冲击式水轮机与水轮发电机的性能对比分析

水利水电技术㊀第５０卷㊀２０１９年第１２期贯流式水轮机与冲击式水轮机特点分析评«水电站动力设备»李爱民㊀四川水利职业技术学院随着社会的全面发展和现代化建设进程的加快ꎬ电力行业发展取得了显著的成效ꎬ其中水电是电力生产的重要组成ꎬ为电力资源贡献了不可忽视的作用ꎮ在当今社会发展下ꎬ低水头水电资源的开发ꎬ已成为一个新的投资热点ꎬ其开发地点通常位于平原和合谷地区ꎬ具有经济发达等特点ꎬ为了兼顾生态保护和减少交通设施的淹没ꎬ以径流式电站建设为主ꎬ但对水轮机的选择存在疑问ꎮ经研究发现ꎬ水电站想要维持正常运行ꎬ水轮机必不可少ꎬ是一种流体机械ꎬ能够将水能转化为机械功ꎬ依照其原理的不同可分为两种类型ꎬ其一为冲击式水轮机ꎬ包含水斗式㊁双击式㊁斜击式ꎬ主要是利用水流动能的水轮机ꎻ其二为反击式水轮机ꎬ包含贯流式㊁斜流式㊁混流式㊁轴流式ꎬ可在利用水流动能的同时ꎬ借助势能进行能量转换的一种水轮机ꎮ为了帮助读者更好的认识水电站动力设备ꎬ作者从水轮机的概念开始讲述ꎬ系统地介绍了水轮机的工作参数㊁水轮机的主要类型㊁水轮机的型号㊁水轮机的结构㊁水轮机的原理㊁水轮机的特性与选择等知识ꎮ全书共由十章内容组成ꎬ其中第一章为绪论ꎬ主要介绍了水能的优越性㊁水电站的型式㊁水轮机的基本工作参数㊁水轮机的类型与特点等知识ꎻ第二章主要概述了水轮机的结构ꎬ包括混流式㊁轴流式㊁反击式等水轮机结构ꎻ第三章介绍了水轮机的工作原理ꎻ第四章介绍了水轮机的空化和空浊类型ꎻ第五章介绍了水轮机的特性与选择ꎻ第六章介绍了水轮机的振动㊁检修及故障处理方法等ꎻ第七章重点介绍了贯流式水轮机与冲击式水轮机的特点ꎻ第八章介绍了水轮机调速器工作原理㊁类型ꎻ第九章介绍了同步发电机的基本结构㊁工作原理等知识ꎻ第十章介绍了水轮机进水阀门的作用㊁类型等ꎮ整本书结构清晰ꎬ思路明确ꎬ可给读者带来一目了然的体验ꎮ«水电站动力设备»(中国水利水电出版社ꎬ２００３年版)一书由郑源㊁张强编著ꎬ清楚地介绍了水轮机特点ꎬ尤其是贯流式水轮机与冲击式水轮机两种类型ꎬ概述如下:一㊁贯流式水轮机的特点贯流式水轮机适用于２５ｍ以下的水头ꎬ是一种低水头水力资源的新型机组ꎬ其流道呈直线状ꎬ即让水流在流道内沿着轴向运动ꎬ不会发生拐弯等现象ꎬ这样一来ꎬ能够大大地提高机组的过水能力和水力效率ꎻ虽然与轴流式水轮机较为相似ꎬ但可从定浆与转浆上区分两者的不同ꎮ此外ꎬ根据贯流式水轮机机组布置形式的不同可分为四种常见类型ꎻ第一种类型为轴伸贯流式ꎬ机组采用卧式布置ꎬ发电机为敞开型ꎬ土建工程小ꎬ没有蜗壳ꎬ具有易于检修㊁运行和维护等优势ꎬ但同样也存在缺点ꎬ即尾水能量回收效率低ꎬ因为机组是采用直弯水管ꎮ第二种类型为竖井贯流式ꎬ其特点在于发动机的布置位置ꎬ与其他发动机安置位置不同ꎬ即布置在水轮机游侧的混凝土竖井中ꎬ并且发动机为敞开型ꎬ这样一来ꎬ有利于维护和运行ꎬ同时还具备防潮作用ꎻ当然ꎬ也存在缺点ꎬ即竖井的存在会将水流道分为两侧进入ꎬ继而在一定程度上增加引水流道的水力损失ꎬ同时水力效率也会得到相应的降低ꎻ第三种类型为灯泡贯流式ꎬ其特点在于发电机布置位置ꎬ即安装在水轮机游侧灯泡型金属壳中ꎬ这样的安装有利于减少土建工程量ꎬ但也会增加通风㊁密封㊁运行检修的困难性ꎮ第四种类型为全贯流式ꎬ机组的布置与第一种类型相同ꎬ采用了卧式布置ꎬ其特点在于发电机磁极位置ꎬ即安置在水轮机叶片边缘ꎬ可避免渗漏情况的发生ꎮ二㊁冲击式水轮机特点冲击式水轮机是一种水力原动机ꎬ主要是利用特殊的导水机构ꎬ例如喷管工具ꎬ以便引出具有动能的自由射流ꎬ冲向转轮水斗ꎬ使得转轮旋转做功ꎬ完成水能转换为机械能这一过程ꎻ经调查发现ꎬ冲击式水轮机适用于５００ｍ以上的水电站ꎬ因为在工作过程中ꎬ其水流的压力并不会发生变化ꎬ仅仅是速度发生了改变ꎬ由此说明冲击式水轮机与反击式水轮机在水能利用方式上有着明显不同ꎬ即冲击式水轮机主要是利用水流的动能ꎬ一旦动能减小ꎬ水流能量则会发生相应的改变ꎮ此外ꎬ冲击式水轮机还有以下不同特点:①喷管的存在极为重要ꎬ相当于反击式水轮机的导水机构ꎬ主要是用于引导水流㊁调节流量及将液体机械能转变为射流动能ꎻ②冲击式水轮机中无需设置密封流道ꎻ③冲击式水轮机无需尾水管ꎻ④冲击式水轮机的工作轮主要是暴露在大气中ꎬ与其他类型不同ꎬ例如反击式水轮机的工作轮需淹没在水中ꎮ以上内容可在一定程度上帮助从事人员选择合适的水轮机ꎮ总而言之ꎬ该书可作为相关从事人员的参考书ꎬ具有知识全面ꎮ详细等特点ꎮ。

