轴流式水轮机
轴流式 贯流式
轴流式贯流式
轴流式和贯流式是两种不同类型的风机或水轮机的工作方式，它们在结构和运行原理上有所不同。
轴流式风机或水轮机的特点是气体或水流平行于风机轴或水轮机轴流动。
在轴流式风机中，叶片推动空气沿着与轴相同的方向流动，产生气流。
这种类型的风机通常用于需要大风量但压力要求较低的场合，如电风扇或空调的外机风扇。
轴流式水轮机则利用水流沿着轴线方向的动能来转动转轮，进而驱动发电机发电。
贯流式风机或水轮机，又称为横流式，其特点是气体或水流垂直于风机轴或水轮机轴流动，并贯穿整个叶轮或转轮。
在贯流式风机中，气流通过叶轮的旋转被强制折转，从而产生较大的风压。
这种类型的风机通常用于需要较高风压但风量要求适中的场合，如空调挂机或风幕机等。
贯流式水轮机则利用水流通过转轮时的动能和势能转换来产生旋转力，进而驱动发电机发电。
这种类型的机组通常适用于低水头、大流量的水电站。
总的来说，轴流式和贯流式风机或水轮机在结构和运行原理上有所不同，分别适用于不同的场合和需求。
在选择使用哪
种类型的风机或水轮机时，需要根据具体的应用场景和要求进行评估。
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
轴轮转浆式水轮机介绍(最详细)
位置
额定容量 (MW)
加拿大 越南 塔吉克斯坦 俄罗斯 苏丹 尼日利亚
3x86.5 2×55.4 2×115 1×52.5 4X80 3x120
转轮 直径 (m)
6.3
6.0 8.5 6.6 5.6 6.8
叶片数 投运 运营情况 时间
5
1984 良好
4
2023 良好
4
2023 良好
6
2023 良好
6
转轮 直径 (m) 10.2
8.0
10.4 6.4 8.0 9.0 10.1
叶片数
5 6 5 5 5 5 4
投运 运营情况 时间
1982 1996 2023 2023 2023 2023 2023
良好 良好
良好 良好 良好 良好 安装中
国际大型轴流水电站
项目
尼伯温 西山 山图迪斯II 切姆良 上阿特巴拉 凯恩吉
水力开发
先进旳设计手段
水力设计
CFD— 水力设计计算
模型试验 — 指导与修正
Ansys
先进旳设计手段
刚强度分析
I-deas
Hale Waihona Puke 轴系动态特征分析 三叶动态涡频分析
先进旳设计手段
推力轴承支架 直缸接力器 混凝土蜗壳 弯肘形尾水管
总体布置
机坑里衬 顶盖 轴承 密封 主轴
推力轴承支架 支持盖 导叶 座环 蜗壳 转轮 转轮室 尾水管
转轮室
分为上、中、下三段 流道表面采用马氏体不锈钢 流道表面全部精加工
里衬
尾水管锥管段
流道里衬范围
蜗壳导流段
尾水管中墩导流段
并能够根据顾客要求增长
感谢！
总体布置
轴流式水轮机型号
轴流式水轮机型号
适用于开发较低水头（2-30m）较大流量的水力资源, 适用于水头变化大而负荷变化较小的电站, 该机型为立轴装置, 具有结构简单, 维修方便, 设备价格较低, 便于实现直接传动等特点。
从进水流道分：有明槽、有压明槽、混凝土蜗壳; 从尾水流道分：有直锥管和弯肘管两种。
ZDT03 ─LM(Y)
─ 43型水轮机性能配套表LH(J)
ZDT03 ─LM(Y)
─ 60型水轮机性能配套表LH(J)
ZDT03 ─LM(Y)
─ 80型水轮机性能配套表LH(J)
LH(J)
LH(J)
LH(J)
LH(J)
定浆、转浆轴流式系列水轮机组特点
（或整装轴流式水轮机组）
※ 提供转达浆系列水轮机，增加年平均发电量的10%—30%
※ 提供固定座环外调速结构，不断导叶轴
※ 选用自润滑复合材料轴套（国家重点推广产品）
※ 顶盖拉钩处加大加厚，运行更稳定
※ 采用压紧式层叠型橡胶轴瓦，更换易、成本低、运行更稳定。
※ 原梳齿密封必为填料密封
ZDT03 ─LM(Y)
─ 180型水轮机性能配套表LH(J)
ZD560(a)─ LM(Y)
─ 43型水轮机性能配套表
LH(J)
ZD560(a)─ LM(Y)
─ 60型水轮机性能配套表
LH(J)
ZD560(a)─ LM(Y)
─ 80型水轮机性能配套表
LH(J)
ZD560(a)─ LM(Y)
─ 100型水轮机性能配套表
LH(J)
ZDJP502─LH(J)-100型水轮机性能配套表。
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。
轴流式水轮机
桨叶反馈信号 去调速器
操作油管
叶片
泄水锥
受油器结构与工作原理
操作油管及连接法兰
操作油管
外形图
上操作油管
连接轮叶接 力器上腔
中操作油管 下操作油管
连接轮叶接 力器下腔
端面图
转轮体内部结构
导轴 活塞环 活塞 轮毂
枢轴
转臂 连杆 连接体 下盖 放油阀 泄水锥
