第二章 水轮机及其选择

《水电站》第一篇水力机械水轮机+发电机： 水轮发电机组功能： 发电水泵+电动机： 水泵抽水机组功能： 输水水泵+水轮机： 抽水蓄能机组。功能： 抽水蓄能水轮发电机组

水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站动力设备之一。2.1水轮机的类型及其构造一、主要类型(一)、反击式水轮机(reactioPwaterturbiPe)

定义：利用水流的压力能和动能做功的水轮机特征：转轮的叶片为空

间扭曲面，流过转轮的

水流是连续的，而且在

同一时间内，所有转轮

叶片之间的流道都有水

流通过，水流充满转轮

室。反击式水轮机原理水流通过转轮叶片时，水流流速的大小、方向均发生变化，因此动量也发生了改变，水流产生反作用力，作用与

每个转轮叶片，使转

轮产生旋转力矩，从

而做功。(二)、冲击式水轮机(IPpulsewatertubiPe)定义：利用水流的动能来做功的水轮机特征：由喷管和转轮组成。水流以自由水流的形式(P=Pa)冲击转轮，利用水流动能(V方向、大小改变)产生旋转力矩使转轮转动。在同一时刻内，水流只冲击着转轮的一部分，而不是全部。不适宜调峰运行。适用：水头高，流量小，多用于400m以上，最高接近2000m。(一)、反击式水轮机(reactioPwaterturbiPe)1.混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。适用范围：H=30-450m,最高水头已接近700米，单机容量：几万kW-几十万kW特点：适用水头范围广，结构简单，运行稳定，效率高，适用中高水头电站。三峡水电站即采用了这种水轮机，单机容量70万kW。是世界上单机容量最大的机组。混流式水轮机(一)、反击式水轮机(reactioPwaterturbiPe)2.轴流式：特点：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。适用于大流量、低水头。一般水头在50m以下。轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。高效率区较小，适用于水头变化不大的小型电站。轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度)。适用于大型水电站。轴流调浆式：叶片能随工况的变化而转动，进行单重调节（叶片角度)。轴流式水轮机轴流转浆式水轮机转轮

(一)、反击式水轮机(reactioPwaterturbiPe)3.斜流式：水流经过转轮时是斜向的。转轮叶片随工况变化而转动，高效率区广。

(一)、反击式水轮机(reactioPwaterturbiPe)4.贯流式：水轮机的主轴装置成水平或倾斜。不设蜗壳，水流直贯转轮。水流由管道进口到尾水管出口都是轴向的。H<20m，小型河床电站。贯流式机组分类全贯流式：发电机转子安装在水轮机转轮外缘，其密封困难，现在较少使用。半贯流式：灯泡贯流式：发电机组安装在密闭的灯泡体内，使用较广泛，机组结构紧凑，流道形状平直，水力效率高。轴伸式贯流机组：发电机安装在外面，水轮机轴伸出到尾水管外面。竖井式贯流机组：发电机安装在竖井内。灯泡式水轮机组轴伸式贯流机组竖井贯流式水轮机(二)、冲击式水轮机(IPpulsewatertubiPe)定义：利用水流的动能来做功的水轮机特征：由喷管和转轮组成。水流以自由水流的形式(P=Pa)冲击转轮，利用水流动能(V方向、大小改变)产生旋转力矩使转轮转动。在同一时刻内，水流只冲击着转轮的一部分，而不是全部。不适宜调峰运行。适用：水头高，流量小，多用于400m以上，最高接近2000m。冲击式水轮机运行中单喷嘴运行中水斗:

特点是由喷嘴出来的射流沿圆周切线方向冲击转轮上的水斗作功。目前，水斗式水轮机是冲击式水轮机中应用最广泛的一种机型。斜击式：

由喷嘴出来的射流沿圆周斜向冲击转轮上的水斗。双击式：水流两次冲击转轮。

斜击、双击水轮机构造简单，效率低，用于小型电站。水斗式水轮机转轮轮叶轮盘斜击式水轮机转轮双击式水轮机转轮1．水轮机的工作参数（1）工作水头H特征水头：最大水头Hmax最小水头HmiP加权平均水头Hw设计水头Hd(η,h净)额定水头Hr(Pr，Wr，miP)