火力发电：火电厂是利用煤、石油、天然气作为燃料生产电能的工厂，它的基本生产过程是：燃料在锅炉中燃烧加热水使成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能火电的缺点火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。

一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。

据估计，全世界石油资源再有30年便将枯竭。

另一方面燃烧燃料将排出二氧化碳和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。

水力发电：以水具有的重力势能转变成动能的水冲水轮机，水轮机即开始转动，若我们将发电机连接到水轮机，则发电机即可开始发电。

如果我们将水位提高来冲水轮机，可发现水轮机转速增加。

因此可知水位差愈大则水轮机所得动能愈大，可转换之电能愈高。

这就是水力发电的基本原理。

能量转化过程是：上游水的重力势能转化为水流的动能，水流通过水轮机时将动能传递给汽轮机，水轮机带动发电机转动将动能转化为电能。

因此是机械能转化为电能的过程。

由于水电站自然条件的不同，水轮发电机组的容量和转速的变化范围很大。

通常小型水轮发电机和冲击式水轮机驱动的高速水轮发电机多采用卧式结构，而大、中型代速发电机多采用立式结构。

由于水电站多数处在远离城市的地方，通常需要经过较长输电线路向负载供电，因此，电力系统对水轮发电机的运行稳定性提出了较高的要求：电机参数需要仔细选择；对转子的转动惯量要求较大。

