業內資訊水電站水輪機的主要類型
2020-10-17 01:43:12 來源：宜賓富源 點擊：0
水(shui)輪機(ji)(ji)，英文名稱為turbine, water turbine或 hydraulic turbine，是一種將水(shui)能(water energy)轉(zhuan)換(huan)(huan)成旋轉(zhuan)機(ji)(ji)械能(rotational mechanical energy)的機(ji)(ji)械裝置。水(shui)輪機(ji)(ji)通過主軸(main shaft/turbine shaft)帶動發(fa)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(generator)將旋轉(zhuan)機(ji)(ji)械能轉(zhuan)換(huan)(huan)成電(dian)(dian)能(electricalenergy)。水(shui)輪機(ji)(ji)與發(fa)電(dian)(dian)機(ji)(ji)通過主軸聯接而成的整(zheng)體稱為水(shui)輪發(fa)電(dian)(dian)機(ji)(ji)組(turbine-generator unit)，簡稱機(ji)(ji)組（unit）,是水(shui)電(dian)(dian)站主要設備之一,1。水(shui)輪(lun)機(ji)種類很多，目前按水(shui)輪(lun)機(ji)對水(shui)流(liu)能量的轉換特征(zheng)(zheng)的不同而分為(wei)兩(liang)大類，即反擊(ji)式(shi)水(shui)輪(lun)機(ji)（reaction turbine）和沖(chong)擊(ji)式(shi)水(shui)輪(lun)機(ji)（impulse turbine）。每種水(shui)輪(lun)機(ji)根據轉輪(lun)區內水(shui)流(liu)流(liu)動特征(zheng)(zheng)和轉輪(lun)（runner）結構特征(zheng)(zheng)的不同又進一步細(xi)分。
（圖中箭頭代表水流方向，上半部分為發電機，下半部分為水輪機）
1. 反擊式水(shui)輪機
反(fan)擊式水輪(lun)機(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)區內的(de)水流在通(tong)過(guo)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)葉(xie)片（runner blade）流道時，始終是連(lian)(lian)續的(de)充滿整個轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)的(de)有壓(ya)流動，并在轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)空(kong)間(jian)曲面型葉(xie)片的(de)約(yue)束下，連(lian)(lian)續不(bu)斷地改(gai)變流速的(de)大(da)小和方向，從而對轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)產生(sheng)一個反(fan)作(zuo)用力(li)，驅動轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)。當(dang)水流通(tong)過(guo)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)后(hou)，其(qi)動能（kinetic energy）和勢能（potential energy）（包括位能和壓(ya)能）均大(da)部分(fen)被轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)換(huan)成轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)機(ji)(ji)械能。
反擊式(shi)水(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)按轉(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)區(qu)內(nei)水(shui)(shui)(shui)流(liu)(liu)(liu)相對(dui)于(yu)主軸流(liu)(liu)(liu)動方向的(de)不同，分為混(hun)流(liu)(liu)(liu)式(shi)水(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)（mixed flow turbine）、軸流(liu)(liu)(liu)式(shi)水(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)（axial flow turbine）、斜流(liu)(liu)(liu)式(shi)水(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)（diagonal flow turbine）和(he)貫流(liu)(liu)(liu)式(shi)水(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)（tubular turbine）四種。根據(ju)轉(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)葉片是否可以轉(zhuan)(zhuan)動，又將軸流(liu)(liu)(liu)式(shi)、斜流(liu)(liu)(liu)式(shi)和(he)貫流(liu)(liu)(liu)式(shi)分為定槳式(shi)水(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)（fixed blade turbine）和(he)轉(zhuan)(zhuan)漿式(shi)水(shui)(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)（adjustable blade turbine）。
1.1 混流(liu)式(shi)水輪機
水(shui)流沿徑向流入轉(zhuan)(zhuan)輪，然(ran)后(hou)以軸向流出轉(zhuan)(zhuan)輪。混流式(shi)水(shui)輪機(ji)(ji)又(you)稱為弗朗西斯水(shui)輪機(ji)(ji)，因為其由美(mei)國工程師（Francis）于(yu)1849年發明(ming)，應(ying)用水(shui)頭(tou)范(fan)圍廣(guang)(guang)、結構簡單、運(yun)行(xing)穩定且效(xiao)率高，是目前應(ying)用最(zui)廣(guang)(guang)泛的一種水(shui)輪機(ji)(ji)。