（2）流量Q。设计流量Qd(wr，hd)额定流量Qr(hr，Pr，wr)空载流量Q0(hr，Pr，w=0)（3）转速P。额定转速Pr（4）功率P与效率η。水轮机功率：水轮机的输入功率PiP：

PiP=9.81QH（kW）水轮机的效率η：最优效率：2.1.2水轮机的工作参数、型号及公称直径习题已知某水电站在设计工况下，上游水位63m，下游水位44.4m通过水轮机流量为825m3/s，发电机效率为0.96，水轮机效率为0.86，忽略水力损失，试求水轮机输出功率和机组效率。2．水轮机的型号及公称直径水轮机型号排列顺序如下：

反击式水轮机型式+转轮型号（比转数）+主轴布置型式+水轮机室特征+转轮标称直径（cm）冲击式同轴安装的转轮数+水轮机型号+转轮型号（比转数）+主轴布置型式+转轮标称直径（cm）+每个转轮上喷嘴数+设计射流直径（cm）HL220-LJ-140水轮机型式的代号水轮机型式代号水轮机型式代号混流式HL贯流调桨式GT斜流式XL贯流定桨式GD轴流转桨式ZZ水斗（冲击）式CJ轴流调桨式ZT斜击式XJ轴流定桨式ZD双击式SJ贯流转桨式GZ主轴布置形式和结构特征的代号名称代号名称代号立轴L罐式G卧轴W全贯流式Q金属蜗壳J灯泡式P混凝土蜗壳H竖井式S明槽式M虹吸式X有压明槽式My轴伸式Z特例

HL220/A153-WJ_84表示为新入谱转轮型号转轮代号为220，转轮研制单位的转轮编号为A153卧轴，金属蜗壳的混流式水轮机转轮直径为84cmHLA153—LJ—84重庆水轮机厂比转速219.2HLA194—LJ_100哈尔滨电机厂比转速182练习：（1）HL220-WJ-71

（2）XLP200-LJ-300

（3）GD600-WP-250

（4）CJ22-W-70/1×7答案：1混流式水轮机，转轮型号是220，卧轴，金属蜗壳，转轮直径为71cm2斜流可逆式水轮机，转轮型号200，立轴，金属蜗壳，转轮直径为300cm3惯流定桨式水轮机，转轮型号为600，卧轴，灯泡式水轮机室，转轮标称直径250cm4水斗式水轮机，一个转轮，转轮型号22，卧轴，转轮标称直径70cm，一个喷嘴，射流直径为7cm。1、反击式水轮机的主要组成部件：

(1)引水部件（蜗壳）：使水流均匀、旋转，以最小水头损失送入转轮室。

(2)导水机构（导叶及控制设备)：控制工况。

(3)转轮（工作核心)：能量转换，决定水轮机的尺寸、性能、结构。

(4)泄水部件（尾水管）：回收能量、排水至下游。2、冲击式水轮机的主要组成部件：喷管，转轮，折流器，机壳，射流制动器等组成。

2.1.3水轮机的主要过流部件(一)、混流式水轮机基本构造水流—蜗壳—座环—导叶—转轮—尾水管—下游引水部件：开敞式引水室压力槽式罐式金属蜗壳

蜗壳与座环的相对位置

蜗壳：其作用是使水流产生圆周运动，并引导水流均匀地、轴对称地进入水轮机。三门峡水电站水轮机蜗壳蜗壳组装导水部件---座环位于导叶的外围。由上、下环和立柱组成。作用：是水轮机的骨架，承受机墩及传来的荷载，并传到下部基础；支承活动导叶；故必须有足够的强度和刚度。座环也是水轮机的过流部件和水轮机的安装基准件。水轮机座环1－上环；2－下环；3－固定导叶水轮机座环导叶导叶

导叶：导水机构的主体，上下端分别固定在底环和顶盖上，断面设计成翼型。也称为活动导叶。导叶的上下端面，导叶间均设有橡胶和不锈钢的密封装置.

