(完整word版)水轮机概论
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情景1
2 均流速，m/s；I、II分别为Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处的过流断面速度分布不均匀系数；为水的密度，kg/m3；g为重力加速度。 净水头H又可表示为： 1AghHH （1-2） 式中：Hg为水电站水头（毛水头）；1Ah为水电站引水建筑物中的水力损失。 毛水头是水电站上、下游水位的高程差，用符号gH表示，单位为m。 2．额定水头Hr 额定水头是水轮机在额定转速下，输出额定功率时的最小净水头，单位为m。 3．设计水头Hd 设计水头是水轮机在最高效率点运行时的净水头，单位为m。 4．最大（最小）水头Hmax（Hmin） 最大（最小）水头是在运行范围内，水轮机水头的最大（最小）值，单位为m。 5．加权平均水头Hw 加权平均水头是在电站运行范围内，考虑负荷和工作历时的水轮机水头的加权平均值，单位为m。 图1-2 立轴反击式水轮机的工作水头
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1 情景1 水轮机概论 1.1 水轮机基本参数 水轮机是把水流能量转换成旋转机械能的水力机械，是水电厂最主要的动力设备。水轮机主轴带动发电机轴旋转，利用发电机将机械能转换成电能。水轮机一般装在水电站的厂房内，如图1-1所示，当水流经引水道进入水轮机，由于水流和水轮机的相互作用，水流的能量便传给了水轮机，水轮机获得能量后开始旋转而做功。因为水轮机轴和发电机轴相连，水轮机便把它获得的能量传给了发电机，并驱动带有磁场的发电机转子转动而形成旋转磁场，发电机定子绕组切割磁力线而感应出电动势，带上外负荷后便输出了电流。 当水流通过水轮机时，水能即转变成机械能，这一工作过程的特性可用水轮机基 本参数来表征。其基本参数有：水头H、流量Q、功率P、效率η和转速n等。 1.1.1 水轮机水头H 1．净水头H 净水头是水轮机进口与出口测量断面的总水头差，即水轮机做功用的有效水头，用符号H表示，单位为m。图1-2为反击式水电站水轮机装置示意图。 对于反击式水轮机，进口断面取在蜗壳进口处Ⅰ-Ⅰ断面，出口断面取在尾水管出口Ⅱ-Ⅱ断面，则净水头为 ggpZggpZHIIIIIIIIII2222 （1-1） 式中：ZI 、ZII分别为断面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处相对于某基准的位置高度，m；Ip、IIp分别为断面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处的流体压强，Pa； I、II分别为Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处过流断面的平 图1-1 拦河坝式水电站坝后式厂房 1-水轮机；2-发电机；3-尾水管；4-桥机；5-引水道
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3 对于冲击式水轮机，以图1-3卧轴水斗式水轮机为例，净水头H则为喷嘴进口断面与射流中心线（两者距离为a）跟转轮节圆相切处单位质量水流机械能之差，即 IIIIZggpaZH22 （1-3） 1.1.2 水轮机流量Q 水轮机流量是单位时间内通过水轮机进口测量断面的水的体积，用符号Q表示，单位为m3/s。即 FQ （m3/s） （1-4） 式中：F为水轮机过水断面面积，m2；为过水断面平均流速，m/s。 1．额定流量Qr 额定流量是水轮机在额定水头、额定转速下，输出额定功率时的流量，单位为m3/s。 2．水轮机空载流量Qo 水轮机空载流量是水轮机在额定水头和额定转速下，输出功率为零时的流量，单位为m3/s。 1.1.3 水轮机功率P 1． 水轮机输入功率Pin 水轮机输入功率是水轮机进口水流所具有的水力功率，单位为kW或MW。 QHgQHPin81.9 (kW) （1-5） 2． 水轮机输出功率Pout 水轮机输出功率是水轮机主轴输出的机械功率，单位为kW或MW。 由于水流在通过水轮机时会产生一部分损耗，包括容积损失、水力损失和机械损失，因此水轮机的出力Pin要小于水轮机的输入功率Pout，两者关系为 图1-3 卧轴水斗式水轮机水头