混流式水輪機三(san)維結構(gou)動畫演示
1.2 軸流式水輪機
水(shui)流在導葉(xie)與轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)之間由(you)徑(jing)向(xiang)流動(dong)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)變(bian)為(wei)軸(zhou)(zhou)向(xiang)流動(dong)，而(er)(er)在轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)區內保持軸(zhou)(zhou)向(xiang)流動(dong)。根(gen)據轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)葉(xie)片在運(yun)行(xing)(xing)中能(neng)否轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動(dong)，分為(wei)軸(zhou)(zhou)流定槳(jiang)式(shi)和軸(zhou)(zhou)流轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)槳(jiang)式(shi)兩種。軸(zhou)(zhou)流定槳(jiang)式(shi)水(shui)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)的(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)葉(xie)片是(shi)固定不變(bian)的(de)，因(yin)而(er)(er)結構簡單、造(zao)價(jia)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)低，但(dan)在偏離設計工(gong)況(kuang)時(shi)效率會急劇下降，因(yin)此主要適用(yong)于(yu)水(shui)頭（head）較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)低、出力(output)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)小以及水(shui)頭變(bian)化(hua)幅度(du)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)小的(de)水(shui)電站。軸(zhou)(zhou)流轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)槳(jiang)式(shi)是(shi)由(you)奧地利工(gong)程(cheng)師卡普蘭（Kaplan）于(yu)1920年發明，故(gu)又(you)稱為(wei)卡普蘭水(shui)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)（Kaplan turbine），其葉(xie)片（blade）可根(gen)據運(yun)行(xing)(xing)工(gong)況(kuang)的(de)改變(bian)而(er)(er)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動(dong)，從(cong)而(er)(er)擴大了(le)高效率區的(de)范圍，提高了(le)運(yun)行(xing)(xing)穩定性。但(dan)是(shi)，這種水(shui)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)需要有一個操(cao)作葉(xie)片轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動(dong)的(de)機(ji)(ji)構，因(yin)此其結構較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)復雜(za)，造(zao)價(jia)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)高，一般應(ying)用(yong)于(yu)水(shui)頭、出力均有較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)大變(bian)化(hua)幅度(du)的(de)大中型水(shui)電站。
1.3 斜流式水(shui)輪機(ji)
水(shui)(shui)流(liu)在轉(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)區內沿(yan)著與主軸(zhou)(zhou)成某一角度(du)的方向流(liu)動。斜(xie)流(liu)式(shi)水(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)是為了提(ti)高軸(zhou)(zhou)流(liu)式(shi)水(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)的適用水(shui)(shui)頭而在軸(zhou)(zhou)流(liu)轉(zhuan)(zhuan)槳式(shi)水(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)的基礎上改進提(ti)出的新機(ji)型，由瑞士工程師德里亞(ya)（Deriaz）于1956年發明，故(gu)又(you)稱德里亞(ya)水(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)（Deriaz turbine），其(qi)結(jie)構形(xing)式(shi)及性能特(te)征與軸(zhou)(zhou)流(liu)轉(zhuan)(zhuan)槳式(shi)水(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)類似，但由于其(qi)傾斜(xie)槳葉(xie)操作機(ji)構的結(jie)構特(te)別復(fu)雜，加(jia)工工藝要求和(he)造價(jia)均較(jiao)高，一般只在大(da)中型水(shui)(shui)電站中使用。
1.4 貫流式水輪機
貫流式(shi)水輪機(ji)(ji)（tubular turbine）是一種流道(dao)近似直(zhi)筒(tong)狀的臥軸式(shi)水輪機(ji)(ji)，不(bu)設引水蝸殼，葉片可采用固定的或可轉動的兩種。根據發電機(ji)(ji)裝置形式(shi)的不(bu)同，可分(fen)為全貫流式(shi)和半貫流式(shi)兩類。