作用：改变导叶开度以改变流量。导叶转动是通过调速成器和接力器来实现的。接力器接力器用于操作控制环的转动接力器示意图转轮水能旋转机械能组成：轴、上冠、叶片、下环、止漏环、泄水锥混流式水轮机转轮转轮的组成在法兰盘四周开有几个减压孔，以便将经过上冠外缘渗入冠体上侧的积水排入尾水管。大型机组在与上冠连接的主轴端常装有补气装置，以便向泄水锥下侧的水流低压区补气。泄水锥的作用是引导径向水流平顺地过渡成轴向流动，以消除径向水流的撞击及漩涡。转轮的组成转轮叶片是扭曲面体，其进水边扭曲度较小，而出水边扭曲度较大，其断面形状为翼形。叶片的数目通常在12-20片之间。止漏环也称为迷宫环。在转轮上冠和下环的外缘处均安装着止漏环的转动部分，它与相对应的固定部分之间形成一系列忽大忽小的空间或迷宫状的直角转弯，以增长渗径，加大阻力，从而减小渗漏损失。混流式转轮剖面图（a）适用于低水头；（b）适用于中水头；（c）适用于高水头(二)、轴流式水轮机的构造2.转轮构造轴流式水轮机除转轮外，其它部件与混流式相似组成：叶片、轮毂、主轴、泄水锥、转动机构叶片：表面为曲面，断面为翼形，根部厚，边缘薄，以承受水流作用的抟矩。叶片数目：与H大小有关，一般为3~8片；叶片转角Φ：最优工况时Φ=0°，Φ>0，叶片开始启动，Φ<0向关闭方向转动。

-15°­>Φ<+20°轮毂：外部连接叶片，内部安装转动机构。转动机构：安装在轮毂内，由调速器控制，调整导叶角度。2.转轮构造叶片转动操作机构(三)、斜流式水轮机构造斜流式水轮机构造主要部件：座环、转轮及其叶片、导水机构、尾水管、主轴、导轴承等。与轴流转浆式水轮机不同之处：叶片转动轴线与主轴成45°~60°的夹角。毛家村电站的运行证明，斜流式水轮机可以在比较宽阔的负荷范围内保持较高的平均效率，但其缺点也很突出，如结构复杂，可靠性较低，容易漏油，造成污染，在吸出高度Hs=-8m条件下运行，其空化现象仍比较严重。由于斜流水轮机无显著特点，在设计中很少采用。(四)、灯泡贯流式水轮机实际上是卧轴安装的轴流式水轮机，发电机安装在灯泡体内。灯泡贯流式水轮机我国开发采用灯泡贯流式水轮机的时间相对较晚，近年来灯泡贯流式水轮机的导叶都采用了重锤式关闭机构来防飞逸，从而可节约引水系统的快速闸门。目前采用的灯泡贯流式水轮机使用水头高达27.3m，转轮直径7.5m，单机容量达48MW。广东飞来峡(4×35MW)、宁夏沙坡头(4×30MW)、甘肃炳灵(5×48MW)等电站，均为灯泡贯流机组。泄水部件-尾水管作用：引导水流进入下游河道，并回收部分动能和势能。

龙滩水电站尾水管施工尾水管型式：直锥形尾水管

形式特点适用弯管直锥形形式特点适用弯曲形尾水管形式特点适用泄水部件(五)、水斗式水轮机构造水斗式水轮机的组成：喷管、折流板、转轮、机壳、尾水槽(1).转轮组成：轮盘、斗叶（沿轮盘均匀分布）。连接方式：螺拴、整体铸造、焊接。水斗的形状(2).喷管组成：喷嘴、喷管体、针阀、喷杆、操作机构针阀：调节水轮机的流量，以行程表示。广泛应用的喷嘴(3).折向器