所以，水轮发电机的外型与汽轮发电机不同，它的转子直径大而长度短。

水轮发电机组起动、并网所需时间较短,运行调度灵活,它除了一般发电以外，特别适宜于作为调峰机组和事故备用机组。

水电的缺点水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。

另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。

太阳能发电利用太阳能发电的方法有三种:其一为利用光电池，直接将日光转换为电流。

（也称光伏发电）基本原理就是“光伏效应” 光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。

冲击式水轮机的水力损失和效率研究引言：冲击式水轮机是一种利用水流冲击旋转叶轮来产生动力的装置，被广泛应用于水力发电、水务工程等领域。

研究冲击式水轮机的水力损失和效率对于提高其性能和优化设计具有重要意义。

本文旨在探讨冲击式水轮机的水力损失和效率影响因素，并提出相关的改进措施。

一、水力损失的影响因素1. 摩擦损失摩擦损失是冲击式水轮机中一种常见的水力能量损失方式。

摩擦主要发生在水流与水轮机叶轮表面的接触处。

受到此种损失的水流，无法完全转化为机械能，而是以热能的形式散失在环境中。

摩擦损失主要与叶轮材料、叶轮表面光滑度以及水流速度等因素有关。

改进措施：使用具有较低摩擦系数的材料来制造叶轮，提高叶轮表面的光滑度，减小摩擦损失的发生。

2. 水流涡旋损失水流在通过冲击式水轮机时，由于复杂的流动形态，会产生涡旋，并引起多余的水流能量损失。

涡旋损失主要与水流入口、叶轮设计以及流道布置等因素有关。

改进措施：优化冲击式水轮机的叶轮设计，减小水流通过叶轮时产生的涡旋；合理布置流道，减少涡旋的产生和损失。

3. 水射流的流速冲击式水轮机通过喷射高速水射流的方式转动叶轮，水射流的流速对水力损失具有一定影响。

当喷射水射流的流速过低时，可能无法充分利用水流能量；而当流速过高时，将增加冲击力，导致水力损失增加。

改进措施：通过实验和模拟分析，确定合适的水射流流速，使之既能充分利用水流能量，又不会增加不必要的水力损失。

二、效率的影响因素1. 冲击水力效率冲击水力效率是指在冲击式水轮机中，水流能量转化为机械能的比例。

影响冲击水力效率的因素较多，包括水流速度、水流形状、叶轮设计以及水轮机内部的摩擦损失等。

改进措施：优化水轮机内部的流道设计，减少能量损失，提高冲击水力效率。

2. 机械转换效率机械转换效率是指冲击式水轮机将水流能量转换为机械能的效率。

影响机械转换效率的因素主要包括叶轮设计、摩擦损失以及轴传动损失等。

改进措施：改善叶轮设计，减小摩擦损失和轴传动损失，提高机械转换效率。

水轮机特性选型比较水动能回收型冷却塔和冷却塔节能改造技术的核心是水轮机，水轮机的效率决定改造的成功与否，而影响水轮机效率的因素从水轮机选型、到工艺结构都对能改造的系统富余能量的有效利用起着决定性的作用。

1、水轮机的分类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。

A、冲击式水轮机工作原理：冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，有收缩喷嘴，能把水流能量转变为高速射流的动能，主要是动能的转换。

B、反击式水轮机工作原理：反击式水轮机内的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的势能和动能均有改变，主要是势能的转换。

冲击式水轮机（图片A）反击式水轮机（图片B）2、两种形式水轮机的能量比较A 、冲击式水轮机能量计算公式：22)(2121S Qm mV E ==对于冲击式水轮机而言，需尽可能减小管道面积以输出更多的能量。

对所有的冲击式水轮机而言进水口处都有明显的变径（如下图2），也就相当于在管道上增加了一个阀门，多消耗了一部分能量。

B 、反击式水轮机能量计算公式：P=ρg Q H对于反击式水轮机而言，需尽可能增加势能以输出更多的能量。

通过反击式水轮机的转轮来增加势能，满足输出功率要求，没有管道变径（如下图1），不存在额外的能量损耗。

对循环水系统而言，反击式水轮机高效率的利用系统中的流量和扬程提供的势能比冲击式水轮机减小管道面积获得更高动能更可取。

对工业循环水系统而言，额外增加阻力会减少水泵的输出流量。

所以对工业循环水系统而言，冲击式水轮机不可取。

3、两种形式水轮机的效率比较在反击式水轮机中，水流充满整个转轮流道，全部叶片同时受到水流的作用，所以在同样的水头下，转轮直径小于冲击式水轮机，最高效率也高于冲击式水轮机。

根据冷却塔节能技改所应用工业循环水系统的特性，利用循环水系统富余能菱电反击式混流水轮机（图1） 冲击式水轮机（图2）量驱动水轮机运转，在工业循环水中较小流量和较小压头的前提下，系统能量的有效利用是建立在水轮机高效率的基础上。

