本方程式
第七节 水轮机效率及最优工况
四川农业大学水建系
本节课教学内容及教学要求
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水轮发电机组的基本概念
掌握水轮发电机组的基本概念。
水轮机 水斗式 冲击式
利用水流的动能进行工作 四川农业大学水建系 转轮露在空气中。
半贯流式
双击式 斜击式
小结
四川农业大学水建系
第二节 水轮机的工作参数
1 、水轮机的工作参数是表征水流通过水轮机时水流能量 转换为转轮机械能过程中的一些特性数据。 2 、水轮机的基本工作参数主要有水头、流量、转速、出 力、效率。
2 、冲击式水轮机：主要利用水流的动能做功的水轮机。 冲击式水轮机按射流冲击转轮的方式不同分为水斗式、斜击式 和双击式。
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的动能转化为机械能的设备，广泛应用于发电、泵送和提水等领域。
根据其工作原理和构造特点的不同，可以将水轮机分为以下几种类型：1. 响应式水轮机（Impulse Turbine）：响应式水轮机利用高速喷射的水流对叶片产生冲击力，从而驱动轮盘转动。
其构造包括水流喷嘴、喷流管道、叶片轮盘和出水管道等部分。
当水流通过喷嘴时，由于喷嘴内部构造的改变，水流速度迅速增大，导致水流的动能增加。
当喷流进入喷流管道后，受到喷流引导叶片上，水流的动能被转化为轮盘的动能，推动轮盘加速转动。
此时，水流的压力能由于水流速度的增加而降低。
最后，水流通过出水管道排出。
2. 反应式水轮机（Reaction Turbine）：反应式水轮机是利用水流动能的转化和扩张来驱动叶片转动的。
它在喷水嘴和叶片间建立起一定的水力耦合关系。
反应式水轮机包括水流引导器、胶囊壳、叶片和出水管道等部分。
当水流通过水流引导器时，水流被引导到胶囊壳内，形成围绕叶片旋转的水流。
水流在转动的过程中，受到叶片的作用力，导致叶片与水流之间的动量交换，从而使叶片和轮盘转动。
反应式水轮机在转动的同时，能够将水的压力能和动能同时转化为机械能。
3. 流浪式水轮机（Turbo Generator）：流浪式水轮机是水轮机的一种高效型式，其叶片通常呈现湾形，能够在相对低的水头条件下工作。
流浪式水轮机的构造与反应式水轮机类似，主要包括水流引导器、胶囊壳、叶片和出水管道。
流浪式水轮机通过引导水流在叶片上形成湍流，使水流的动能转化为叶片的动能。
在水流引导器和胶囊壳之间形成的高速流动水流，能够有效驱动叶片和轮盘转动。
流浪式水轮机的工作原理类似于反应式水轮机，能够同时利用水的压力能和动能。
总的来说，水轮机的工作原理是通过水流对叶片的冲击或水流与叶片之间的相互作用来驱动叶片和轮盘转动，将水的动能转化为机械能。
水轮机的构造主要包括水流引导器、胶囊壳、叶片和出水管道等部分。
02水轮机的基本类型、构造、特性参数及附属部件
15
1.水 头
• （1）毛水头
– Hm=EA-EC=Z上-Z下
• （2）水轮机的工作水头– 毛水头源自水头损失=净水头(即水轮机的工作水头)
16
1.水 头
• （3）特征水头 ：表示水轮机的运行范围和运行工况。
即水流充满转轮室。
5
反击式水轮机类型
• 1.混流式：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
– 适用于高水头小流量电站。
6
三峡水电站 水轮机转轮
7
反击式水轮机类型
• 2. 轴流式：水流沿转轮轴向流入，轴向流
出，水流方向始终平行于主轴。
– 轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。 – 轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转动，进
• 转轮型号为30，水斗式水轮机，卧轴，一根轴上两 个转轮，转轮直径为120cm,每个转轮两个喷嘴，设 计射流直径为10cm。
22
四、水轮机的型号及标称直径
• 水轮机型式的代号
水轮机型式 混流式 斜流式
轴流转桨式 轴流调桨式 轴流定桨式 贯流转桨式
代号 HL XL ZZ ZT ZD GZ
水轮机型式 贯流调桨式 贯流定桨式 水斗（冲击）式
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二、冲击式水轮机
• 定义：利用水流的动能来做功的水轮机为 冲击式水轮机。