使针阀缓慢关闭，降低水锤压力，使水流偏离水斗，避免机组转速升高。(4).机壳把水斗中排出的水引导入尾水槽内。一般为铸钢件。(5).引水板防止水流随转轮飞溅到上方，造成附加损失水斗水轮机的装置方式为了提高机组转速及过流量，常在一个转轮上装设两个或更多个喷嘴。有时又在一根轴上装设两个(或多个)转轮，以提高机组的单机出力。大中型水斗式水轮机多采用立式布置，这样不仅可使厂房面积缩小，也便于装设多喷嘴。中小型水斗式水轮机通常采用卧式布置，这样可简化结构、降低造价，并便于安装和维护。多喷嘴安装2.1.4蜗壳和尾水管断面尺寸的拟定蜗壳（1）主要参数包括：A断面形状：B蜗壳的包角C蜗壳进口断面的平均流速Vc

蜗壳的断面形状（a）圆形断面；（b）梯形断面金属蜗壳的包角一般采用345°混凝土蜗壳的包角一般采用180°11.9010.43金属蜗壳进口断面的平均流速流速系数

混凝土蜗壳进口断面的平均流速Vc可由下图查取

（2）金属蜗壳的水力计算实质：绘制蜗壳的单线图1）对于进口断面断面的面积断面的半径从轴中心线到蜗壳边缘的半径

2）对于中间任一断面工作部件水轮机选择习题课尾水管的作用

转轮所获得能量等于转轮进出口之间的能量差：1.无尾水管时：

转轮获得能量：2.设尾水管时：根据2-2至5-5断面能量方程：可得：设尾水管后，转轮所获得能量：水轮机多获得的能量：

设置尾水管以后，在转轮出口形成了压力降低，出现了真空现象，真空由两部分组成：静力真空：H2(落差)，也称为吸出高度Hs；动力真空(转轮出口的部分动能)

3.尾水管的作用

(1)汇集转轮出口水流，排往下游。

(2)当Hs>0时，利用静力真空。

(3)利用动力真空Hd。尾水管断面尺寸的拟定（1）直锥形尾水管的断面尺寸尾水管进口直径D3D3=D2+(0.5～1）cm圆锥角

=12～14尾水管长度

尾水管出口流速V5尾水管出口直径D5尾水室的尺寸221

（2）弯肘形尾水管的断面尺寸弯肘形尾水管（a）转桨式水轮机弯曲形尾水管；（b）混流式水轮机弯曲形尾水管标准系列弯肘形尾水管主要尺寸尺寸类型h/D1D1hLB5D4h4h5h6L1应用范围Z1Z3Z5Z5Z6Z6Z81.9152.3002.3002.5002.5002.7002.3001.0001.0001.0001.0001.0001.0001.0001.9152.3002.3002.5002.5002.7002.3003.5004.5004.5004.5004.5004.5003.5002.2002.3802.5002.5002.7402.7402.1701.1001.1701.2301.2301.3521.3521.0401.1001.1701.2301.2301.3521.3521.0401.0001.2001.2701.2501.3101.3100.9370.5500.5840.6170.6170.6700.6750.5101.4171.5001.5901.5901.7501.7501.410低比转速轴流式ZZ440、ZZ360中比转速轴流式ZZ440、ZZ560中比转速混流式HL180、HL160中高比速轴流式ZZ560、ZZ600中高比速混流式HL230、HL310、HL240、HL220高比转速轴流式ZZ600、ZZ560低比转速混流式HL100、HL110