冲击式水轮机的水力特性参数分析和改善冲击式水轮机是一种常见的水力发电设备，其运行原理是利用水流冲击水轮机叶片产生动能，进而驱动发电机发电。

该类型水轮机具有结构简单、效率高以及适用范围广等优点，因此得到了广泛应用。

然而，冲击式水轮机在实际运行中存在一些问题，如水流过程中的能量损失、引起水轮机振动和噪音的不平稳等。

本文将以冲击式水轮机的水力特性参数分析和改善为主题，探讨如何优化冲击式水轮机的性能。

首先，我们需要进行冲击式水轮机的水力特性参数分析。

水力特性参数包括效率、进口水头、出口水头、叶轮转速等。

效率是评估冲击式水轮机性能的重要指标，表示了水轮机在转换水流动能为机械能的能力。

进口水头和出口水头是水流通过水轮机前后的水头差，也是冲击式水轮机工作的基本条件。

叶轮转速是水轮机叶轮的转速，决定了水轮机的输出功率。

通过对这些水力特性参数的分析，我们可以全面了解冲击式水轮机的性能状况，找出存在的问题和优化的空间。

在对冲击式水轮机的水力特性参数进行分析后，我们可以着手改善其性能。

首先，对于能量损失的问题，我们可以通过优化水流的流线形状来减小水流在过程中的能量损失。

通过合理设计和布置叶片形状，减小叶轮与水流之间的摩擦力和阻力，提高能量转化效率。

其次，对于水轮机振动和噪音的不平稳问题，我们可以采用动平衡技术和减振措施。

通过在叶轮上进行动平衡，消除不平衡力和不平衡力矩，减小水轮机的振动。

同时，在水轮机的轴承、支撑结构等部位加装减振装置，降低振动和噪音的产生。

除了以上的改善措施，引入先进的控制系统和调速装置也可以提高冲击式水轮机的性能。

通过采用计算机远程监控和自动控制系统，可以实时监测和调节冲击式水轮机的工作状态，确保其稳定运行。

在调速装置上，可以采用变频调速技术，提高冲击式水轮机的调速性能。

通过精确控制水轮机的转速，可以适应不同的水负荷和负载要求，优化其运行效率。

另外，适当增加冲击式水轮机的装置和设备也可以改善其性能。

水力发电的机组类型，你知道哪些？
水轮机是利用水的高度差产生的水动能转换为机械能的大型综合机械设备。

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。

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。

反击式水轮机
反击式水轮机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。

反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。

轴流式水轮机水流从水轮机四周水平方向向中心流入（径向进入），向下方向推动转轮叶片转动。

混流式水轮机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。

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，其水流能量损失小，通过调节叶片角度可适应较大的水头范围。

