水轮机是将水能转变为旋转机械能的水力原动机,是水电站厂房中首要的动力设备之一,用来带动发电机作业以获取电能。因为河流的自然条件和水电站开发办法不一样,水电站的水头、流量和功率不同很大,因而就需求有多种型式和品种的水轮机与之相习惯。
1.现代水轮机按水能转化的特征分为两大类,即反击式水轮机和冲击式水轮机。
(1)反击式水轮机。转轮使用水流的压力能和动能做功的水轮机称为反击式水轮机。其特征是:压力水流充溢水轮机的整个流道,水流流经转轮叶片时受叶片的效果而改动压力、流速的巨细和方向,一起水流在转轮叶片正反面发生压力差,对转轮发生反效果力,构成旋转力矩使转轮旋转,故称为反击式。反击式水轮机按水流流经转轮方向的不同以及习惯不一样水头与流量的需求,又分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种型式。
(2)冲击式水轮机。转轮只使用水流动能作功的水轮机称为冲击式水轮机。其特征是:有压水流先通过喷嘴构成高速自在射流,将压能转变为动能并冲击转轮旋转,故称为冲击式。在同一时间内水流只冲击部分转轮,水流是不充溢水轮机的整个流道,转轮仅仅部分进水,转轮在大气压下作业。为习惯水流动能做功的需求,冲击式转轮叶片一般呈斗叶状。冲击式水轮机按射流冲击转轮叶片的方向不同又分为水斗式(切击式)、斜击式和双击式三种型式。
(1)混流式水轮机。混流式水轮机是指轴面水流径向流人、轴向流出转轮的反击式水轮机,又称法兰西斯式水轮机,如图2-1所示。
混流式水轮机为固定叶片式水轮机,其结构相对比较简单,具有较高的强度,运转牢靠,功率高,使用水头规模广,一般适用于中高水头水电站,大、中型混流式水轮机使用水头规模为30~450m.可逆式的混流式水轮机使用水头高达700m.中、小型混流式水轮机的使用水头规模为25~300m.单机容量可由几十千瓦至几百兆瓦,如三峡水电站单机容量为700MW.
(2)轴流式水轮机。轴流式水轮机是指轴面水流轴向进、出转轮的反击式水轮机,如图22所示。依据叶片在运转中能否主动滚动视点,又分为转桨式、调桨式和定桨式三种。
轴流通桨式水轮机是指转轮叶片可与导叶协联调理的轴流式水轮机,又称卡普兰式水轮机。
因为轴流定桨式水轮机的转轮叶片固定在轮毂上,其结构相对比较简单,但当水头和流量改变时水轮机功率改变也大,特别是在违背最优工况时功率会急剧下降。轴流定桨式和轴流调桨式适用于负荷及水头变幅较小的水电站,使用水头规模为3~50m.
因为轴流通桨式水轮机可调整转轮叶片运转视点,完成导叶与转轮叶片两层调理,因而可扩展高功率区的规模,使水轮机有较好的运转稳定性,但它需求一套结构较杂乱的操作组织来滚动叶片。它适用于低水头、大流量和负荷改变较大的水电站,使用水头规模为2~88m.单机容量可由几十千瓦至几百兆瓦,如福建水口水电站单机容量为200MW.
(3)斜流式水轮机。斜流式水轮机是指轴面水流以歪斜于主轴的方向进、出转轮的反击式水轮机,如图23所示。斜流式水轮机的叶片视点也可依据运转有必要进行调整,完成导叶与转轮叶片两层调理。