转轮体内部结构
缸体 护盖
轮叶密封 轮叶
操作油管 水轮机大轴
顶盖 水导轴承
支持盖 转轮体
主轴密封
轮叶接力器 叶片操 作机构
泄水锥
2）轴流式水轮机的导轴承——分 块瓦式 稀油润滑水导轴承
水导轴承箱
轴瓦 轴领
抗重螺钉
给水 排水
○○○○接力器 轮叶
操作架
4）桨叶操作系统
回油 压力油
漏油 水轮机大轴 桨叶接力器
谱或模型 特性曲线）例：ZZ440,K=0.71
Tz=KD12Hmax(104)N
２或经验公式计算（经验系数）
Tz
k
π 4
D12Hmax(104
N)
叶片数 ４
５
６
７
８
Ｋ
0.85
教材P206
0.87 0.90 0.93 0.95
３由单位轴向水推力曲线换算：教材P207
Tz TZ11D12Hmax (N ) TZ11 : 单位轴向水推力，查实验曲线
等开度线
等叶片转角线
5o......0o......10o
导叶开度增大
水
头
增 大
ao 10......20.......30
Q11
三、水轮机的轴向水推力
轴流式水轮机的典型结构分析
水管等部件组成 。蜗壳是水轮机的基础部件 ， 它使
水轮机进 水形成 一定环 量并沿 整个 圆周 均匀地输 送
收 稿 Ｅ期 ：０ ９ １ ９ 修 回 日期 ：０ ９ ２—２ ｔ ２０ —１ —０ ； ２ ０ —１ ４
导水机构主要由底环 、 顶盖、 导叶、 控制环、 接力
器、 导叶传 动 件 、 持盖 等部件 组成 ， 轮机转 轮 所 支 水
保护 ， 防止水流对混 凝土 的冲刷 ， 为 保护 钢板一直 延
续到水 流速 度 ６ｍ／ 左 右 的地方 。有时为 了免去 立 ｓ
机组 的 运 行 性 能 已 达 到 或 优 于 国 外 同类 机 型 的
水平 。
模、 拆模工作 ， 保证外形尺寸正确， 整个肘管甚至出
口扩散 管都用 钢 板里 衬 。大 型里衬 在 工 厂成 型 ， 分
重 量 、 轮机 的水 推力及蜗 壳 的内水 压力 ， 水 因此 要求 有足 够 的强度 和刚 度。座 环 一般 由上 环 、 环和 固 下
定 在转轮 体上 ， 叶片安放 角不能在运 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 。轴 流转桨式水 轮机
流式水轮机设计具有参考意义。
关 键 词 ： 流 式 水轮 机 ； 环 ； 承 ； 水 机 构 ； 轴 密封 ； 轴 座 轴 导 主 转轮
中图分类号 ： ７ ３３ ３ ＴＫ ３ ．０
文献标识码 ： Ｂ
文章编号 ：０ １ ０ Ｘ ２ １ ）２ ０６ ３ １ ０ —４ ８ （０ ０ ０ —０ ６ —０
提高其 抗空蚀 能力 ， 面 采用 不锈 钢制 造 。尾 水 管 球
轴流式水轮机
知识创造未来
轴流式水轮机
轴流式水轮机是一种利用水流能量转换为机械能的设备。
它采用轴向流动的水流与转子叶片相对作用的原理，将水
流能量转化为转子轴上的转动能量。
轴流式水轮机的主要组成部分包括水轮机壳体、导流装置
和转子。
水流由导流装置引导进入水轮机壳体内，经过转
子的叶片作用后，使转子产生转动。
转子上的叶片形状和
数量可以根据需要进行设计，以适应不同的水流条件和功
率要求。
轴流式水轮机具有高转速、高效率和适应范围广等特点。
它可根据需要调整导向叶片的角度来调节输出功率，适用
于中小型水电站、水利灌溉和排水等领域。
然而，轴流式水轮机也存在一些问题，如容易因水质问题
产生堵塞、效率受水流条件限制等。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的水轮机类型。
1。
轴流式水轮机的标称直径
轴流式水轮机的标称直径
轴流式水轮机是一种常见的水力发电装置，广泛应用于发电厂、水利工程以及农田灌溉等领域。
其中的一个重要参数就是标称直径。
轴流式水轮机的标称直径是指水轮机进水口处的直径。
它是设计师根据水头、流量和转速等因素计算出来的。
标称直径的选择对于水轮机的性能具有重要影响。
首先，标称直径直接关系到水轮机的效率。
如果标称直径过小，进水量可能不足，导致水轮机无法充分利用水能，效率低下。
而如果标称直径过大，进水量会过大，水流速度下降，同样会影响水轮机的效率。
因此，选择合适的标称直径可以最大限度地提高水轮机的效率。
其次，标称直径还与水轮机的叶片设计密切相关。
标称直径的大小会影响叶片的长度和形状。
叶片的设计影响着水轮机的叶轮流道，进而影响水流的流速和流向。
只有选择合适的标称直径，才能使叶
轮流道设计得更加合理，水流能够顺畅地通过，提高水轮机的效率和性能。
此外，标称直径还与水轮机的结构和尺寸有关。
一般来说，标称直径较大的水轮机通常体积也较大，需要更多的空间来安装。
而标称直径较小的水轮机体积相对较小，安装起来更加灵活。