水斗式水轮机结构图

2.2水轮机的工作原理2.2.1水轮机的基本方程式1．水流在转轮中的运动A相对运动：用表示B圆周运动：用表示

C绝对运动:用表示2.2水轮机的工作原理对于混流式水轮机，可以认为任一水流质点在转轮中的运动是沿着某一喇叭形的空间曲面(称之为流面)而作的螺旋形曲线运动。流面即由某一流线绕主轴旋转而成的回旋曲面。在整个转轮流道内有无数个这样的流面。流面上每一个进口点的速度

三角形是相同的；每一个出

口点的速度三角形也是相同

的。2．水轮机的基本方程式方程的实质：由水流能量转换为旋转机械能的平衡方程，方程左边为转换成的机械能。水流与叶片相互作用，使得水轮机做功。水流通过水轮机时，叶片迫使水流动量矩发生变化，而水流以反作用力作用在叶片上，从而使转轮获得力矩。水能转变为旋转机械能的必要条件：水流在转轮出口的能量小于进口处的能量，即转轮的进口和出口必须存在速度矩的差值。

水轮机效率：1．水力损失和水力效率2．容积损失和容积效率3．机械损失和机械效率水轮机的输出轴功率蜗壳、导叶、转轮、尾水管——沿程损失旋涡、脱流、撞击——局部损失2.2.2水轮机的能量损失及效率一、水轮机的效率(efficiePcy)

水轮机的能量损失导致P<Ps，效率<1效率是由水力效率、流量效率、机械效率组成

1.水力损失(headloss)及水力效率蜗壳、导叶、转轮、尾水管——沿程损失旋涡、脱流、撞击——局部损失水轮机的水力效率为:2.流量损失及流量效率（容积效率）水流通过转动部分与非转动部分间隙直流入尾水管的流量为q，此部分流量不经过转轮作功，称漏损。容积效率：3.机械损失和机械效率水轮机的输入功率：Pe；输出功率:P=Pe-ΔPm机械效率：ηm=P/Pe

水轮机的总效率

η=ηHηCηm提高效率的有效方法是减小水头损失、流量损失、机械摩擦。η根据模型试验得到。二、水轮机的最优工况水轮机的最优工况是指η最高的工况。一般情况下，对η起主要作用的是水力损失，流量损失和机械损失相对较小，且基本不变，在水力损失中撞击和涡流损失最大。水轮机的最优工况

无撞击进口:当进口水流相对速度方向与转轮叶片骨线方向一致最优出流方向：水流出口方向离开转轮后无旋转并沿尾水管轴向流出时最优工况：满足上述两条件工况下，水流转轮进口无撞击损失，出口无涡流损失，此时效率最高。2.2.3水轮机的空化、吸出高度与安装高程1.水轮机的空化1.空化及空化压力的概念水沸腾为汽化，汽化是由气压和水温决定的。水在一定压力下加温引起的汽化为沸腾；环境温度不变压力降低引起的汽化叫空化。在给定温度下，液体开始汽化的临界压力为该温度下的空化压力(Pb)(1)

空化破坏的机理由可知，当V↑→P↓,当P=Pb时，水开始汽化→汽泡(水蒸气+空气)→水中溶解的气体向气泡析出→气泡体积迅速增大→进入高压区→蒸气变成水，汽泡体积减小，出现真空，汽泡外面的水流质点在内外压差的作用下急速向汽泡中心压缩、冲击，在汽泡内形成很大的微观水锤压力(可达几百大气压)；1.水轮机的空化汽泡产生反作用力向外膨胀，压力升高，水流质点向外冲击。大量汽泡连续不断地产生与溃灭，水流质点反复冲击，使过流通道的金属表面遭到严重破坏→机械破坏，称为疲劳剥蚀。汽泡被压缩，由于体积缩小，汽化破坏时水流质点相互撞击，引起局部温度升高(可达到300℃)，汽泡的氧原子与金属发生化学反应，造成腐蚀；同时由于温度升高，产生电解作用→化学腐蚀。(2)水轮机空蚀定义