贯流式水轮机转轮与轴流式水轮机转轮基本相同，但转轴是水平方向或略有倾斜，水流是沿水轮机轴线方向进入，沿水轮机轴线方向流出。

可逆式水轮机
可逆式水轮机也叫水泵水轮机，是一种既可以作水轮机使用又可以作水泵使用的水力机械。

理论上讲，混流式水轮机、轴流式水轮机、斜流式水轮机都可以实现可逆运转，实际上要经过专门设计才能在两种运行状态下高效运行。

水轮机的主要类型与适用水头。

冲击式水轮机组选型方法的分析与比较冲击式水轮机组是一种利用水流动能转换成机械能的设备。

在选择冲击式水轮机组时，需要考虑多个因素，包括水头、流量、效率、可靠性以及运行成本等。

本文将从以上几个方面进行分析与比较，以帮助读者更好地理解冲击式水轮机组的选型方法。

首先，水头是选择冲击式水轮机组的关键因素之一、水头是指水位差与水流动速度所共同产生的能量，是决定水轮机组输出功率的重要参数。

对于有一定水头但水流速度较小的场合，宜选择高水头、低速度的冲击式水轮机组。

而对于水头较小但水流速度较快的场合，则宜选择低水头、高速度的冲击式水轮机组。

其次，流量是另一个需要考虑的因素。

流量是指单位时间内通过流体的体积。

冲击式水轮机组根据流量的大小，可分为小流量、中流量和大流量冲击式水轮机组。

根据具体的水资源条件和用电需求，选择适当的流量范围的冲击式水轮机组非常重要。

第三，效率也是考虑的重要因素之一、效率是指冲击式水轮机组将水动能转换成机械能的比率。

一般情况下，冲击式水轮机组的效率较高，可达到70%以上。

但在实际应用中，由于灰垢、磨损等因素的存在，效率可能会有所降低。

因此，在选型时应选择高效率的冲击式水轮机组，以提高能源利用效率。

第四，可靠性是选择冲击式水轮机组的另一个关键因素。

可靠性是指冲击式水轮机组在使用过程中的稳定性和安全性。

冲击式水轮机组通常采用耐磨材料制造，能够在恶劣环境下运行，并具有较高的抗磨损性能。

在选择时，应考虑供应商的信誉度和产品的质量保证，以确保冲击式水轮机组的可靠性。

最后，运行成本也是需要考虑的因素之一、运行成本包括运维费用、维修费用和能耗等。

在选择冲击式水轮机组时，应考虑设备的投资成本、运行费用以及长期维护成本等，以降低运行成本并提高经济效益。

总之，选择冲击式水轮机组要考虑多个因素，包括水头、流量、效率、可靠性和运行成本等。

在选型时，应根据具体的水资源条件和用电需求，综合考虑各个因素，选择适合的冲击式水轮机组。

冲击式水轮机在可再生能源发展中的前景和应用可再生能源作为人类实现可持续发展的重要手段，受到了全球范围内的广泛关注和重视。

而冲击式水轮机作为一种新型的水力发电设备，在可再生能源领域具有广阔的前景和应用空间。

本文将对冲击式水轮机在可再生能源发展中的前景和应用进行分析和探讨。

首先，冲击式水轮机具有较高的能量转化效率，是一种能够有效利用水能的发电设备。

相比传统的水轮机，冲击式水轮机利用冲击力将水能转化为机械能的过程更加高效，能够最大限度地提高能源利用率。

尤其是在水力资源丰富的地区，如瀑布、悬崖、陡坡等地形复杂的地区，冲击式水轮机能够发挥更大的作用，将潜在水能转化为电能，实现清洁能源的可持续利用。

其次，冲击式水轮机具有体积小、结构简单等优势，适用于多种场景下的应用。

相比传统的大型水轮机，冲击式水轮机的体积较小，结构简单，可以便于布置在不同的场地和环境中。

无论是山区、河流还是城市，都可以利用这种水轮机进行水能开发，不受地理环境限制。

此外，冲击式水轮机还具有启动灵敏、运行可靠等特点，能够适应不同的气候和地形条件，为可再生能源的发展提供灵活可靠的动力支持。

第三，冲击式水轮机具备一定的经济优势，可以带动地方经济的发展。

冲击式水轮机的制造和维护成本相对较低，且具备长周期的运行可靠性，可以降低发电成本，提高电力市场的竞争力。

同时，该技术的应用也促进了水力能源的开发利用，刺激了相关产业的发展，带动了当地经济的增长。

例如，冲击式水轮机的建设和运营过程中，需要大量的工程师、技术人员和运维人员的参与，能够提供就业机会，推动当地居民的生活水平提高。

此外，冲击式水轮机还具备一定的环境优势，可以实现低碳环保的能源开发。

水能作为一种清洁的可再生能源，其利用能够带来较小的环境污染和温室气体排放。

冲击式水轮机的使用不仅不会污染水资源，还可以有效利用水资源，减缓水资源短缺的问题。

另外，冲击式水轮机的运行过程中没有明显的噪音和振动，对周边环境的影响较小。

水轮机与冲击式水轮机的对比研究引言水能作为一种可再生的能源，被广泛应用于发电行业。

在水力发电中，水轮机是常用的发电设备之一。

近年来，冲击式水轮机作为一种新型水轮机出现，并逐渐受到关注。

本文将对水轮机和冲击式水轮机进行对比研究，分析其优点、特点以及适用情况，以期为水力发电领域的技术发展提供参考。

一、水轮机1. 概述水轮机是一种利用水能驱动涡轮转动，通过机械装置将水动能转化为机械能，进而驱动发电机发电的设备。

水轮机按照工作原理可分为水力能转换器（水轮涡轮机）和水动力转换器（水涡轮发电机组）。

水轮机广泛应用于水力发电站，具有水能利用效率高、运行稳定可靠等优点。

2. 工作原理水轮机利用水的冲击力和转动力，通过叶轮的旋转来产生工作功，进而驱动发电机发电。

水轮机的工作原理可以简述为：水通过输水管道流入水轮机进口，经过导水管、喷嘴等装置高速喷射到叶轮上，使叶轮转动，然后将转动传导给发电机，进而产生电能。

3. 优点与适用情况水轮机具有以下优点：- 水能利用效率高，可达到80%以上；- 运行稳定可靠，适用于长期稳定供电的场合；- 可根据水流条件进行设计和改进，具有较高的灵活性。

水轮机适用于水流条件稳定、水头变化不大的水电站。

然而，对于水头变化较大的水流，水轮机的效率可能会下降，因此存在一定的改进空间。

二、冲击式水轮机1. 概述冲击式水轮机是一种利用水流动量变化的冲击力驱动叶轮旋转，并通过机械装置将水动能转化为机械能的水轮机。

冲击式水轮机相对于传统水轮机而言，具有结构简单、利用水流冲击力高效等特点。

2. 工作原理冲击式水轮机的工作原理可以简述如下：水流进入水轮机，经过喷孔缩小流道，使得流速增加和流量减小，水流通过喷孔后与喷嘴壁面相撞，产生冲击力，进而使得叶轮旋转。

冲击式水轮机通过连续不断的冲击产生工作功，推动发电机发电。

3. 优点与适用情况冲击式水轮机相较于传统水轮机具有以下优点：- 结构简单，易于制造和维护；- 利用水流冲击力进行驱动效率更高；- 适用于水头变化大的水流条件，更具适应性。

水轮发电机组的种类冲击式水轮机冲击式水轮机仅利用了水流的动能.借助特殊的导水装置(如喷嘴),把高压水流变为高速的自由射流,通过射流与转轮的相互作用,将水流能量传递给转轮.转轮和导水装置都安装在下游水位以上,转轮在空气中旋转,水流沿转轮斗叶流动过程中,水流具有与大气接触的自由表面,水流压力一般等于大气压,从转轮进口到出口水流压力不发生变化,只是转轮出口流速减小了.转轮不是整周进水,因此过流量较小.冲击式水轮机是利用高压喷射水流的动能做功的水轮机，高水头水库的水通过压力管道引到水轮机，高压水经过水轮机喷管成为高速射出的水流，冲向水轮机的水斗，使水轮机旋转做功。

