水轮机概论及工作原理共55页

水轮机的工作原理
首先，水轮机的工作原理是基于水的动能转换为机械能。

当水流经过水轮机叶片时，水的动能会转化为叶片的动能，使得叶片开始旋转。

这种旋转运动会带动水轮机主轴转动，从而驱动发电机产生电能。

其次，水轮机的工作原理还涉及到水的动能和势能的转换。

在水流经过水轮机叶片时，水的动能会转化为叶片的动能，同时也会有一部分水的势能被转化为叶片的动能。

这样，水轮机就能够将水的动能和势能转换为机械能，实现发电的效果。

另外，水轮机的工作原理还包括水流的控制和调节。

为了使水轮机能够正常工作，需要对水流进行控制和调节，以保证水流的稳定性和流速的合适性。

这样才能够保证水轮机的正常运转，提高发电效率。

此外，水轮机的工作原理还与水轮机的结构和设计有关。

不同类型的水轮机有不同的结构和设计，但其工作原理都是基于水的动能转换为机械能。

因此，在设计和选择水轮机时，需要考虑其工作原理和适用性，以实现最佳的发电效果。

总的来说，水轮机的工作原理是基于水的动能和势能转换为机械能，通过水流的能量来驱动水轮机转动，从而带动发电机产生电能。

在实际应用中，需要综合考虑水流条件、水轮机的结构和设计以及水流的控制和调节，以实现最佳的发电效果。

希望本文能够对水轮机的工作原理有所帮助。

水轮机结构与工作原理嘿，你知道水轮机不？那可是个神奇的家伙！水轮机就像一个不知疲倦的大力士，默默地为我们的生活贡献着力量。

水轮机的结构那可相当复杂。

它有一个巨大的转轮，就像一个超级大的风扇叶片。

这个转轮可不一般，它是由坚固的材料制成，能够承受巨大的水流冲击力。

转轮上还有很多形状各异的叶片，这些叶片就像是一双双有力的手臂，在水流的推动下不停地转动。

水轮机还有一个外壳，就像一个坚固的堡垒，保护着里面的核心部件不受外界的破坏。

外壳上有各种管道和阀门，就像人体的血管和关节一样，控制着水流的进出和流向。

水轮机的工作原理也非常有趣。

想象一下，当水流从高处冲下来的时候，就像一群奔腾的野马，充满了力量。

这些水流冲击到水轮机的转轮上，就像一阵强风推动着风车的叶片一样，使转轮开始转动起来。

转轮的转动带动了连接在它上面的轴，轴又通过一系列的齿轮和传动装置，将动力传递给发电机或者其他设备。

这就像是一个接力赛，水流把力量传递给转轮，转轮又把力量传递给轴，轴再把力量传递给发电机，最后发电机把水流的能量转化为电能或者其他形式的能量。

水轮机的种类也有很多呢！有反击式水轮机和冲击式水轮机。

反击式水轮机就像一个温柔的大力士，它利用水流的压力和动能来推动转轮转动。

冲击式水轮机则像一个勇猛的战士，它直接利用水流的冲击力来推动转轮转动。

不同种类的水轮机适用于不同的场合和水流条件，就像不同的工具适用于不同的工作一样。

水轮机的作用可大了！它可以为我们提供清洁的电能，让我们的生活更加便利。

它还可以用于灌溉、排水、防洪等方面，为我们的农业和城市建设做出贡献。

水轮机就像一个默默无闻的英雄，在我们的生活中发挥着重要的作用。

水轮机的发展也是日新月异。

随着科技的不断进步，水轮机的效率越来越高，体积越来越小，性能也越来越稳定。

未来的水轮机可能会更加智能化，能够自动调节水流的大小和方向，适应不同的工作环境。

这就像我们的手机越来越智能一样，让人充满期待。

水轮机真的是一个了不起的发明！它让我们充分利用了大自然的力量，为我们的生活带来了很多好处。

水轮机原理及构造水轮机是一种将水流动能转化为机械能的能量转换装置。

它的工作原理基于动能守恒定律和能量守恒定律。

水轮机的构造主要包括水轮机轮盘、水轮机叶片、水轮机导叶和水轮机主轴等。

水轮机的工作原理：水轮机的工作原理是利用水流的冲击力和动能来推动轮盘旋转，从而进行能量转换。

具体来说，水轮机是利用流体在受力后产生的动量变化来实现动能转化的。

当水流经过水轮机叶片时，由于叶片形状和速度的变化，水流的动量发生了变化。