汽泡在溃灭过程中，由于汽泡中心压力发生周期性变化，使周围的水流质点发生巨大的反复冲击，对水轮机过流金属表面产生机械剥蚀和化学腐蚀破坏的现象，称水轮机的空蚀。

隔河岩1号水轮机转轮空化使过流部件机械强度降低，严重时整个部件受到破坏。增加过流部件的糙率，水头损失加大，效率降低，流量减小，出力下降。机组产生振动，严重时造成厂房振动破坏。缩短了机组检修的周期，增加了检修的复杂性。消耗钢材、延长工期。3.空蚀造成的危害二、水轮机空化类型翼形(叶片)空化：转轮叶片背面出口处产生的空化，与叶片形状、工况有关。是反击式水轮机的主要空化形式。间隙空化：当水流通过间隙和较小的通道时，局部流速增大，压力降低而产生的空化。空腔空化：在非最优工况时，水流在尾水管中发生旋转形成一种对称真空涡带，引起尾水管中水流速度和压力的脉动，在尾水管进口处产生空化破坏，还可能造成尾水管振动。局部空化：在过流部件凹凸不平因脱流而产生的空化。水轮机空化的类型根据空化产生的部位不同，一般把水轮机的空化分为：

A翼型空化：B间隙空化：

C空腔空化：D局部空化：尾水管内的真空涡带尾水管内的真空涡带三、防止空化的措施

流速和压力是产生空化最重要的两个原因，因此要控制流速和压力的急剧变化。

1.设计制造方面：合理选型，叶型流线设计，表面光滑，抗空化钢衬(不锈钢)。

2.工程措施：合理选择安装高程，采取防沙、排沙措施，防止有害泥沙进入水轮机。

3.运行方面：避开低负荷、低水头运行，合理调度，必要时向尾水管补气。2．水轮机的空化系数与吸出高度(1)、水轮机的空化系数反击式水轮机发生空化破坏的根本原因是过流通道中出现了p<pb的情况，因此防止空化的措施是限制p的降低，使p≥pb。影响水轮机效率的主要原因是翼型空化，所以衡量水轮机空化性能好坏一般是针对翼型空化而言，其标志为空化系数。空化系数б是水轮机空化特征的一个标志，б越大，越容易破坏。通过研究叶片上的压力分布情况，得到叶片上压力最低点(一般为叶片背面靠近转轮叶片出口处)K点的压力为(列K点和2点、2点和下游水面的能量方程)：K点的真空值Hk.v：为尾水管动能恢复系数。静力真空Hs是吸出高度，取决于水轮机的安装高程，与水轮机的性能无关；动力真空hk与转轮叶型、水轮机工况、尾水管性能有关，因此表明水轮机空化性能的只是动力真空：

б称水轮机的空化系数，是动力真空的相对值。б与叶型、工况有关б与尾水管的性能有关，ηw↑→б↑，汽蚀性能差。几何形状相似的水轮机，工况相似，б相同；对任一水轮机在既定工况下，б也是定值。б值影响因素复杂，理论难以确定，广泛使用的方法是进行水轮机模型试验得出бm,并认为б=бm。二、水轮机的吸出高度

为了防止空化，必须限制k点的压力，使pk≥pB

保证水轮机内不发生汽蚀的条件：

pk≥pB

Pa/γ=10.33

PB/γ=0.09~0.24水轮机吸出高度Hs是转轮叶片压力最低点到下游水面的垂直高度Zk，与水轮机形式有关，规定如下：

(1)立轴混流式水轮机：导叶下部底环平面到下游尾水面垂直高度。

(2)立轴轴流式水轮机：转轮叶片中心线到下游尾水面垂直高度。

(3)卧轴贯流式水轮机：

叶片出口最高点到下游尾水面垂直高度。

(4)设计尾水位高于上述高程Hs为负，反之为正。

(5)为保证水轮机在运行中不发生空化，对各种工况下Hs进行试验，取其中较小值。三、水轮机的安装高程

1.立轴HL：导叶中心平面高程

Za=Zw+Hs+b0/22.立轴ZL：导叶中心平面高程

Za=Zw+Hs+kD1

(k=0.38~0.48)