冲击式水轮机主要有三种形式，切击式水轮机、斜击式水轮机、双击式水轮机。

斜击式水轮机斜击式水轮发电机组属于高水头小流量的发电机组。

工作原理：斜击式水轮机属冲击式水轮机，同样是利用高压喷射水流的动能做功的水轮机，高水头水库的水通过压力管道引到水轮机，从水轮机喷管射出高速水流，冲向水轮机的轮叶，使水轮机旋转做功。

水由喷嘴出来的射流不是沿切向，而是沿着与转轮旋转平面成某一角度的方向，从转轮一侧进入斗叶，再从另一侧离开斗叶。

斜击式水轮机水流以倾斜于主轴的方向进出转轮。

轴流式机组轴流式机组适用于低水头水力资源的开发，使用水头一般2米～70米，有轴流转浆式和轴流定浆式。

它具有如下显著的特点：1.水流由轴流式水轮机的轴向流入转轮而又轴向流出，叶片轴线垂直于水轮机的主轴轴线安装在转轮体上。

2.叶片与转轮体的结合分为：定浆式，即叶片角度不能调节；转浆式，即叶片角度可随水头、负荷的改变而自动改变叶片安装角，它与导水机构协联工作，使水轮机始终保持在最优工况下运行。

调浆式则介于两者之间，它可根据水头及负荷的变化，停机调浆，而成定浆式运行。

其引水室一般为混凝土蜗壳或金属蜗壳，小型轴流式水轮机还可用明槽式和有压明槽式引水室，其结构简单，成本低廉。

轴流式机组除以上优点外，还具有体积小，重量轻，设计合理，符合国家电机质量标准精制而成的“出口型”优质产品，是目前市面上最新、最理想的产品。

各种发电方式的优缺点对比火力发电：火电厂是利用煤、石油、天然气作为燃料生产电能的工厂，它的基本生产过程是：燃料在锅炉中燃烧加热水使成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能火电的缺点火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。

一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。

据估计，全世界石油资源再有30年便将枯竭。

另一方面燃烧燃料将排出二氧化碳和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。

水力发电：以水具有的重力势能转变成动能的水冲水轮机，水轮机即开始转动，若我们将发电机连接到水轮机，则发电机即可开始发电。

如果我们将水位提高来冲水轮机，可发现水轮机转速增加。

因此可知水位差愈大则水轮机所得动能愈大，可转换之电能愈高。

这就是水力发电的基本原理。

??能量转化过程是：上游水的重力势能转化为水流的动能，水流通过水轮机时将动能传递给汽轮机，水轮机带动发电机转动将动能转化为电能。

因此是机械能转化为电能的过程。

??由于水电站自然条件的不同，水轮发电机组的容量和转速的变化范围很大。

通常小型水轮发电机和冲击式水轮机驱动的高速水轮发电机多采用卧式结构，而大、中型代速发电机多采用立式结构。

由于水电站多数处在远离城市的地方，通常需要经过较长输电线路向负载供电，因此，电力系统对水轮发电机的运行稳定性提出了较高的要求：电机参数需要仔细选择；对转子的转动惯量要求较大。

所以，水轮发电机的外型与汽轮发电机不同，它的转子直径大而长度短。

水轮发电机组起动、并网所需时间较短,运行调度灵活,它除了一般发电以外，特别适宜于作为调峰机组和事故备用机组。

水电的缺点水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。

另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。

太阳能发电利用太阳能发电的方法有三种:其一为利用光电池，直接将日光转换为电流。

第二节冲击式水轮机和反击式水轮机工作原理的异同点冲击式水轮机的工作原理与反击式水轮机相同点是，均是利用水流与转轮叶片的作用力和反作用力原理将水流能量传给转轮，使转轮旋转释放出机械能。

冲击式水轮机与反击式水轮机工作原理显著的不同点是：1. 在冲击式水轮机中，喷管（相当于反击式水轮机的导水机构）的作用是：引导水流，调节流量，并将液体机械能转变为射流动能。