• 特征： 由喷管和转轮组成。水流以自由水 流的形式(P=Pa)冲击转轮，利用水流动能 (V方向、大小改变)产生旋转力矩使转轮转 动。在同一时刻内，水流只冲击着转轮的 一部分，而不是全部
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。
水轮机知识--水轮机的主要类型及适用水头
水轮机知识--水轮机的主要类型及适用水头水轮机知识---水轮机的主要类型及适用水头水轮机的主要类型及适用水头水轮机是将水能转换成旋转机械能的一种水力原动机。
根据转轮转换水流能量方式的不同，水轮机分成两大类:反击式水轮机和冲击式水轮机。
反击式水轮机包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机;冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式水轮机。
一、反击式水轮机反击式水轮机转轮区内的水流在通过转轮叶片流道时，始终是连续充满整个转轮的有压流动，并在转轮空间曲面型叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向，从而对转轮叶片产生一个反作用力，驱动转轮旋转。
当水流通过水轮机后，其动能和势能大部分被转换成转轮的旋转机械能。
1.混流式水轮机如图1-4所示，水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。
混流式水轮机应用水头范围较广，约为20,700m，结构简单，运行稳定且效率高，是应用最广泛的一种水轮机。
图1-4 混流式水轮机1—主轴;2—叶片;3—导叶2(轴流式水轮机如图1-5所示，水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而在转轮区内水流保持轴向流动，轴流式水轮机的应用水头约为3,80m。
轴流式水轮机在中低水头、大流量水电站中得到了广泛应用。
根据其转轮叶片在运行中能否转动，又可分为轴流定桨式和轴流转桨式水轮机两种。
轴流定桨式水轮机的转轮叶片是固定不动的，因而结构简单、造价较低，但它在偏离设计工况运行时效率会第 1 页共7 页水轮机知识---水轮机的主要类型及适用水头急剧下降，因此，这种水轮机一般用于水头较低、出力较小以及水头变化幅度较小的水电站。
轴流转桨式水轮机的转轮叶片可以根据运行工况的改变而转动，从而扩大了高效率区的范围，提高了运行的稳定性。
但是，这种水轮机需要有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。
图1-5 轴流式水轮机1—导叶;2—叶片;3—轮毂3(斜流式水轮机如图1-6所示，水流在转轮区内沿着与主轴成某一角度的方向流动。
水轮机知识水轮机的主要类型及适用水头
水轮机的主要类型及适用水头水轮机是将水能转换成旋转机械能的一种水力原动机。
根据转轮转换水流能量方式的不同，水轮机分成两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机。
反击式水轮机包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机；冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式水轮机。
一、反击式水轮机反击式水轮机转轮区内的水流在通过转轮叶片流道时，始终是连续充满整个转轮的有压流动，并在转轮空间曲面型叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向，从而对转轮叶片产生一个反作用力，驱动转轮旋转。
当水流通过水轮机后，其动能和势能大部分被转换成转轮的旋转机械能。
1.混流式水轮机如图1-4所示，水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。
混流式水轮机应用水头范围较广，约为20～700m，结构简单，运行稳定且效率高，是应用最广泛的一种水轮机。
图1-4 混流式水轮机1—主轴；2—叶片；3—导叶2．轴流式水轮机如图1-5所示，水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而在转轮区内水流保持轴向流动，轴流式水轮机的应用水头约为3～80m。
轴流式水轮机在中低水头、大流量水电站中得到了广泛应用。
根据其转轮叶片在运行中能否转动，又可分为轴流定桨式和轴流转桨式水轮机两种。