3.卧轴HL和GL：轴中心高程

Za=Zw+Hs-D1/2

注：Zw

：水电站设计尾水位,选用水电站最低尾水

位（1~2台机组时取一台机组50%额定流量，3~4台机组时取一台机组额定流量）

b0

：水轮机导叶高度；D1

：转轮直径2．水轮机的空化系数与吸出高度（1）水轮机的空化系数K点和下游尾水渠d点流线的能量方程

空化系数：（2）水轮机的装置空化系数产生空化的临界条件：pK=pVa时，σZ=σ不产生翼型空化：pK＞pVa时，σZ＞σ产生翼型空化：pK＜pVa时，σZ＜σ（3）水轮机吸出高度吸出高度是指在水轮机中所规定的空化基准面与尾水位的高差，常用Hs表示

不产生空化的吸出高度为:σ越大，则越小，条件式越容易满足，空化越不容易发生，Hs越小气蚀越小σ越小，则越大，条件式越难满足，空化越容易发生，Hs越大气蚀越大Δσ――空化系数修正值，由下图查得吸出高度有正、负之分不同类型压力最低点确定1）立轴轴流式水轮机：2）立轴混流式水轮机：3）立轴斜流式水轮机：4）卧轴混流式、贯流式水轮机：3．水轮机的安装高程

水轮机的标高所在的海拔高程

（1）立轴混流式水轮机

（2）立轴轴流式和斜流式水轮机（3）卧轴反击式水轮机（4）立轴水斗式水轮机（5）卧轴水斗式水轮机设计尾水位：确定水轮机安装高程的尾水位，应选择水电站的最低尾水位。可按下表选用。

电站装机台数1台或2台3台或4台5台以上水轮机过流量1台机50％的额定流量1台机的额定流量1.5～2台机的额定流量例题某电站下游水位-流量关系如下表Z（m）278.5279279.5280280.5281282Q（m3/s）0.50.570.610.660.70.730.76安装2台HL240-lJ-60型水轮机，单机Hr=32m，Qr=1.22m3/s，σM=0.2下游平均水位280m，试求该水轮机的吸出高度和安装高程。1、反击式水轮机的主要组成部件：

(1)进水(引水)部件（蜗壳）：使水流均匀、旋转，以最小水头损失送入转轮室。

(2)导水机构（导叶及控制设备)：控制工况。

(3)转轮（工作核心)：能量转换，决定水轮机的尺寸、性能、结构。

(4)泄水部件（尾水管）：回收能量、排水至下游。2、冲击式水轮机的主要组成部件：喷管，转轮，折流器，机壳，射流制动器等组成。

二、水轮机的基本构造(一)、混流式水轮机基本构造水流—蜗壳—座环—导叶—转轮—尾水管—下游蜗壳：其作用是使水流产生圆周运动，并引导水流均匀地、轴对称地进入水轮机。三门峡水电站水轮机蜗壳蜗壳组装座环位于导水叶的外围。由上、下环和立柱组成。作用：是水轮机的骨架，承受机墩及传来的荷载，并传到下部基础；支承活动导叶；故必须有足够的强度和刚度。断面设计：流线形，保证强度、刚度。数目为活动导叶的一半。导水机构导水机构结构图作用：根据机组负荷变化，调节水轮机流量，改变出力引导水流按切向进入转轮，形成速度矩；组成：导水叶及其轴、接力器。