而反击式水轮机的导水机构，除引导水流，调节流量外，在转轮前形成一定的旋转水流，以满足不同比转速水轮机对转轮前环量的要求。

2. 在冲击式水轮机中，水流自喷嘴出口直至离开转轮的整个过程，始终在空气中进行。

则位于各部分的水流压力保持不变（均等于大气压力）。

它不像反击式水轮机那样，在导水机构、工作轮以及转轮后的流道中，水流压力是变化的。

故冲击式水轮机又称为无压水轮机，而反击式水轮机，称之为有压水轮机。

3. 在反击式水轮机中，由于各处水流压力不等，并且不等于大气压力。

故在导水机构、转轮及转轮后的区域内，均需有密闭的流道。

而在冲击式水轮机中，就不需要设置密闭的流道。

4. 反击式水轮机必须设置尾水管，以恢复压力，减小转轮出口动能损失和进一步利用转轮至下游水面之间的水流能量。

而冲击式水轮机，水流离开转轮时已流速很小，又通常处在大气压力下,因此它不需要尾水管。

从另一方面讲，由于没有尾水管，使冲击式水轮机比反击式水轮机少利用了转轮至下游水面之间的这部分水流能量。

5. 反击式水轮机的工作转轮淹没在水中工作，而冲击式水轮机的工作轮是暴露在大气中工作，仅部分水斗与射流接触，进行能量交换。

并且，为保证水轮机稳定运行和具有较高效率，工作轮水斗必须距下游水面有足够的距离（即足够的排水高度和通气高度）。

6. 在冲击式水轮机中，因工作轮内的水压力不变，故有可能将工作轮流道适当加宽，使水流紧贴转轮叶片正面，并由空气层把水流与叶片的背面隔开。

这样，可使水流不沿工作轮的整个圆周进入其内，而仅在一个或几个局部的地方，通过一个或几个喷嘴进入工作轮。

第二章水轮机及其选择水力机械❑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：抽水蓄能水轮机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 水轮机的类型和构造()()()()()()()()()()()()()()⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧ 双击式 斜击式 切击式水斗式冲击式贯流调桨式贯流定桨式贯流转桨式贯流式 斜流式　轴流调桨式　轴流定桨式　轴流转桨式轴流式 混流式反击式水轮机SJ XJ CJ GT GD GZ GL XL ZT ZD ZZ ZL HL一、反击式水轮机❑定义：利用水流的势能和动能做功的水轮机称为反击式水轮机。