这个过程中，水流的动能减小，而叶片所受到的水流冲击力增加，从而推动轮盘旋转。

水流的动力作用可分为冲击力和剪力两部分，它们共同作用在叶片上，产生一个向环形斜盘中心方向的作用力，使其在金属皮带或摩擦轮的拉力下转动。

水轮机的构造：1.水轮机轮盘：水轮机轮盘是水轮机的主要部件，它可以分为定子轮盘和转子轮盘两部分。

定子轮盘通常是固定的，而转子轮盘则与主轴连接，并能转动。

轮盘的外形和材料选择需根据具体的工作条件和需求来确定。

2.水轮机叶片：水轮机叶片是位于轮盘上的一系列叶片，其形状和角度的设计对水轮机的性能具有很大的影响。

一般来说，叶片可以分为定叶和移动叶两种类型。

定叶是固定在轮盘上的，主要用于导向水流；移动叶则可以调整角度，用于控制水流的进入和出口。

叶片通常由耐磨和高强度的材料制成，如钢铁或铝合金。

3.水轮机导叶：水轮机导叶位于叶片和进水管道之间，用于引导水流进入叶片。

导叶的设计可根据水流的速度和压力来决定。

通常，导叶是可调角度的，通过调整导叶的角度，可以控制水流的流向和流速，从而实现对水轮机的调节。

4.水轮机主轴：水轮机主轴是连接轮盘和发电机或其他设备的中心轴。

它负责传输轮盘旋转产生的机械能，使之转化成用于发电或其他工作的机械能。

主轴的设计需考虑到承载能力、刚度和传动效率等要素。

除了以上主要构造部件外，水轮机还包括导叶机构、轴承、机壳和冷却系统等辅助部件。

导叶机构通常是由液压或电动设备控制，用于调节导叶的角度。

水轮机概述水轮机概述Hydraulic Turbine Overview在“水电站栏目”的“水力发电原理”一节中曾介绍中国传统应用的水轮机——水车，在本栏目介绍目前真正用于发电的水轮机的原理与结构。

水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，是利用水流做功的水力机械，根据转换水流能量方式的不同，水轮机分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。

把受水流作用而旋转的部件称为转轮。

冲击式水轮机冲击式水轮机的转轮受到喷射水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换，在同一时刻内，水流只冲击着转轮的一部分，而不是全部。

图1是冲击式水轮机水流向示意图。

图1 冲击式水轮机水流向示意图冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式（又称水斗式）、斜击式、双击式三类，在后面章节会介绍常用的切击式与斜击式水轮机。

反击式水轮机与冲击式水轮机不同，反击式水轮机同时利用了水流的势能与动能，水流充满整个转轮的空间，在转轮叶片约束下改变流速与方向，从而对转轮叶片产生反作用力，驱动转轮旋转。

通过水轮机水流的大部分动能与势能都转换成转轮旋转的机械能。

反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。

轴流式水轮机轴流式水轮机的转轮如同风扇叶片，工作原理与常见的风力机相似。

水流从水轮机四周水平方向向中心流入（径向进入），然后转为向下方向推动转轮叶片做功，由于推动转轮叶片的水流方向与转轮轴方向平行，故称为轴流式水轮机。

图2是轴流式水轮机水流走向示意图图2 轴流式水轮机水流走向示意图混流式水轮机混流式水轮机的转轮看起来较复杂，水流从水轮机四周水平方向向中心流入转轮（径向进入），然后转为向下方向出口，水流进入转轮内在向轴芯方向通过叶片时推动转轮，同时在向下通过叶片时也推动转轮。

也就是说水流在径向与轴向通过叶片时都做功。

故称为混流式水轮机，也称为幅向轴流式水轮机。

图3是混流式水轮机水流走向示意图。

图3 混流式水轮机水流走向示意图斜流式水轮机斜流式水轮机转轮有点像轴流式水轮机转轮，只不过通过叶片的水流是倾斜于轴向，是轴流式水轮机的变种，通过调节叶片角度可适应较大的水头范围。