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4 QHPPinout81.9 (kW) （1-6） 式中：为水轮机效率，一个小于1的系数。 3． 额定输出功率Pr 额定输出功率是在额定水头和额定转速下水轮机能连续发出的功率，单位为kW或 MW。 1.1.4 水轮机效率η 效率是水轮机输出功率与其输入功率的比值。它表示水流能量的有效利用程度，即 inoutPP （1-7） 水轮机的效率与设计、制造工艺及运行工况有关。对于某水轮机而言，在最优运行工况时水轮机效率最高，水轮机各效率中的最大值即最优效率。目前水轮机效率最高可达93%~96%。 1.1.5 水轮机转速n 水轮机转速是指水轮机转轮单位时间内旋转的圈数，用符号n表示，单位为r/min。额定转速nr是水轮发电机组按电站设计选定的稳态同步转速。 水轮机的旋转方向是从发电机轴端看到的转轮的旋转方向。贯流式水轮机则从上游向下游方向看。水泵水轮机的旋转方向取水轮机工况的旋转方向。 1.2 水轮机的类型及应用 1.2.1 水轮机基本类型 水轮机属于水力机械中的一种，即水力原动机。不同的水头和流量，所适用的水轮机型式与种类也不一样。现代水轮机按水能利用的特征分为两大类，即反击式水轮机和冲击式水轮机，见表1-1。 1. 反击式水轮机 转轮利用水流的压力能和动能做功的水轮机是反击式水轮机。在反击式水轮机流道中，水流是有压的，水流充满水轮机的整个流道，从转轮进口至出口，水流压力逐渐降低。水流通过与叶片的相互作用使转轮转动，从而把水流能量传递给转轮。为减少水流与叶片相互作用时的能量损失，反击式水轮机的叶片断面多是空气动力翼型形状。反击式水轮机根据其适应的水头和流量的不同，又分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种型式。 2. 冲击式水轮机 转轮只利用水流动能做功的水轮机是冲击式水轮机。冲击式水轮机的明显特征是：水流在进入转轮区域之前，先经过喷嘴形成自由射流，将压能转变为动能，自由射流以动能形式冲动转轮旋转，故称为冲击式。在冲击式水轮机流道中，水流沿流道流动过程中保持压力不变（等于大气压力），水流有与空气接触的自由表面，转轮只是部分进水，因此水流是不充满整个流道的。为适应于利用水流动能做功的需要，冲击式转轮叶片一般呈斗叶状。按射流冲击转轮叶片的方向不同可分为水斗式（切击式）、斜击式和双击式。
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6 3. 斜流式水轮机（图1-6） 斜流式水轮机是指轴面水流以倾斜于主轴的方向进、出转轮的反击式水轮机。其转轮在结构与性能方面介于轴流式与混流式之间。斜流式转轮也可分为转桨式和定桨式，一般是转桨式。与轴流转桨式类似，斜流转桨式水轮机的转轮叶片在运行中一般也可以改变角度，从而实现双重调节，但结构复杂，制造难度大。斜流式水轮机有较宽的高效率区，常用于抽水蓄能式水电站，作为水泵水轮机使用。这种水轮机的应用水头为40~120m。 4. 贯流式水轮机（图1-7） 贯流式水轮机是指过流通道呈直线（或S形）布置的轴流式水轮机。贯流式水轮机为卧轴布置，进水管、转轮室与尾水管为同一中心线，水流在整个水轮机流道中“直贯”而过，故称为贯流式。这种水轮机水力损失小，过流能力大，适用于水头为2~20m的低水头水电站。 贯流式水轮机的转轮与轴流式水轮机相同，只是流道形式有区别。贯流式转轮也可分为贯流转桨式、贯流调桨式和贯流定桨式。此外，根据流道布置形式的不同，又分为全贯流式与半贯流式。贯流式水轮机转轮可设计成双向流动方式在潮汐电站中使用。 5. 水斗式水轮机（图1-8） 水斗式水轮机是指转轮叶片呈斗形，且射流中心线与转轮节圆相切的冲击式水轮机，又称贝尔顿水轮机，或称切击式水轮机。它靠从喷嘴出来的射流沿转轮切线方向冲击转轮而做功，因此称为切击式。这种水轮机的叶片如勺状水斗，均匀排列在转轮的轮辐外图1-4 混流式水轮机 图1-5 轴流式水轮机 图1-6 斜流式水轮机 1-7 贯流式水轮机
