第一章-水轮机的类型构造及工作原理
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分类: 全贯流式： 发电机转子安装在转轮外缘。
优点：水力损失小，过流量大，结构紧凑。 半贯流式： 轴伸式、竖井式、灯泡式。
冲击式水轮机 定义：利用水流的动能来做功的水轮机。 工作原理：利用特殊的导水装置，将高压水流变为
高速射流，通过射流与转轮的相互作用 将水流的动能传递给转轮。
冲击式水轮机
水斗式
冲击式
双击式
利用水流的动能进行工
作；
斜击式
竖井式
小结
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。
可利用水能
旋转机械能
电能
水能
河段水流的出力
NE t rw12 H 1 trQ12H
从这个式子可以看出： 水头和流量是构成水能的两个基本要素，它们是水电站动力 特性的重要特征。
水轮发电机组
水轮机是将水能转变
水
为旋转机械能，从而带
轮
动发电机发出电能的一
发
种机械。
电
水轮机与发电机联接
机
成的整体称为水轮发电
轴流式、斜流式和贯流式。
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。
一、反击式水轮机 (reaction water turbine)
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，积水流 充满转轮室。
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。
总结：水轮机的分类
利用水流的势能和动能进行 工作； 转轮完全淹没在密闭混的流水式体 中。
轴流式
反击式
斜流式
水轮机
贯流式
轴流定浆式
轴流转浆式
全贯流式
灯泡式
半贯流式 轴伸式
水斗式：喷嘴出来的射流沿圆周切线方向冲击转 轮上的水斗作功。视频4
斜击式：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。
冲击式水轮机
类型： (1)水斗式：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。适用于负荷变化大而水头变幅不大的电 站。 它是唯一运用于水头在700米以上的水轮机。适用H： 100~2000m；使用最广泛（高水头，小流量）
主
掌握水轮发电机组的基本概念。
要
内
2 水轮机的主要类型
容
掌握各水轮机的基本类型、特点及适
用范围；
3 水轮理机解的反工击作式参、数冲击式水轮机的划分原 则理。解水轮机五个主要工作参数：水头、 流量、转速、出力与效率的定义、表达 式及其意义。
水力发电的基本原理
1、水力发电：利用天然水资源中的水能，输入水轮机，让它带动发电 机发电，这种发电方式就称为水力发电。
优点：适用范围广，结构简单，运行稳定，效率高，适用于高 水头小流量电站。 （能适应很宽的水头范围。是目前应用最广泛的水轮机之一）
轴流式水轮机
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。视频2
轴流式水轮机
1)定桨式：叶片不能随工况的变化而转动。改变叶片转角时需要停机 特点：结构简单，效率低。适用H、Q变化不大的情况（工况较稳定 适用范围：功率不大，水头变化不大(水头为3-50米)的小型电站。
(2)斜击式：H：25-300m 斜击、双击水轮机构造简单，效率 低
(3)双击式：H：5-80m。 多用于小型电站。
水斗式水轮机转轮
轮叶
轮盘
可逆式水轮机
可逆式水轮机：又称水泵水轮机、发电电动机。它既可 作水轮机运行，又可作水泵运行，主要用于抽水蓄能电 站。可逆式水轮机也分为混流式、斜流式和轴流式3 种。其中以混流式应用最广,因为它的应用水头范围广 （30～600米）。
原理：水流通过转轮叶片时，水流流速的大小、 方向均发生变化，因此动量也发生了改 变，水流产生反作用力，作用与每个转轮 叶片，使转轮产生旋转力矩，从而做功。
水流在反击式水轮机转轮中的运动
混流式水轮机 在转轮区内水流径向流入转轮，轴向流出。视频1
混流式水轮机
适用范围：H=20-700 m , 单机容量：几万kW-几十万kW
水头 40—80m
60—130m
120—200m
贯流式水轮机
水流特点：转轮区水流轴向流入，轴向流出； 结构特点：水轮机主轴装置成水平或倾斜（卧式布
置）； 不设蜗壳，水流直贯转轮；
贯流式
特点：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。
第一章 水轮机的类型、构造及工作 原理
第Βιβλιοθήκη Baidu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
本节课教学内容及教学要求
1 水轮发电机组的基本概念
2）转桨式：叶片能随工况的变化而转动，进行双重调节（导叶开度、 适用范围：水头、流量变化大，特别是出力变化较大的大中型电站
水头为3-80米
斜流式水轮机 转轮区水流斜向流入，斜向流出。视频3
斜流式水轮机
适用范围：适用于水头变幅大的电站，一般用于40-200m水头范围
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， 运行效率高，强度高，气蚀性好，但制造工艺复杂 技术要求高。
组
机组。
第一节 水轮机主要类型
一、水轮机定义 水轮机是将水能转换成轴的旋转机械能的水力机械。能量转换是
借助转轮叶片与水流的相互作用来实现。
二、分类 按水流能量的转换特征分为反击式和冲击式水轮机。
1）反击式水轮机：利用水流的势能和动能做功的水轮机。 反击式水轮机按转轮区水流相对于主轴方向的不同分为混流式、
2、水力发电的转换原理 在天然河流上，修建水工建筑物，集中水头，通过一定的流量将“载
能水”输送到水轮机中，使水能→旋转机械能→带动发电机组发电 →输电线路→用户。
天 然 水 流
可 用 水 能 旋 转 机 械 能
电 能