水轮机的工作原理水轮机是一种利用水能转换成机械能的装置，是水电站发电的主要设备之一。

它通过水流的动能转换成机械能，驱动发电机发电。

水轮机的工作原理主要包括水流入口、叶轮、转子、出口等几个部分，下面将详细介绍水轮机的工作原理。

首先，水轮机的工作原理是基于水的动能转换成机械能。

当水流通过水轮机的叶轮时，水的动能被传递给叶轮，使叶轮产生旋转运动。

这种旋转运动将驱动水轮机的转子旋转，转子与发电机相连，通过机械传动将机械能转换成电能。

其次，水轮机的叶轮是实现水能转换的核心部件。

叶轮通常由多个叶片组成，叶片的形状和排列方式会影响叶轮的效率和性能。

当水流通过叶轮时，叶片受到水流的冲击力，产生转动力，从而驱动叶轮旋转。

因此，叶轮的设计和制造对水轮机的工作效率和稳定性有着重要的影响。

另外，水轮机的转子是叶轮传递动能的部分，也是驱动发电机发电的关键。

转子通常由轴承、转子盘和转子叶片等部件组成，其主要作用是将叶轮传递的动能转换成机械能，并输出到发电机上。

转子的设计和制造需要考虑其承受水流冲击的能力和转动的平衡性，以确保水轮机的正常运行和发电效率。

最后，水轮机的出口是水流离开水轮机的地方，也是水轮机工作原理的最后一环。

当水流通过叶轮后，其动能已经转换成机械能，水流将从水轮机的出口流出，继续向下游流动。

在水轮机出口处通常设置有排水装置，用于控制水流的排放和保证水轮机的正常运行。

总的来说，水轮机的工作原理是基于水的动能转换成机械能，通过叶轮、转子等部件的协同作用实现水能的利用和发电。

水轮机的工作原理涉及流体力学、机械传动、发电原理等多个领域，是一种高效、可靠的水能利用装置。

希望通过本文的介绍，读者对水轮机的工作原理有了更深入的了解。

水轮机概论及工作原理水轮机是一种将水的能量转化为机械能的装置，广泛应用于水力发电和工业生产中。

水轮机的工作原理基于流体静力学原理和动力学原理，通过水流的压力和流速来驱动轮盘的转动。

水轮机的主要组成部分包括定子、转子和导水管道。

定子是需要安装在导水管道上的一种装置，用于引导水流并控制水流的压力和方向。

转子是水轮机的核心部分，由轮盘和转轴组成。

轮盘上面通常有多个叶片，可以根据水流的压力和流速来转动。

转轴将转动的动能传输给发电机或其他机械装置。

根据水轮机叶片的形状和布局方式，可以将水轮机分为多种类型，其中最常见的是水轮机和斜流水轮机。

水轮机：水轮机采用径流式布置，叶片通过水流的冲击和冲击力矩来转动轮盘。

流入水轮机的水流方向垂直于轮盘的转动轴线，水流经过叶片后冲击轮盘的另一侧。

水轮机适用于大流量、低水头的水力资源，如河流和瀑布。

斜流水轮机：斜流水轮机采用斜流式布置，水流的方向与轮盘的转动轴线呈45度角。

水流沿着叶片倾斜的方向经过水轮机，通过叶片的转动转变为轮盘的旋转动能。

斜流水轮机适用于中等流量、中等水头的水力资源，如河流和水库。

水轮机的工作过程可以概括为以下几个步骤：1.水流的引导：水轮机的定子通过导水管道将水流导向叶片区域。

定子具有特定的形状和角度，能够使水流以一定的速度和方向进入叶片。

2.水流的转向：水进入叶片区域后，受到叶片的作用发生方向的变化。

叶片的形状和布局可以改变水流的流向，并且通过冲击叶片产生冲击力矩来推动轮盘的转动。

3.转动轮盘：当水流对叶片施加冲击力矩时，叶片就会开始转动轮盘。

转动轮盘的速度取决于水流的流速和压力，以及叶片的形状和数量。

4.能量转移：转动轮盘的动能可以进一步转移到发电机或其他机械装置。

发电机将机械能转化为电能，用于供电；或者机械装置可以利用转动的动力进行生产。

总体上，水轮机利用水的能量来推动转子旋转，将水流的动能转化为机械能。

水轮机具有高效、可持续的特点，在水力资源丰富的地区广泛应用，为社会经济的发展提供了重要的能源支持。

第二章水轮机的工作原理第一节水流在反击式水轮机转轮中的运动一、复杂的空间非恒定流水轮机内的水流运动是复杂的空间非恒定流1) 水头、流量在不断变化2) 叶片形状为空间扭曲面，水流在两叶片之间的流道内为复合运动，流速的大小、方向在不断地变化，而转轮本身也在运动。

二、恒定流状态水轮机在某一工作状况时，(H、Q、N、η不变)，水流在水轮机的蜗壳、导水叶及尾水管中的流动是恒定流。

水流在转轮内的流动相对于转轮旋转坐标而言，也是恒定流。

水流在转轮中的运动非常复杂，上述假定可以简化分析。

三、水流运动是空间三元流水流运动规律用速度三角形表达=+V——水流绝对流速（相对于地球）——水流随转轮旋转牵连流速W——水流沿叶片流动的相对流速用速度三角形分析水流运动的方法是研究转轮流速场的重要方法。