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7 周，故此又称为水斗式。水斗式水轮机适用于高水头小流量的水电站。小型水斗式水轮机的应用水头为40~250m，大型水斗式水轮机用于200~450m水头的电站，目前最高应用水头达1772 m。 6. 斜击式水轮机（图1-9） 斜击式水轮机是指转轮叶片呈碗形，且射流中心线与转轮转动平面呈斜射角度的冲击式水轮机。它靠从喷嘴出来的射流以一定角度（一般约22.5o）斜向冲击转轮叶片做功。它的结构简单，造价低，一般用于中小型水电站中，适用水头25~300m。 7. 双击式水轮机（图1-10） 双击式水轮机是指转轮叶片呈圆柱形布置，水流穿过转轮两次作用到转轮叶片上的冲击式水轮机。其特点是喷嘴出来的射流首先从转轮的外周进入部分叶片流道，并将约80％的水流能量传递给转轮，然后，这部分水流再从转轮内部二次进入另一部分叶片流道，将剩余的能量传递给转轮。由于水流两次冲击转轮叶片，称之为双击式。它结构简单，制造方便，但效率低。一般用于小型水电站，适用水头为5~150m。 8. 水泵水轮机 水泵水轮机是指既可作水轮机运行又可作蓄能泵运行的水力机械，亦称可逆式水轮机。同一水轮机，既可作为水轮机运行又能作为水泵运行，工作状态具有可逆性。这种水轮机的转轮兼有水轮机和水泵的特点，当它在水泵工况和水轮机工况运行时旋转方向相反，而且水流方向相反。可逆式水轮机用在抽水蓄能电站，调节电力系统的峰谷差。在用电低谷时，它消耗系统电能作水泵运行，将下游水池的水抽到上游水库；在用电高 图1-8 水斗式水轮机 1-水斗；2、4-转轮；3-机壳；5-喷嘴；6-针阀；7-调速手轮；8-压力水管；9-尾水渠
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5 表1-1 水轮机型式及适用范围表 类 型 型 式 适用水头（m） 反击式 混流式 25~700 轴流式 轴流转桨式 3~80 轴流调桨式、定桨式 3~50 斜流式 40~120 贯流式 贯流转桨式 <20 贯流调桨式 贯流定桨式 冲击式 水斗式（切击式） 100~2000 斜击式 20~300 双击式 5~150 1.2.2 各类型水轮机特点及应用范围 1. 混流式水轮机（图1-4） 混流式水轮机是指轴面水流径向流入、轴向流出转轮的反击式水轮机，又称法兰西斯式水轮机或辐向轴流式水轮。最早发明这种水轮机的是1847年在美国工作的英国工程师法兰西斯。 混流式水轮机为固定叶片式水轮机，混流式转轮由上冠、叶片、下环连成一个整体。因此，结构简单，具有较高的强度，运行可靠，效率高，应用水头范围广，一般用于中高水头水电站，大、中型混流式水轮机应用水头范围为30~450m。可逆混流式水轮机（转轮为主动时可当水泵用）应用水头高达700m。中、小型混流式水轮机的适用水头范围为25~300m。 2. 轴流式水轮机（图1-5） 轴流式水轮机是指轴面水流轴向进、出转轮的反击式水轮机。其转轮形似螺旋桨，水流在转轮区域是轴向流进轴向流出的。根据叶片在运行中能否相对转轮体自动调节角度，又分为轴流转桨式、轴流调桨式和轴流定桨式。 （1）轴流转桨式水轮机。轴流转桨式水轮机是指转轮叶片可与导叶协联调节的轴流式水轮机，又称卡普兰式水轮机。其转轮叶片可以根据运行条件调整到不同角度，转轮叶片角度在不同水头下与导水叶开度都保持着相应的协联关系，实现了导水叶与转轮叶片双重调节，扩大了高效率区的范围，使水轮机有较好的运行稳定性。但它需要一套转动叶片的操作机构，因此，结构较复杂，造价高。轴流转桨式水轮机主要用于大中型水电站，应用水头范围在3~80m之间。 （2）轴流调桨式水轮机。轴流调桨式水轮机是指仅转轮叶片可调节的轴流式水轮机，又称托马式水轮机。 （3）轴流定桨式水轮机。轴流定桨式水轮机是指转轮叶片不可调的（或停机可调的）轴流式水轮机。其转轮叶片相对转轮体是固定不动的，其出力仅仅依靠导水叶来调节，结构简单，造价低，但在偏离最优工况时效率会急剧下降。因此，一般用于功率及水头变幅较小的小型水电站，应用水头通常为3~50m。
