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水輪機的水輪機分類

水輪機分類:

水輪機按工作原理可分為沖擊式水輪機和反擊式水輪機兩大類。

沖擊式水輪機的轉輪水輪機性能比較受到水流的沖擊而旋轉,工作過程中水流的壓力不變,主要是動能的轉換;反擊式水輪機的轉輪在水中受到水流的反作用力而旋轉,工作過程中水流的壓力能和動能均有改變,但主要是壓力能的轉換。

壹、沖擊式水輪機

沖擊式水輪機按水流的流向可分為切擊式(又稱水鬥式)和斜擊式兩類。斜擊式水水輪機輪機的結構與水鬥式水輪機基本相同,只是射流方向有壹個傾角,只用於小型機組。

理論分析證明,當水鬥節圓處的圓周速度約為射流速度的壹半時,效率最高。這種水輪機在負荷發生變化時,轉輪的進水速度方向不變,加之這類水輪機都用於高水頭電站,水頭變化相對較小,速度變化不大,因而效率受負荷變化的影響較小,效率曲線比較平緩,最高效率超過91%。

二、反擊式水輪機

反擊式水輪機可分為混流式、軸流式、斜流式和貫流式。

1.軸流式水輪機

適用於較低水頭的電站。在相同水頭下,其比轉數較混流式水輪機為高。

軸流定槳式水輪機的葉片固定在轉輪體上。壹般安裝高度在3-50m。,葉片安放角不能在運行中改變,結構簡單,效率較低,適用於負荷變化小或可以用調整機組運行臺數來適應負荷變化的電站。

軸流轉槳式水輪機是奧地利工程師卡普蘭在1920年發明的,故又稱卡普蘭水輪機。壹般安裝高度在3-80m。其轉輪葉片壹般由裝在轉輪體內的油壓接力器操作,可按水頭和負荷變化作相應轉動,以保持活動導葉轉角和葉片轉角間的最優配合,從而提高平均效率,這類水輪機的最高效率有的已超過94%。典型例子就是葛洲壩。

2.貫流式水輪機

的導葉和轉輪間的水流基本上無變向流動,加上采用直錐形尾水管,排流不必在尾水管中轉彎,所以效率高,過流能力大,比轉數高,特別適用於水頭為3~20米的低水頭小型河床電站。水輪機安裝圖這種水輪機裝在潮汐電站內還可以實現雙向發電。這種水輪機有多種結構,使用最多的是燈泡式水輪機。

燈泡式機組的發電機裝在水密的燈泡體內。其轉輪既可以設計成定槳式,也可以設計成轉槳式。其中又可以細分為貫流式和半貫流式。世界上最大的燈泡式水輪機(轉槳式半貫流)裝在美國的羅克島第二電站,水頭12.1米,轉速為85.7轉/分,轉輪直徑為7.4米,單機功率為54兆瓦,於1978年投入運行。

3.混流式水輪機

是世界上使用最廣泛的壹種水輪機,由美國工程師弗朗西斯於1849年發明,故又稱弗朗西斯水輪機。與軸流轉槳式相比,其結構較簡單,運行穩定,最高效率也比軸流式的高,但在水頭和負荷變化大時,平均效率比軸流轉槳式的低,這類水輪機的最高效率有的已超過95%。混流式水輪機適用的水頭範圍很寬,為5~700米,但采用最多的是40~300米。

混流式的轉輪壹般用低碳鋼或低合金鋼鑄件,或者采用鑄焊結構。為提高抗汽蝕和抗泥沙磨損性能,可在易氣蝕部位堆焊不銹鋼,或采用不銹鋼葉片,有時也可整個轉輪采用不銹鋼。采用鑄焊結構能降低成本,並使流道尺寸更精確,流道表面更光滑,有利於提高水輪機的效率,還可以分別用不同材料制造葉片、上冠和下環。典型例子是我國的劉家峽。

4.斜流式水輪機

是瑞士工程師德裏亞於1956年發明,故又稱德裏亞水輪機。其葉片傾斜的裝在轉輪體水輪機上,隨著水頭和負荷的變化,轉輪體內的油壓接力器操作葉片繞其軸線相應轉動。它的最高效率稍低於混流式水輪機,但平均效率大大高於混流式水輪機;與軸流轉槳水輪機相比,抗氣蝕性能較好,飛逸轉速較低,適用於40~120米水頭。

由於斜流式水輪機結構復雜、造價高,壹般只在不宜使用混流式或軸流式水輪機,或不夠理想時才采用。這種水輪機還可用作可逆式水泵水輪機。當它在水泵工況啟動時,轉輪葉片可關閉成近於封閉的圓錐因而能減小電動機的啟動負荷。