因此，在选择水轮机时，需要根据实际场地条件和要求来确定合适的标称直径。
总的来说，轴流式水轮机的标称直径是一个重要的参数，直接关系到水轮机的效率、性能以及适用场景。
选择合适的标称直径是确保水轮机正常运行和发挥最佳性能的关键。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况进行合理选择，以达到最佳的发电效果和经济效益。
轴流式水轮机的结构
第二节 轴流式水轮机的结构一、概述轴流式水轮机与混流式水轮一样属于反击式水轮机，由于水流进入转轮和离开转轮均是轴向的，故称为轴流式水轮机。
轴流式水轮机又分为轴流定桨式和轴流转桨式两种。
轴流式水轮机用于开发较低水头，较大流量的水利资源。
它的比转速大于混流式水轮机，属于高比转速水轮机。
在低水头条件下，轴流式水轮机与混流式水轮机相比较具有较明显的优点，当它们使用水头和出力相同时，轴流式水轮机由于过流能力大（图2-15），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。
当两者具有相同的直径并使用在同一水头时，轴流式水轮机能发出更多的效率。
特别是轴流转桨式水轮机，由于转轮叶片和导叶随着工况的变化形成最优的协联关系，提高了水轮机的平均效率，扩大了运行范围，获得了稳定的运行特性，更是值得广泛使用的一种机型。
图2-15 轴流式水轮机1— 1— 1— 转轮接力器活塞；2—转轮体；3—转臂；4—叶片；5—叶片枢轴；6—转轮室图2-16所示是轴流转桨式水轮机的结构图。
它的工作过程和混流式水轮机基本相同。
水流经压力水管、蜗壳、座环、导叶、转轮、尾水管到下游。
与混流式水轮机所不同的是负荷变化时，它不但调节导叶转动，同时还调节转轮叶片，使其与导叶转动保持某种协联关系，以保持水轮机在高效区运行。
轴流式水轮机转轮位于转轮室内，轴流式水轮机转轮主要由转轮体、叶片、泄水锥等部件组成。
轴流转桨式水轮机转轮还有一套叶片操作机构和密封装置。
转轮体上部与主轴连接，下部连接泄水锥，在转轮体的四周放置悬臂式叶片。
在转桨式水轮机的转轮体内部装有叶片转动机构，在叶片与转轮体之间安装着转轮密封装置，用来止油和止水。
轴流式水轮机广泛应用于平原河流上的低水头电站，应用水头范围为3～55m ，目前最大应用水头不超过70m 。
限制轴流式水轮机最大应用水头的原因是空化和强度两方面的条件。
由于轴流式水轮机的过流能力大。
单位流量11Q 和单位转速11n 都比较大，转轮中水流的相对流速比相同直径的混流式转轮中的高，所以它具有较大的空化系数 。
水轮机的分类
水轮机的类型
1、反击式水轮机
定义：利用水流的势能和动能做功的水轮机称为反击式水轮机。 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，即水流充满转轮室。
（1）混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。
适用范围：H=20-700 m , 单机容量：几万kW-几十万kW 广泛应用于中高水头、中小流量电站。
广泛，机组结构紧凑，流道形状平直，水力效率高。
轴伸式贯流机组：发电机安装在外面，水轮机轴伸出到
尾水管外面。
竖井式贯流机组：发电机安装在竖井内
2、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：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转变成高速自由射流，该射流冲击 转轮的部分轮叶，并在轮叶的约束下发生流速大小和方 向的急剧改变，从而将其动能大部分传递给轮叶，驱动 转轮旋转。 在射流冲击轮，水流只冲击着转轮的一 部分，而不是全部。 类型：水斗式、斜击式、双击式。
（3）双击式
特点：从喷嘴出来的射流先后两次冲击在转轮叶片上。 这种水轮机结构简单、制作方便，但效率低、转轮叶片 强度差。 适用：仅适用于单机出力不超过1000kW的小型水电站， 其适用水头一般为5～100m。
（三）水轮机适用水头
OVER
适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40～200m 。
常用于抽水蓄能水电站。
（3）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。适用于低水头、大流量的 河床式和潮汐水电站。
叶片：固定的或可转动的两种。 应用：贯流式水轮机的适用水头为1～25m，适用于低水 头、大流量的河床式和潮汐水电站。目前我国自行研制 的最大的灯泡贯流式水轮机转轮直径为5.5m，单机出力 为15MW。 类型：全贯流式、半贯流式。