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。

根据恒定流假定可知，任一水流质点在转轮进口的运动状态及其流动到转轮出口的运动状态可由同一时刻该流面上任意进、出口点的速度三角形表示。

速度与分速度的空间矢量关系第二节 水轮机工作的基本方程式一、动量矩定理单位时间内水流对转轮的动量矩改变，应等于作用在该水流上的外力的力矩总和。

即：)(2211r V r V gQ M u u e-=γ其中M 为水流对转轮的力矩，方程右端为水流本身速度矩的变化。

该式表达了水轮机中水流能量转换为旋转机械能的平衡关系。

二、水轮机的基本方程在稳定工况下(n 、Q 、H 均不变)，转轮内的水流运动时相对的恒定流，因此转轮的出力为：ϖγϖ)(2211r V r V gQ M N u u ee -==)(2211u u eV U V U gQ -=γs e e H Q N ηγ=所以，水轮机的基本方程为：2211u u s V U V U g H -=η该方程式对反击式、冲击式水轮机均适用。

水轮机原理及构造1、概述混流式水轮机工作原理：水流经压力钢管在开启蝶阀后进入蜗壳形成封闭的环流〔形成环流是为了使水流作用转轮时，使转轮各方向受力均匀，到达机组稳定运行的目的〕，在导叶开启后，水流径向进入转轮又轴向流出转轮〔所以称之为混流式水轮机〕，在这个过程中由水流和水轮机的相互作用，水流能量传给水轮机，水轮机开始旋转作功。

水轮机带动直流励磁的同步发电机转子旋转后，根据电磁感应原理〔问题〕，在三相定子绕阻中便感应出交流电势，带上外负荷后便输出电流。

注：电磁感应闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生感应电流，这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。

①产生感应电流的必要条件是：a、电路要闭合；b、闭合电路中一部分导体做切割磁感线运动，缺一不可；假设是闭合电路的一部分导体，但不做切割磁感线运动则无感应电流，假设导体做切割磁感线运动但电路不闭合，导体上仍无感应电流则导体两端有感应电压。

②感应电流的方向跟磁场方向和导体切割磁感线运动方向有关三者互相垂直，改变磁场方向或改变导体切割磁感线方向都会改变感应电流的方向。

③在电磁感应现象中机械能转化为电能。

应用：发电机是根据电磁感应原理制成的，它使人们大规模获得电能成为现实。

①交流发电机主要由转子和定子两部分组成，另外还有滑环、电刷等。

②交流电的周期与频率周期和频率是用来表示交流电特点的两个物理量，周期是指交流发电机中线圈转动一周所用的时间，所以单位是“秒”；频率是指每秒钟内线圈转动的周数，它的单位是“赫”。

我国使用的交流电周期为0.02秒，频率是50赫，其意义是发电机线圈转一周用时0.02秒，即1秒内线圈转50周，因为线圈每转一周电流方向改变两次，所以，频率为50赫的交流电在1秒钟内方向改变100次。

2、水轮机的主要类型：水轮机基本类型有：还击式冲击式还击式：混流式〔HL〕、东风：HLA722C-LJ-192HL混流式水轮机设计序号为A722C为L立轴J金属蜗壳192转轮直径为192cm轴流式〔ZL〕：轴流转桨式〔ZZ〕轴流定桨式〔ZD〕、斜流式〔XL〕、贯流式〔GL〕：贯流转桨式〔GZ〕贯流定桨式〔GD〕特点：将位能〔势能〕、动能转换为压能，进行工作；转轮完全淹没在密闭的水体中。

水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。

早在公元前100年前后，中国就出现了水轮机的雏形——水轮，用于提灌和驱动粮食加工器械。

现代水轮机则大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。

在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。

作完功的水则通过尾水管道排向下游。

水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。

水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。

冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。

冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类。

斜击式水轮机的结构与水斗式水轮机基本相同，只是射流方向有一个倾角，只用于小型机组。

早期的冲击式水轮机的水流在冲击叶片时，动能损失很大，效率不高。

1889年，美国工程师佩尔顿发明了水斗式水轮机，它有流线型的收缩喷嘴，能把水流能量高效率地转变为高速射流的动能。

理论分析证明，当水斗节圆处的圆周速度约为射流速度的一半时，效率最高。

这种水轮机在负荷发生变化时，转轮的进水速度方向不变，加之这类水轮机都用于高水头电站，水头变化相对较小，速度变化不大，因而效率受负荷变化的影响较小，效率曲线比较平缓，最高效率超过91％。

