水轮机 水轮机的主要类型有哪些？分别适用多高水头？

水轮机是一种将水能转化为旋转机械能的液压原动机。根据转轮转换流动能量的不同方式，涡轮机分为两类:冲击式涡轮机和脉冲式涡轮机。冲击式水轮机包括混流式水轮机、轴流式水轮机、斜式水轮机和贯流式水轮机。冲动式涡轮分为斗式涡轮、斜击式涡轮和双击式涡轮。

一个

反击式水轮机

冲击式水轮机转轮区域的水流始终是加压流，当水流通过转轮叶片转轮时，会持续充满整个转轮。在转轮空之间弯曲叶片的约束下，流速的大小和方向不断变化，从而在转轮叶片上产生反作用力，驱动转轮旋转。当水流过水轮机时，其大部分动能和势能转化为转轮的旋转机械能。

混流式水轮机

如图，水从四面径向流入转轮，然后近似轴向流出转轮。混流式水轮机适用水头范围广，约20 ~ 700 m，结构简单，运行稳定，效率高，是现代应用最广泛的水轮机。

混流式水轮机

1-主轴；2-刀片；3-导向叶片

轴流式汽轮机

如图，导叶与转轮之间水流由径向流变为轴向流，而转轮区域水流保持轴向流。轴流式水轮机的应用水头约为3 ~ 80m。轴流式水轮机已广泛应用于中低水头、大流量的水电站。根据其转轮叶片在运行中能否转动，可分为轴向定距涡轮和轴流式螺旋桨涡轮。轴流式定距水轮机的转轮叶片是固定的，因此结构简单，成本低。但是，当它脱离设计条件时，它的效率就会急剧下降。因此，这种水轮机一般用于水头低、出力小、水头变化小的水电站。轴流式水轮机的转轮叶片可以根据工况的变化而旋转，从而扩大了高效区的范围，提高了运行的稳定性。然而，这种水轮机需要一个机构来操纵叶片旋转，因此其结构复杂，成本高。一般用于水头和出力变化较大的大中型水电站。

轴流式汽轮机

1-导叶；2-刀片；3轮毂

斜流式涡轮机

如图，水流在转轮区沿与主轴成角度的方向流动。斜流式水轮机的转轮叶片大多制成可旋转的形式，具有较大的高效面积。适用水头在轴流式水轮机和混流式水轮机之间，约为40 ~ 200米。它是20世纪50年代初，为了提高轴流式水轮机的适用水头，在轴流式螺旋桨水轮机的基础上改进提出的一种新型水轮机。其结构形式和性能特点与轴流式螺旋桨涡轮相似。但由于其斜叶片操作机构结构特别复杂，加工工艺要求高，成本高，一般只在大中型水电站使用。目前，这种涡轮机没有得到广泛应用。

斜流式涡轮机

1-蜗壳；2-导叶；3-转轮叶片；4-尾水管

贯流式水轮机

贯流式水轮机是一种具有近似直线通道的水平轴水轮机。它没有导流蜗壳，叶片可以做成固定式和旋转式两种。根据发电机装置的不同类型，可分为全流式和半流式。

全贯流式水轮机的发电机转子直接安装在转轮叶片的外缘。其优点是流道直，流量大，效率高。但由于转轮叶片外缘线速度高、周长长，旋转密封困难。目前很少使用这种模式。

半贯流式水轮机有轴伸式、轴伸式和灯泡式，如图，其中轴伸式和轴伸式结构简单，维护方便，但效率较低，一般只用于小型水电站。目前，灯泡贯流式水轮机应用广泛，结构紧凑，稳定性好，效率高。它的发电机装在一个被水包围的钢制灯泡里，涡轮和发电机可以直接连接，也可以通过增速装置连接。

全管式涡轮机

1-转轮叶片；2-轮辋；3-发电机转子的轮缘；4-发电机定子；5、6-支柱；7-日志；8-轮毂；9-锥形嵌件；10-拉杆；11—导叶；12—推力轴承；13-导向轴承

轴向延伸的管式涡轮机

1-runner；2-水轮机主轴；3-尾水管；4档旋转机构；5-发电机

轴管式涡轮机

灯泡贯流式水轮机

1-转轮叶片；2-导叶；3-发电机定子；4-发电机转子；5灯泡体

贯流式水轮机适用水头为1 ~ 25m，适用于低水头、大流量的水电站。由于其简单的横轴布置和流道形式，土建工程量少，施工简单，因此广泛应用于开发平原地区河流、沿海地区潮汐等水力资源。目前国内研制的最大灯泡贯流式水轮机，转轮直径5.5m，单机出力15MW。

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脉冲水轮机

冲击式水轮机的转轮始终处于大气中，来自压力管道的高压水流在进入水轮机之前已经转化为高速自由射流。射流冲击转轮的一些叶片，并在叶片的约束下改变速度和方向，从而将其大部分动能传递给叶片，驱动转轮旋转。在射流冲击叶片的整个过程中，射流中的压力基本不变，近似为大气压。

根据射流冲击转轮的不同方式，冲击式水轮机可分为三种类型:戽斗式、斜击式和双击式。

桶形涡轮机

斗轮涡轮机，也称为剪切涡轮机，如图所示。来自喷嘴的高速自由射流沿转轮圆周的切线方向垂直冲击叶轮叶片。这种水轮机适用于高水头、小流量的水电站，特别是水头超过400m时，由于结构强度和空化的限制，混流式水轮机不适合，所以常采用戽式水轮机。大型斗轮机的适用水头约为300 ~ 1700 m，小型斗轮机的适用水头约为40 ~ 250 m。目前，斗轮机的最高水头已用于1767m(莱塞克电站)，天湖水电站斗轮机的设计水头为1022.4m

桶形涡轮机

倾斜涡轮

如图所示，来自喷嘴的自由射流从转轮的一侧进入叶片，然后沿着与转轮的旋转平面形成角度的方向从另一侧流出叶片。与斗式相比，它具有较大的流量，但效率较低。因此，该型水轮机一般用于中小型水电站，适用水头一般为20 ~ 300 m。

斜道

反击类型

混流

混流型

40~700

混流可逆

80~600

轴流式

轴流式螺旋桨

3~90

轴流式固定桨式

3~50

斜流

斜流式

40~200

斜流可逆式

40~120

管状流

管状螺旋桨型

2~30

横流固定桨式

冲击类型

水桶型

300~1700

斜击式

20~300

双击类型

5~100