水 工 建 筑 和 设 备
水 轮 机
水 轮 发 电 机
建筑物和设备
水轮机
发电机
天然水能
优点：水力损失小，过流量大，结构紧凑。 半贯流式： 轴伸式、竖井式、灯泡式。
冲击式水轮机 定义：利用水流的动能来做功的水轮机。 工作原理：利用特殊的导水装置，将高压水流变为
高速射流，通过射流与转轮的相互作用 将水流的动能传递给转轮。
冲击式水轮机
水斗式
冲击式
双击式
利用水流的动能进行工
作；
斜击式
竖井式
小结
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。
可利用水能
旋转机械能
电能
水能
河段水流的出力
NE t rw12 H 1 trQ12H
从这个式子可以看出： 水头和流量是构成水能的两个基本要素，它们是水电站动力 特性的重要特征。
水轮发电机组
水轮机是将水能转变
水
为旋转机械能，从而带
轮
动发电机发出电能的一
发
种机械。
电
水轮机与发电机联接
机
成的整体称为水轮发电
轴流式、斜流式和贯流式。
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。
一、反击式水轮机 (reaction water turbine)
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，积水流 充满转轮室。
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。
总结：水轮机的分类
利用水流的势能和动能进行 工作； 转轮完全淹没在密闭混的流水式体 中。
轴流式
反击式
斜流式
水轮机
贯流式
轴流定浆式
轴流转浆式
全贯流式
灯泡式
半贯流式 轴伸式
水斗式：喷嘴出来的射流沿圆周切线方向冲击转 轮上的水斗作功。视频4
斜击式：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。
冲击式水轮机
类型： (1)水斗式：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。适用于负荷变化大而水头变幅不大的电 站。 它是唯一运用于水头在700米以上的水轮机。适用H： 100~2000m；使用最广泛（高水头，小流量）
主
掌握水轮发电机组的基本概念。
要
内
2 水轮机的主要类型
容
掌握各水轮机的基本类型、特点及适
用范围；
3 水轮理机解的反工击作式参、数冲击式水轮机的划分原 则理。解水轮机五个主要工作参数：水头、 流量、转速、出力与效率的定义、表达 式及其意义。
水力发电的基本原理
1、水力发电：利用天然水资源中的水能，输入水轮机，让它带动发电 机发电，这种发电方式就称为水力发电。
优点：适用范围广，结构简单，运行稳定，效率高，适用于高 水头小流量电站。 （能适应很宽的水头范围。是目前应用最广泛的水轮机之一）
轴流式水轮机
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。视频2
轴流式水轮机
1)定桨式：叶片不能随工况的变化而转动。改变叶片转角时需要停机 特点：结构简单，效率低。适用H、Q变化不大的情况（工况较稳定 适用范围：功率不大，水头变化不大(水头为3-50米)的小型电站。
(2)斜击式：H：25-300m 斜击、双击水轮机构造简单，效率 低
(3)双击式：H：5-80m。 多用于小型电站。
水斗式水轮机转轮
轮叶
轮盘
可逆式水轮机
可逆式水轮机：又称水泵水轮机、发电电动机。它既可 作水轮机运行，又可作水泵运行，主要用于抽水蓄能电 站。可逆式水轮机也分为混流式、斜流式和轴流式3 种。其中以混流式应用最广,因为它的应用水头范围广 （30～600米）。
原理：水流通过转轮叶片时，水流流速的大小、 方向均发生变化，因此动量也发生了改 变，水流产生反作用力，作用与每个转轮 叶片，使转轮产生旋转力矩，从而做功。
水流在反击式水轮机转轮中的运动
混流式水轮机 在转轮区内水流径向流入转轮，轴向流出。视频1
混流式水轮机
适用范围：H=20-700 m , 单机容量：几万kW-几十万kW
水头 40—80m
60—130m
120—200m
贯流式水轮机
水流特点：转轮区水流轴向流入，轴向流出； 结构特点：水轮机主轴装置成水平或倾斜（卧式布
置）； 不设蜗壳，水流直贯转轮；
贯流式
特点：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。
第一章 水轮机的类型、构造及工作 原理
第Βιβλιοθήκη Baidu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
本节课教学内容及教学要求
1 水轮发电机组的基本概念
2）转桨式：叶片能随工况的变化而转动，进行双重调节（导叶开度、 适用范围：水头、流量变化大，特别是出力变化较大的大中型电站
水头为3-80米
斜流式水轮机 转轮区水流斜向流入，斜向流出。视频3
斜流式水轮机
适用范围：适用于水头变幅大的电站，一般用于40-200m水头范围
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， 运行效率高，强度高，气蚀性好，但制造工艺复杂 技术要求高。
组
机组。
第一节 水轮机主要类型
一、水轮机定义 水轮机是将水能转换成轴的旋转机械能的水力机械。能量转换是
借助转轮叶片与水流的相互作用来实现。
二、分类 按水流能量的转换特征分为反击式和冲击式水轮机。
1）反击式水轮机：利用水流的势能和动能做功的水轮机。 反击式水轮机按转轮区水流相对于主轴方向的不同分为混流式、
2、水力发电的转换原理 在天然河流上，修建水工建筑物，集中水头，通过一定的流量将“载
能水”输送到水轮机中，使水能→旋转机械能→带动发电机组发电 →输电线路→用户。
天 然 水 流
可 用 水 能 旋 转 机 械 能
电 能
水 工 建 筑 和 设 备
水 轮 机
水 轮 发 电 机
建筑物和设备
水轮机
发电机
天然水能