2 均流速，m/s；I、II分别为Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处的过流断面速度分布不均匀系数；为水的密度，kg/m3；g为重力加速度。 净水头H又可表示为： 1AghHH （1-2） 式中：Hg为水电站水头（毛水头）；1Ah为水电站引水建筑物中的水力损失。 毛水头是水电站上、下游水位的高程差，用符号gH表示，单位为m。 2．额定水头Hr 额定水头是水轮机在额定转速下，输出额定功率时的最小净水头，单位为m。 3．设计水头Hd 设计水头是水轮机在最高效率点运行时的净水头，单位为m。 4．最大（最小）水头Hmax（Hmin） 最大（最小）水头是在运行范围内，水轮机水头的最大（最小）值，单位为m。 5．加权平均水头Hw 加权平均水头是在电站运行范围内，考虑负荷和工作历时的水轮机水头的加权平均值，单位为m。 图1-2 立轴反击式水轮机的工作水头
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1 情景1 水轮机概论 1.1 水轮机基本参数 水轮机是把水流能量转换成旋转机械能的水力机械，是水电厂最主要的动力设备。水轮机主轴带动发电机轴旋转，利用发电机将机械能转换成电能。水轮机一般装在水电站的厂房内，如图1-1所示，当水流经引水道进入水轮机，由于水流和水轮机的相互作用，水流的能量便传给了水轮机，水轮机获得能量后开始旋转而做功。因为水轮机轴和发电机轴相连，水轮机便把它获得的能量传给了发电机，并驱动带有磁场的发电机转子转动而形成旋转磁场，发电机定子绕组切割磁力线而感应出电动势，带上外负荷后便输出了电流。 当水流通过水轮机时，水能即转变成机械能，这一工作过程的特性可用水轮机基 本参数来表征。其基本参数有：水头H、流量Q、功率P、效率η和转速n等。 1.1.1 水轮机水头H 1．净水头H 净水头是水轮机进口与出口测量断面的总水头差，即水轮机做功用的有效水头，用符号H表示，单位为m。图1-2为反击式水电站水轮机装置示意图。 对于反击式水轮机，进口断面取在蜗壳进口处Ⅰ-Ⅰ断面，出口断面取在尾水管出口Ⅱ-Ⅱ断面，则净水头为 ggpZggpZHIIIIIIIIII2222 （1-1） 式中：ZI 、ZII分别为断面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处相对于某基准的位置高度，m；Ip、IIp分别为断面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处的流体压强，Pa； I、II分别为Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处过流断面的平 图1-1 拦河坝式水电站坝后式厂房 1-水轮机；2-发电机；3-尾水管；4-桥机；5-引水道
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3 对于冲击式水轮机，以图1-3卧轴水斗式水轮机为例，净水头H则为喷嘴进口断面与射流中心线（两者距离为a）跟转轮节圆相切处单位质量水流机械能之差，即 IIIIZggpaZH22 （1-3） 1.1.2 水轮机流量Q 水轮机流量是单位时间内通过水轮机进口测量断面的水的体积，用符号Q表示，单位为m3/s。即 FQ （m3/s） （1-4） 式中：F为水轮机过水断面面积，m2；为过水断面平均流速，m/s。 1．额定流量Qr 额定流量是水轮机在额定水头、额定转速下，输出额定功率时的流量，单位为m3/s。 2．水轮机空载流量Qo 水轮机空载流量是水轮机在额定水头和额定转速下，输出功率为零时的流量，单位为m3/s。 1.1.3 水轮机功率P 1． 水轮机输入功率Pin 水轮机输入功率是水轮机进口水流所具有的水力功率，单位为kW或MW。 QHgQHPin81.9 (kW) （1-5） 2． 水轮机输出功率Pout 水轮机输出功率是水轮机主轴输出的机械功率，单位为kW或MW。 由于水流在通过水轮机时会产生一部分损耗，包括容积损失、水力损失和机械损失，因此水轮机的出力Pin要小于水轮机的输入功率Pout，两者关系为 图1-3 卧轴水斗式水轮机水头