全貫流式水輪(lun)機的(de)發電(dian)機轉(zhuan)子直接安裝(zhuang)在(zai)轉(zhuan)輪(lun)葉片的(de)外(wai)緣，優點是流道平直、過流量大、效率高。但由于轉(zhuan)輪(lun)葉片外(wai)緣的(de)線速(su)度大、周線長，旋轉(zhuan)密封困難，很少使用。
半貫流(liu)式水(shui)輪(lun)機(ji)有軸伸式水(shui)輪(lun)機(ji)（S-type turbine）、豎井式水(shui)輪(lun)機(ji)（pit turbine）和燈泡式水(shui)輪(lun)機(ji)（bulb turbine）。
軸伸(shen)貫流式(shi)水輪發電機組采用臥式(shi)布置(zhi)，也有傾斜安裝的。
豎井(jing)貫流(liu)式水(shui)輪機(ji)(ji)(ji)(ji)是將發電機(ji)(ji)(ji)(ji)組安裝在水(shui)輪機(ji)(ji)(ji)(ji)上游側(ce)的一個混凝土豎井(jing)中，水(shui)輪機(ji)(ji)(ji)(ji)部分(fen)主要由導(dao)葉機(ji)(ji)(ji)(ji)構、轉(zhuan)輪室、轉(zhuan)輪、尾水(shui)管(guan)組成，轉(zhuan)輪主軸(zhou)伸入混凝土豎井(jing)中，通過齒輪箱(xiang)等(deng)增(zeng)速裝置連(lian)接到發電機(ji)(ji)(ji)(ji)。
燈(deng)泡貫流(liu)式(shi)水(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)組的發(fa)(fa)電(dian)機(ji)密封(feng)安裝在(zai)水(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)上(shang)游側一(yi)個燈(deng)泡型的金屬(shu)殼(ke)體中(zhong)，發(fa)(fa)電(dian)機(ji)水(shui)(shui)平方向安裝，發(fa)(fa)動機(ji)主軸直(zhi)接(jie)(jie)連(lian)(lian)接(jie)(jie)水(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)轉(zhuan)輪(lun)(lun)。燈(deng)泡貫流(liu)式(shi)水(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)組的水(shui)(shui)輪(lun)(lun)機(ji)部(bu)分由轉(zhuan)輪(lun)(lun)室(shi)、導(dao)葉機(ji)構、轉(zhuan)輪(lun)(lun)、尾(wei)水(shui)(shui)管組成；發(fa)(fa)電(dian)機(ji)軸直(zhi)接(jie)(jie)連(lian)(lian)接(jie)(jie)到(dao)(dao)轉(zhuan)輪(lun)(lun)，一(yi)同(tong)安裝在(zai)鋼制燈(deng)泡外(wai)(wai)殼(ke)上(shang)，發(fa)(fa)電(dian)機(ji)在(zai)燈(deng)泡殼(ke)內，轉(zhuan)輪(lun)(lun)在(zai)燈(deng)泡尾(wei)端(duan)，發(fa)(fa)電(dian)機(ji)軸承(cheng)通過軸承(cheng)支(zhi)持環固(gu)定在(zai)燈(deng)泡外(wai)(wai)殼(ke)上(shang)，轉(zhuan)輪(lun)(lun)端(duan)軸承(cheng)固(gu)定在(zai)燈(deng)泡尾(wei)端(duan)外(wai)(wai)殼(ke)上(shang)，發(fa)(fa)電(dian)機(ji)軸前端(duan)連(lian)(lian)接(jie)(jie)到(dao)(dao)電(dian)機(ji)滑環與轉(zhuan)輪(lun)(lun)變槳控制的油(you)路(lu)裝置。鋼制燈(deng)泡通過上(shang)支(zhi)柱、下支(zhi)柱固(gu)定在(zai)混凝土基礎中(zhong)，上(shang)支(zhi)柱也(ye)是(shi)人(ren)員出入(ru)燈(deng)泡的通道。
2.沖擊式水輪機
沖擊式水輪機的轉輪始終處于大氣中，來自壓力鋼管的高壓水流在進入水輪機之前已轉變成高度自由射流（high speed water jet），該射流沖擊轉輪的部分輪葉，并在輪葉的約束下發生流速大小和方向的改變，從而將其動能大部分傳遞給輪葉，驅動轉輪旋轉。在射流沖擊輪葉的過程中，射流內的壓力基本保持大氣壓不變，而轉輪出口流速明顯的減少。
沖(chong)擊式(shi)水輪機(ji)按射流(liu)沖(chong)擊轉輪的方式(shi)不同，分為水斗式(shi)水輪機(ji)（tangential flow turbine）、斜擊式(shi)水輪機(ji)（turgo turbine）和(he)雙擊式(shi)水輪機(ji)（cross flow turbine）。
2.1 水斗式水輪機
從噴嘴出來的高(gao)速自由射流(liu)(liu)沿(yan)轉輪(lun)圓周切線方向垂(chui)直沖擊輪(lun)葉。水(shui)(shui)斗式水(shui)(shui)輪(lun)機(ji)(ji)由美國(guo)工程(cheng)師培(pei)爾頓(dun)（Pelton）于1989年發(fa)明，又稱為培(pei)爾頓(dun)水(shui)(shui)輪(lun)機(ji)(ji)（Pelton turbine）。水(shui)(shui)斗式水(shui)(shui)輪(lun)機(ji)(ji)適用于高(gao)水(shui)(shui)頭、小流(liu)(liu)量的水(shui)(shui)電站。
2.2 斜擊(ji)式水輪機
從(cong)噴嘴出來(lai)的自由射流(liu)沿著與(yu)轉輪(lun)(lun)旋轉平面成一(yi)(yi)角度的方向，從(cong)轉輪(lun)(lun)的一(yi)(yi)側進入輪(lun)(lun)葉，再(zai)從(cong)一(yi)(yi)側流(liu)出輪(lun)(lun)葉。與(yu)水(shui)斗(dou)式(shi)水(shui)輪(lun)(lun)機(ji)相比(bi)，斜擊式(shi)水(shui)輪(lun)(lun)機(ji)過流(liu)量大，但效率較低，一(yi)(yi)般多用于中小(xiao)型水(shui)電站。
2.3 雙(shuang)擊式水(shui)輪機
從噴嘴出來的射(she)流先后兩次沖擊轉輪(lun)葉片。
上一篇：水輪機性能的指標的認識
下一篇：最后一頁