20世纪80年代初，世界上单机功率最大的水斗式水轮机装于挪威的悉·西马电站，其单机容量为315兆瓦，水头885米，转速为300转／分，于1980年投入运行。

水头最高的水斗式水轮机装于奥地利的赖瑟克山电站，其单机功率为22.8兆瓦，转速750转/分，水头达1763.5米，1959年投入运行。

反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。

在混流式水轮机中，水流径向进入导水机构，轴向流出转轮；在轴流式水轮机中，水流径向进入导叶，轴向进入和流出转轮；在斜流式水轮机中，水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮，或以倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮；在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。

水轮机工作原理水轮机是一种利用水力能量转换成机械能的装置，它广泛应用于水电站和水利工程中。

水轮机工作原理涉及到水的流动、压力、转动等基础物理原理。

下面将详细介绍水轮机的工作原理。

一、水能转化为机械能的过程水轮机的工作主要是通过水能转化为机械能来实现的。

当水从较高的地方流向较低的地方时，水具有一定的动能，称为水能。

水能可以通过水轮机将其转化为旋转的机械能。

水轮机一般由转子和定子两部分组成，其中转子是主要的转动部件，而定子则是固定不动的部件。

二、水轮机的工作过程1. 进水过程：水轮机工作的第一步是将水引导到转子上面。

一般来说，水会通过水闸门、堰坝等设施引导到水轮机上面，并作用于转子叶片上。

通过进水口控制水流量和压力，确保水能够正常作用于转子叶片上。

2. 水的压力转换：当水经过进水口后，会因为受到转子叶片的作用而改变流动方向。

在转子叶片上，水的动能会被转化为旋转的机械能。

这是因为在流经转子叶片时，由于叶片的形状和转动的运动，水会产生压力差，从而产生力矩，推动转子叶片旋转。

3. 机械能转化：当水的压力转换为转子叶片上的力矩后，转子就会开始旋转。

在转子旋转的过程中，通过轴将转子上的机械能传递给发电机或其他机械装置，用于发电或其他工作。

4. 出水过程：在水轮机完成工作后，水会从转子叶片上流出，并通过出水口排出。

一般来说，出水口会将水引导到下游的河流或其他水体中。

三、水轮机的类型和特点根据水轮机的结构和特点不同，可以将其分为垂直轴水轮机和水平轴水轮机两大类。

1. 垂直轴水轮机：垂直轴水轮机是指转子轴线和地面垂直的水轮机。

它的转子通常放置在下游的水流中，水从上方流入转子，再从底部流出。

垂直轴水轮机适用于较大的水头，具有结构简单、占地面积小、运转稳定等特点。

2. 水平轴水轮机：水平轴水轮机是指转子轴线和地面平行的水轮机。

它的转子通常放置在水流的侧面，水沿着转子的水平方向流过。

水平轴水轮机适用于较小的水头，具有装置灵活、维护方便等特点。

水轮发电机组原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊水轮发电机组原理，这可真是个超级有趣的事儿呢！
想象一下啊，水就像一群欢快奔跑的小精灵，它们从高处冲下来，那股劲头可足啦！水轮就像是个大力士，接住了这些小精灵，然后带着它们一起旋转起来，哇哦！这不就跟咱小时候玩的陀螺一样嘛，给它一个力，它就能转个不停。

而水轮发电机组呢，就是把水的力量转化成电的神奇机器。

就说那三峡大坝的水轮发电机组吧，那么庞大的家伙，日夜不停地工作着。

当水流奔腾而下，冲击着水轮，水轮就开始飞速转动，这不就像我们兴奋时心跳加速一样嘛！然后通过一系列复杂的装置和过程，电就产生啦！你说神奇不神奇？
“哎呀，那这水轮发电机组到底是咋工作的呀？”你可能会这么问。

嘿嘿，别着急呀！水从进水口进来，就像运动员站到了起跑线上，准备大显身手。

接着水冲击水轮，水轮开始转动，这时候就像是给机器注入了活力。

然后呢，转动的能量传递到发电机，发电机就像个魔法盒子，把机械能变成了电能，就好像魔术师把一个东西变成了另一个东西一样神奇！
这水轮发电机组可是为我们的生活提供了源源不断的电力呀，要是没有它，我们的生活得变成啥样啊！想想都觉得可怕。

所以呀，我们得好好珍惜这神奇的技术，感谢那些发明和维护这些设备的人们。

总之，水轮发电机组原理就是这么神奇又重要，它让我们的生活变得更加美好和便利！。