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4 QHPPinout81.9 (kW) （1-6） 式中：为水轮机效率，一个小于1的系数。 3． 额定输出功率Pr 额定输出功率是在额定水头和额定转速下水轮机能连续发出的功率，单位为kW或 MW。 1.1.4 水轮机效率η 效率是水轮机输出功率与其输入功率的比值。它表示水流能量的有效利用程度，即 inoutPP （1-7） 水轮机的效率与设计、制造工艺及运行工况有关。对于某水轮机而言，在最优运行工况时水轮机效率最高，水轮机各效率中的最大值即最优效率。目前水轮机效率最高可达93%~96%。 1.1.5 水轮机转速n 水轮机转速是指水轮机转轮单位时间内旋转的圈数，用符号n表示，单位为r/min。额定转速nr是水轮发电机组按电站设计选定的稳态同步转速。 水轮机的旋转方向是从发电机轴端看到的转轮的旋转方向。贯流式水轮机则从上游向下游方向看。水泵水轮机的旋转方向取水轮机工况的旋转方向。 1.2 水轮机的类型及应用 1.2.1 水轮机基本类型 水轮机属于水力机械中的一种，即水力原动机。不同的水头和流量，所适用的水轮机型式与种类也不一样。现代水轮机按水能利用的特征分为两大类，即反击式水轮机和冲击式水轮机，见表1-1。 1. 反击式水轮机 转轮利用水流的压力能和动能做功的水轮机是反击式水轮机。在反击式水轮机流道中，水流是有压的，水流充满水轮机的整个流道，从转轮进口至出口，水流压力逐渐降低。水流通过与叶片的相互作用使转轮转动，从而把水流能量传递给转轮。为减少水流与叶片相互作用时的能量损失，反击式水轮机的叶片断面多是空气动力翼型形状。反击式水轮机根据其适应的水头和流量的不同，又分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种型式。 2. 冲击式水轮机 转轮只利用水流动能做功的水轮机是冲击式水轮机。冲击式水轮机的明显特征是：水流在进入转轮区域之前，先经过喷嘴形成自由射流，将压能转变为动能，自由射流以动能形式冲动转轮旋转，故称为冲击式。在冲击式水轮机流道中，水流沿流道流动过程中保持压力不变（等于大气压力），水流有与空气接触的自由表面，转轮只是部分进水，因此水流是不充满整个流道的。为适应于利用水流动能做功的需要，冲击式转轮叶片一般呈斗叶状。按射流冲击转轮叶片的方向不同可分为水斗式（切击式）、斜击式和双击式。
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6 3. 斜流式水轮机（图1-6） 斜流式水轮机是指轴面水流以倾斜于主轴的方向进、出转轮的反击式水轮机。其转轮在结构与性能方面介于轴流式与混流式之间。斜流式转轮也可分为转桨式和定桨式，一般是转桨式。与轴流转桨式类似，斜流转桨式水轮机的转轮叶片在运行中一般也可以改变角度，从而实现双重调节，但结构复杂，制造难度大。斜流式水轮机有较宽的高效率区，常用于抽水蓄能式水电站，作为水泵水轮机使用。这种水轮机的应用水头为40~120m。 4. 贯流式水轮机（图1-7） 贯流式水轮机是指过流通道呈直线（或S形）布置的轴流式水轮机。贯流式水轮机为卧轴布置，进水管、转轮室与尾水管为同一中心线，水流在整个水轮机流道中“直贯”而过，故称为贯流式。这种水轮机水力损失小，过流能力大，适用于水头为2~20m的低水头水电站。 贯流式水轮机的转轮与轴流式水轮机相同，只是流道形式有区别。贯流式转轮也可分为贯流转桨式、贯流调桨式和贯流定桨式。此外，根据流道布置形式的不同，又分为全贯流式与半贯流式。贯流式水轮机转轮可设计成双向流动方式在潮汐电站中使用。 5. 水斗式水轮机（图1-8） 水斗式水轮机是指转轮叶片呈斗形，且射流中心线与转轮节圆相切的冲击式水轮机，又称贝尔顿水轮机，或称切击式水轮机。它靠从喷嘴出来的射流沿转轮切线方向冲击转轮而做功，因此称为切击式。这种水轮机的叶片如勺状水斗，均匀排列在转轮的轮辐外图1-4 混流式水轮机 图1-5 轴流式水轮机 图1-6 斜流式水轮机 1-7 贯流式水轮机
