水輪機的基本類型

　　水輪機是將水能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機械能的水力原動機，是水電站廠房中主要的動力設備之一，用來帶動發(fā)電機工作以獲取電能。由于河流的自然條件和水電站開發(fā)方式不同，水電站的水頭、流量和功率差別很大，因此需要有多種型式和種類的水輪機與之相適應。現(xiàn)代水輪機按水能轉(zhuǎn)換的特征分為兩大類，即反擊式水輪機和沖擊式水輪機。

　　（1）反擊式水輪機。轉(zhuǎn)輪利用水流的壓力能和動能做功的水輪機稱為反擊式水輪機。其特征是：壓力水流充滿水輪機的整個流道，水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪葉片時受葉片的作用而改變壓力、流速的大小和方向，同時水流在轉(zhuǎn)輪葉片正反面產(chǎn)生壓力差，對轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生反作用力，形成旋轉(zhuǎn)力矩使轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，故稱為反擊式。反擊式水輪機按水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪方向的不同以及適應不同水頭與流量的需要，又分為混流式、軸流式、斜流式和貫流式四種型式。

　　（2）沖擊式水輪機。轉(zhuǎn)輪只利用水流動能作功的水輪機稱為沖擊式水輪機。其特征是：有壓水流先經(jīng)過噴嘴形成高速自由射流，將壓能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽懿_擊轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，故稱為沖擊式。在同一時間內(nèi)水流只沖擊部分轉(zhuǎn)輪，水流是不充滿水輪機的整個流道，轉(zhuǎn)輪只是部分進水，轉(zhuǎn)輪在大氣壓下工作。為適應水流動能做功的需要，沖擊式轉(zhuǎn)輪葉片一般呈斗葉狀。沖擊式水輪機按射流沖擊轉(zhuǎn)輪葉片的方向不同又分為水斗式（切擊式）、斜擊式和雙擊式三種型式。

　　近代水輪機的主要類型歸納如下：

　　2．水輪機的特點及應用范圍

　　（1）混流式水輪機。混流式水輪機是指軸面水流徑向流人、軸向流出轉(zhuǎn)輪的反擊式水輪機，又稱法蘭西斯式水輪機，如圖2-1所示。

　　混流式水輪機為固定葉片式水輪機，其結(jié)構簡單，具有較高的強度，運行可靠，效率高，應用水頭范圍廣，一般適用于中高水頭水電站，大、中型混流式水輪機應用水頭范圍為30～450m。可逆式的混流式水輪機應用水頭高達700m。中、小型混流式水輪機的應用水頭范圍為25～300m。單機容量可由幾十千瓦至幾百兆瓦，如三峽水電站單機容量為700MW。

　　（2）軸流式水輪機。軸流式水輪機是指軸面水流軸向進、出轉(zhuǎn)輪的反擊式水輪機，如圖2—2所示。根據(jù)葉片在運行中能否自動轉(zhuǎn)動角度，又分為轉(zhuǎn)槳式、調(diào)槳式和定槳式三種。

　　軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機是指轉(zhuǎn)輪葉片可與導葉協(xié)聯(lián)調(diào)節(jié)的軸流式水輪機，又稱卡普蘭式水輪機。

　　軸流調(diào)槳式水輪機是指僅轉(zhuǎn)輪葉片可調(diào)節(jié)的軸流式水輪機，又稱托馬式水輪機。

　　軸流定槳式水輪機是指轉(zhuǎn)輪葉片不可調(diào)的（或停機可調(diào)的）軸流式水輪機。

　　由于軸流定槳式水輪機的轉(zhuǎn)輪葉片固定在輪轂上，其結(jié)構簡單，但當水頭和流量變化時水輪機效率變化也大，特別是在偏離最優(yōu)工況時效率會急劇下降。軸流定槳式和軸流調(diào)槳式適用于負荷及水頭變幅較小的水電站，應用水頭范圍為3～50m。

　　由于軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機可調(diào)整轉(zhuǎn)輪葉片運行角度，實現(xiàn)導葉與轉(zhuǎn)輪葉片雙重調(diào)節(jié)，因此可擴大高效率區(qū)的范圍，使水輪機有較好的運行穩(wěn)定性，但它需要一套結(jié)構較復雜的操作機構來轉(zhuǎn)動葉片。它適用于低水頭、大流量和負荷變化較大的水電站，應用水頭范圍為2～88m。單機容量可由幾十千瓦至幾百兆瓦，如福建水口水電站單機容量為200MW。

　　（3）斜流式水輪機。斜流式水輪機是指軸面水流以傾斜于主軸的方向進、出轉(zhuǎn)輪的反擊式水輪機，如圖2—3所示。斜流式水輪機的葉片角度也可根據(jù)運行需要進行調(diào)整，實現(xiàn)導葉與轉(zhuǎn)輪葉片雙重調(diào)節(jié)。