轴流定桨式水轮机的转轮叶片是固定不动的，因而结构简单、造价较低，但它在偏离设计工况运行时效率会急剧下降，因此，这种水轮机一般用于水头较低、出力较小以及水头变化幅度较小的水电站。
轴流转桨式水轮机的转轮叶片可以根据运行工况的改变而转动，从而扩大了高效率区的范围，提高了运行的稳定性。
但是，这种水轮机需要有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。
图1-5 轴流式水轮机1—导叶；2—叶片；3—轮毂3．斜流式水轮机如图1-6所示，水流在转轮区内沿着与主轴成某一角度的方向流动。
斜流式水轮机的转轮叶片大多做成可转动的形式。
因此，斜流式水轮机具有较宽的高效率区，适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40～200m。
水轮机的分类
水轮机的分类水轮机是一种将水流能转化为机械能的装置，广泛应用于水力发电、水泵和水压机等领域。
根据不同的分类标准，水轮机可以分为以下几种类型。
一、按照水轮机的工作方式分类1. 响应式水轮机：也称为反应式水轮机，是最常见的一种水轮机。
它利用来自水流的冲击和压力来驱动水轮转动。
响应式水轮机适用于水流较大、水头较高的场所，如大型水电站。
2. 冲击式水轮机：冲击式水轮机利用水流的冲击力来推动水轮旋转。
它适用于水流较小、水头较低的场所，如小型水力发电站。
二、按照水轮机的装置方式分类1. 垂直轴水轮机：水轮机的轴线与水平面垂直，水流从轮盘的中心进入，然后从轮盘的边缘排出。
垂直轴水轮机适用于水流较大、水头较高的场所。
2. 水平轴水轮机：水轮机的轴线与水平面平行，水流从轮盘的一侧进入，然后从轮盘的另一侧排出。
水平轴水轮机适用于水流较小、水头较低的场所。
三、按照水轮机的叶轮形状分类1. 斜流水轮机：斜流水轮机的叶轮叶片呈斜向布置，水流从叶片的一侧进入，然后从叶片的另一侧排出。
斜流水轮机适用于水流较大、水头较高的场所。
2. 混流水轮机：混流水轮机的叶轮叶片呈螺旋状布置，水流既从叶片的内侧进入，也从叶片的外侧排出。
混流水轮机适用于水流较小、水头较低的场所。
四、按照水轮机的功率分类1. 小型水轮机：小型水轮机的功率一般在几千瓦到几十万瓦之间。
它适用于小型水力发电站、农村生活用水等场所。
2. 中型水轮机：中型水轮机的功率一般在几十万瓦到几百万瓦之间。
它适用于中型水力发电站、工业用水等场所。
3. 大型水轮机：大型水轮机的功率一般在几百万瓦到几千万瓦之间。
它适用于大型水力发电站、水压机等场所。
五、按照水轮机的安装方式分类1. 固定式水轮机：固定式水轮机是通过固定在地面或混凝土坝上来安装的。
它适用于水流较大、水头较高的场所。
2. 浮动式水轮机：浮动式水轮机是通过浮筒或浮船来支撑和安装的。
它适用于水流较小、水头较低的场所。
六、按照水轮机的特殊用途分类1. 波浪能水轮机：波浪能水轮机是一种利用海洋波浪能量来发电的水轮机。
水力转轮的分类
水力转轮是一种利用水流动能将机械能转化为电能或其他形式能量的装置。
根据不同的分类标准，可以将水力转轮分为多种不同类型。
以下是水力转轮的分类：一、按转轮类型分类1. 侧向进水水轮机：水从侧面进入转轮，转轮通常为圆盘形，由于水的冲击力使得转轮旋转，从而驱动发电机等设备产生电能。
2. 顶进式水轮机：水垂直地从顶部进入转轮，通常用于高水头情况下的发电。
3. 斜流水轮机：水从斜向进入转轮，适用于低水头情况下的发电。
4. 混流水轮机：水从上、下两个方向进入转轮，形成旋涡推动转轮旋转，广泛应用于中、低水头情况下的发电。
二、按转轮轴向分类1. 竖轴水轮机：转轮的轴线与水流方向垂直，适用于小型水电站或者山区水电站。
2. 横轴水轮机：转轮的轴线与水流方向平行，适用于大型水电站。
三、按水轮机转子叶片形状分类1. 直板叶水轮机：转子上的叶片为直板形状，结构简单，易于制造，但效率低。
2. 斜板叶水轮机：转子上的叶片为斜板形状，流线型更加合理，相比较直板叶水轮机，效率更高。
3. 弧形叶水轮机：转子上的叶片为弧形状，适用于中、低水头的发电。
四、按转子的数量分类1. 单级水轮机：只有一个转子，适用于小型水电站。
2. 多级水轮机：有多个转子，适用于大型水电站。
五、按水轮机的安装方式分类1. 固定型水轮机：水轮机固定在地面或者水库边缘，水从引水渠道流入。
2. 浮动式水轮机：水轮机浮在水面上，通过浮筒保持平衡，适用于水位变化较大的地区。