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7 周，故此又称为水斗式。水斗式水轮机适用于高水头小流量的水电站。小型水斗式水轮机的应用水头为40~250m，大型水斗式水轮机用于200~450m水头的电站，目前最高应用水头达1772 m。 6. 斜击式水轮机（图1-9） 斜击式水轮机是指转轮叶片呈碗形，且射流中心线与转轮转动平面呈斜射角度的冲击式水轮机。它靠从喷嘴出来的射流以一定角度（一般约22.5o）斜向冲击转轮叶片做功。它的结构简单，造价低，一般用于中小型水电站中，适用水头25~300m。 7. 双击式水轮机（图1-10） 双击式水轮机是指转轮叶片呈圆柱形布置，水流穿过转轮两次作用到转轮叶片上的冲击式水轮机。其特点是喷嘴出来的射流首先从转轮的外周进入部分叶片流道，并将约80％的水流能量传递给转轮，然后，这部分水流再从转轮内部二次进入另一部分叶片流道，将剩余的能量传递给转轮。由于水流两次冲击转轮叶片，称之为双击式。它结构简单，制造方便，但效率低。一般用于小型水电站，适用水头为5~150m。 8. 水泵水轮机 水泵水轮机是指既可作水轮机运行又可作蓄能泵运行的水力机械，亦称可逆式水轮机。同一水轮机，既可作为水轮机运行又能作为水泵运行，工作状态具有可逆性。这种水轮机的转轮兼有水轮机和水泵的特点，当它在水泵工况和水轮机工况运行时旋转方向相反，而且水流方向相反。可逆式水轮机用在抽水蓄能电站，调节电力系统的峰谷差。在用电低谷时，它消耗系统电能作水泵运行，将下游水池的水抽到上游水库；在用电高 图1-8 水斗式水轮机 1-水斗；2、4-转轮；3-机壳；5-喷嘴；6-针阀；7-调速手轮；8-压力水管；9-尾水渠
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5 表1-1 水轮机型式及适用范围表 类 型 型 式 适用水头（m） 反击式 混流式 25~700 轴流式 轴流转桨式 3~80 轴流调桨式、定桨式 3~50 斜流式 40~120 贯流式 贯流转桨式 <20 贯流调桨式 贯流定桨式 冲击式 水斗式（切击式） 100~2000 斜击式 20~300 双击式 5~150 1.2.2 各类型水轮机特点及应用范围 1. 混流式水轮机（图1-4） 混流式水轮机是指轴面水流径向流入、轴向流出转轮的反击式水轮机，又称法兰西斯式水轮机或辐向轴流式水轮。最早发明这种水轮机的是1847年在美国工作的英国工程师法兰西斯。 混流式水轮机为固定叶片式水轮机，混流式转轮由上冠、叶片、下环连成一个整体。因此，结构简单，具有较高的强度，运行可靠，效率高，应用水头范围广，一般用于中高水头水电站，大、中型混流式水轮机应用水头范围为30~450m。可逆混流式水轮机（转轮为主动时可当水泵用）应用水头高达700m。中、小型混流式水轮机的适用水头范围为25~300m。 2. 轴流式水轮机（图1-5） 轴流式水轮机是指轴面水流轴向进、出转轮的反击式水轮机。其转轮形似螺旋桨，水流在转轮区域是轴向流进轴向流出的。根据叶片在运行中能否相对转轮体自动调节角度，又分为轴流转桨式、轴流调桨式和轴流定桨式。 （1）轴流转桨式水轮机。轴流转桨式水轮机是指转轮叶片可与导叶协联调节的轴流式水轮机，又称卡普兰式水轮机。其转轮叶片可以根据运行条件调整到不同角度，转轮叶片角度在不同水头下与导水叶开度都保持着相应的协联关系，实现了导水叶与转轮叶片双重调节，扩大了高效率区的范围，使水轮机有较好的运行稳定性。但它需要一套转动叶片的操作机构，因此，结构较复杂，造价高。轴流转桨式水轮机主要用于大中型水电站，应用水头范围在3~80m之间。 （2）轴流调桨式水轮机。轴流调桨式水轮机是指仅转轮叶片可调节的轴流式水轮机，又称托马式水轮机。 （3）轴流定桨式水轮机。轴流定桨式水轮机是指转轮叶片不可调的（或停机可调的）轴流式水轮机。其转轮叶片相对转轮体是固定不动的，其出力仅仅依靠导水叶来调节，结构简单，造价低，但在偏离最优工况时效率会急剧下降。因此，一般用于功率及水头变幅较小的小型水电站，应用水头通常为3~50m。