导水叶：导水机构的主体，上下端分别固定在底环和顶盖上，为流线形。也称为活动导叶。

作用：改变导叶开度以改变流量。导叶转动是通过调速成器和接力器来实现的。

导叶参数：导叶数、高度、开度。导水机构接力器接力器用于操作控制环的转动接力器示意图导叶的主要几何参数(1)导叶数Z0：与D1有关。D1

=1.0~2.25m时，Z0=16；D1

=2.5~8.5m时，Z0

=24。(2)导叶相对高度b0/D1：HL：0.1~0.39;ZL：0.35~0.45(3)导叶转动轴分布圆直径D0，应满足导叶在最大可能开度时不碰到固定导叶和转轮。一般取D0=1.13~1.16D1(4)导叶开度a0：两导叶之间的垂直距离，最大开度为amax。导叶的开度转轮水能旋转机械能组成：轴、上冠、叶片、下环、止漏环、泄水锥混流式水轮机转轮转轮的组成在法兰盘四周开有几个减压孔，以便将经过上冠外缘渗入冠体上侧的积水排入尾水管。大型机组在与上冠连接的主轴端常装有补气装置，以便向泄水锥下侧的水流低压区补气。泄水锥的作用是引导径向水流平顺地过渡成轴向流动，以消除径向水流的撞击及漩涡。转轮的组成转轮叶片是扭曲面体，其进水边扭曲度较小，而出水边扭曲度较大，其断面形状为翼形。叶片的数目通常在12-21片之间。止漏环也称为迷宫环。在转轮上冠和下环的外缘处均安装着止漏环的转动部分，它与相对应的固定部分之间形成一系列忽大忽小的空间或迷宫状的直角转弯，以增长渗径，加大阻力，从而减小渗漏损失。尾水管作用：引导水流进入下游河道，并回收部分动能和势能。

龙滩水电站尾水管施工(二)、轴流式水轮机的构造(1)转速高，当H，P相同时，转速是混流式水轮机的2倍，尺寸较小。(2)轴流转浆式多用于低水头大流量的大型电站，其转轮叶片可以转动（双调节），H、P变化时，水轮机具有较高的效率。1.轴流式水轮机特点2.转轮构造轴流式水轮机除转轮外，其它部件与混流式相似组成：叶片、轮毂、主轴、泄水锥、转动机构叶片：表面为曲面，断面为翼形，根部厚，边缘薄，以承受水流作用的抟矩。叶片数目：与H大小有关，一般为4~8片；叶片转角Φ：最优工况时Φ=0°，Φ>0，叶片开始启动，Φ<0向关闭方向转动。

-15°­>Φ<+20°轮毂：外部连接叶片，内部安装转动机构。转动机构：安装在轮毂内，由调速器控制，调整导叶角度。2.转轮构造叶片转动操作机构(三)、斜流式水轮机构造斜流式水轮机构造主要部件：座环、转轮及其叶片、导水机构、尾水管、主轴、导轴承等。与轴流转浆式水轮机不同之处：叶片转动轴线与主轴成45°~60°的夹角。毛家村电站的运行证明，斜流式水轮机可以在比较宽阔的负荷范围内保持较高的平均效率，但其缺点也很突出，如结构复杂，可靠性较低，容易漏油，造成污染，在吸出高度Hs=-8m条件下运行，其空化现象仍比较严重。由于斜流水轮机无显著特点，在设计中很少采用。(四)、灯泡贯流式水轮机实际上是卧轴安装的轴流式水轮机，发电机安装在灯泡体内。灯泡贯流式水轮机我国开发采用灯泡贯流式水轮机的时间相对较晚，近年来灯泡贯流式水轮机的导叶都采用了重锤式关闭机构来防飞逸，从而可节约引水系统的快速闸门。目前采用的灯泡贯流式水轮机使用水头高达27.3m，转轮直径7.5m，单机容量达48MW。广东飞来峡(4×35MW)、宁夏沙坡头(4×30MW)、甘肃炳灵(5×48MW)等电站，均为灯泡贯流机组。当水头较低而机组容量又较大时，若水轮机与发电机的主轴直接联接，则发电