总之，水力转轮是一种非常重要的水能利用设备，不同类型的水力转轮适用于不同的水资源环境。
科学合理的选择水力转轮类型，可以有效提高水能的利用效率，为人们的生产和生活带来更多的便利。
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轴流式 转轮 流特点：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。 H=40~120m。
兼有轴流转浆式运行效率高，混流式水轮机 汽蚀性能好、强度高的优点。 适用水头范围 H=40~200m。是具有可逆性的水泵―水轮机， 广泛地用于抽水蓄能电站
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。
双击式水轮机 图1—10
叶，转轮部分接触水流； （2）在大气压下工作； （3）水轮机依靠喷嘴的射流冲击力使转轮转
动，利用的是水的动能。 2、 类型及适用条件 ：
1）水斗式水轮机（切击式）（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。
水头范围：40~2000m，一般常用水头 范围40~800m。使用最广泛（高水头，小 流量）。中国最高的水斗式水轮机是天湖 水电站，水头高达1022.4m 。
水轮机的主要类型及应用
路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
一、 反击式水轮机
1、反击式水轮机的特点及适用条件P9
反击式水轮机在整个工作过程中，转轮是浸在有 压的水流中，且P1>P2 ，反击式水轮机获得的机 械能是通过水流的动能和压能变化转换得来的。 转轮内既有动能的变化，也有压能的变化。比较 起来，通常水流进入转轮的流速较小，即水流中 包含的动能成分很小，可进一步说反击式水轮机 主要是以水流压能变化进行工作的。由于流动是 有压的，所以反击式水轮机既不可能是不满流的， 也不可能是局部进流的。
2、反击式水轮机的类型：
(1)、混流式：（法郎西斯式）水流特点：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；大、中、小及微型机。
优点：适用范围广，结构简单，运行稳定，效 率高，适用中、高水头（小）流量电站。（刘 家峡、二滩、及三峡水电站）
水斗式水轮机 图1—8
2）斜击式水轮机 图1—9
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， 斜 击水轮机构造简单，效率低，最大单机容量一 般不超过400KW，故只适用用于小型水电站。
斜击式水轮机 图1—9
双击式水轮机（1917年匈牙利人发明， 班克式）
半贯流式水轮机又可分为轴伸式、竖井式、灯泡式 （运用比较广泛）。
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~ 几万千瓦小型河床电站。
贯流式水轮机 图1—7
全贯流式水轮机
二、冲击式水轮机
1、特点： （1）转轮工作过程中，喷嘴射流冲击部分导
斜流式 水轮机 图1—6
(4)、贯流式水轮机：
水流特点：水流沿轴向直贯流入流出水轮机，故称 为贯流式水轮机。根据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；根据转轮轮叶能否改变 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。优点 为水力损失小，过流量大，结构紧凑，密封不易，应用 较少。目前还没有投入生产。
混流式转轮：图1—4
(2)、轴流式（卡普兰式）：
水流特点：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：叶片不能随工况的变化而 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变化不大的情况（工况 较稳定）， H：3~50m。
(b)、轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转 动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度）。适 用水头流量的变化，高效率区广，大中型电站多 采用。 H：3~80m。（葛洲坝：17万kW、12.5 万kW，Hr=27m）