❑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，即水流充满转轮室。

反击式水轮机类型❑1.混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。

适用范围：H=30-700 m , 单机容量：几万kW-几十万kW适用于高水头小流量电站。

三峡水电站水轮机转轮❑2. 轴流式：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。

轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。

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)。

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。

常用于抽水蓄能水电站。

反击式水轮机类型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。

适用于低水头、大流量的河床式和潮汐水电站。

二、冲击式水轮机❑定义：利用水流的动能来做功的水轮机为冲击式水轮机。

❑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。

冲击式水轮机的装置误差对性能的影响分析引言冲击式水轮机作为一种能够有效将水流动能转化为机械能的装置，广泛应用于水力发电等领域。

然而，在实际应用中，装置误差是不可避免的存在，并且会对水轮机的性能产生一定的影响。

本文将对冲击式水轮机的装置误差对性能的影响进行详细分析，并探讨一些改进措施，以提高水轮机的性能。

一、冲击式水轮机的基本原理冲击式水轮机主要由导水管、喷嘴、旋转叶轮和发电机等组成。

其工作原理是通过喷嘴将水流以一定的速度和压力冲击叶轮，使叶轮转动，从而驱动发电机工作，产生电能。

冲击式水轮机工作原理简单，结构紧凑，但装置的误差会对其性能产生一定的影响。

二、装置误差类型及影响因素装置误差主要包括机械误差和流体误差两种类型。

机械误差包括叶轮制造和安装误差、导水管和喷嘴的安装误差等，而流体误差则包括水流速度分布不均匀、阻力损失等因素。

这些误差会直接影响水轮机的流场特性和能量转化效率。

1. 叶轮制造和安装误差叶轮制造和安装误差是冲击式水轮机中最常见的装置误差之一。

叶轮的制造误差主要表现在几何尺寸上的偏差，如叶片长度、宽度和角度等。

而叶轮的安装误差主要指的是叶片的偏移或错位，进而导致水流冲击不对称，影响能量转化的效率。

2. 导水管和喷嘴的安装误差导水管和喷嘴的安装误差主要包括位置偏差、角度误差等。

与叶轮制造和安装误差相似，导水管和喷嘴的安装误差也会导致水流的不对称冲击，降低水轮机的效率。

3. 水流速度分布不均匀水流的速度分布不均匀会导致叶轮上的叶片所受到的冲击力不一致，从而影响水轮机的能量转化效率。

造成速度分布不均匀的因素包括进口和出口的设计不合理、导流装置存在缺陷等。

4. 阻力损失阻力损失是由于水流流经导水管、喷嘴和叶轮等装置过程中产生的摩擦力和涡量损失而造成的。

阻力损失会使水流的动能转化为热能，从而降低水轮机的效率。

三、装置误差对性能的影响装置误差会直接影响冲击式水轮机的流场特性和能量转化效率，并进而对水轮机的性能产生影响。

冲击式水轮机在微型水力发电中的应用前景随着环境保护和可再生能源的重要性日益凸显，水力发电作为一种清洁、可持续的能源选择，受到了越来越多的关注。

尤其是在微型水力发电领域，冲击式水轮机作为一种有效的发电机制，具有广阔的应用前景。

本文将就冲击式水轮机在微型水力发电中的应用前景进行论述。

冲击式水轮机是一种利用水流冲击转轮来产生动力的设备。

与传统的水轮机相比，冲击式水轮机具有占地面积小、成本低、效率高等优点。

在微型水力发电领域，冲击式水轮机由于其独特的设计和技术特点，成为了一种备受瞩目的发电设备。

首先，冲击式水轮机在微型水力发电中具有较高的适用性。

传统的水轮机在水流量较大的情况下效率较高，而在微型水力发电中，水流量有限，因此传统水轮机的效率较低。

而冲击式水轮机能够充分利用水流的冲击力，无论水流量大小，都能实现较高的效率。

因此，冲击式水轮机在微型水力发电中具有更广泛的适用性。

其次，冲击式水轮机在微型水力发电中具有较小的占地面积。

微型水力发电系统通常是在山区或河流边设置的，由于地形限制以及自然环境保护的要求，占地面积的限制非常严格。

而冲击式水轮机由于其小型化的特点，可以根据具体场地的需要进行灵活的安装，并能够有效地利用有限的空间进行发电，节省了土地资源。

再次，冲击式水轮机的成本相对较低。

与其他微型水力发电设备相比，冲击式水轮机的制造工艺相对简单，不需要复杂的零部件和系统，因此成本更低。

在微型水力发电项目中，降低成本是非常重要的考虑因素之一。

冲击式水轮机的低成本使得这种设备在开发微型水力发电项目时具有良好的经济性。

此外，冲击式水轮机在运行过程中具有较高的安全性和稳定性。

冲击式水轮机的部件少，结构简单，因此在运行过程中的故障率较低。

与其他发电设备相比，冲击式水轮机由于水力驱动，无需使用燃料，因此没有排放污染物的问题。

同时，冲击式水轮机由于其简单的结构和可靠的运行特性，减少了维护和维修的成本。

最后，冲击式水轮机的发展潜力巨大。

低头式冲击式水轮机的特点和效能研究引言：近年来，随着社会发展和人们环保意识的提高，清洁能源的利用日益受到重视。

水力发电作为一种环保、可再生的能源，受到了广泛关注和应用。

低头式冲击式水轮机作为水力发电中的一种重要设备，由于其独特的特点和高效能的优势而备受青睐。

本文将重点研究低头式冲击式水轮机的特点和效能，并探讨其在水力发电中的应用前景。

第一部分：低头式冲击式水轮机的特点低头式冲击式水轮机，简称LCIW（Low-Head Impulse Waterwheel），是一种特殊的水轮机，充分利用了低水头条件下水能的冲击力。

相比于传统的水轮机，LCIW具有以下几个显著特点：1. 适应低水头：低头式冲击式水轮机的最大特点在于适应低水头的要求。

传统水轮机通常需要较高的水头才能发挥效能，而LCIW在水头较低的情况下仍能高效节能的发电，使其成为低水头地区的理想选择。

2. 较小的装机空间：LCIW的设计结构紧凑，占地面积相对较小。

这使得在低水头地区能够更好地利用有限的空间资源，为发电厂和水利工程提供了便利。

3. 高效能：LCIW的高效能也是其重要特点之一。

其采用了先进的冲击式设计，将水力能转化为机械能的效率较高。

在实际运行中，LCIW能够有效提高发电效率，降低能源浪费。

第二部分：低头式冲击式水轮机的效能研究低头式冲击式水轮机是水力发电的重要装备之一，其效能研究对于优化设计和提高发电效率具有重要意义。

我们可以从以下几个方面来研究其效能：1. 流场模拟与优化：使用计算流体力学（CFD）等数值模拟方法，对低头式冲击式水轮机的流场进行模拟与优化，研究各种工况下的流动特性，寻找流场优化的方向，从而提高水轮机效能。

2. 实验与数据分析：通过搭建低头式冲击式水轮机的实验装置，进行不同水头、流量和转速下的实际测试，获取实验数据并进行分析，探究其效能与各种参数之间的关系，并找出影响效能的关键因素。

3. 参数设计与调整：通过对低头式冲击式水轮机的各项参数进行设计与调整，寻找最佳的设计参数组合，从而提高水轮机的效能。

冲击式水轮机的水力特性曲线与发电机组匹配研究引言：水力发电是一种利用水流的动能将其转化为电能的现代化能源利用方式。

水轮机是水力发电的核心设备，其中冲击式水轮机因其高出力密度、设计简单、传动效率高等特点，被广泛应用于小型水电站和山区水电站等地。

然而，冲击式水轮机与发电机组的匹配研究一直是该领域的重要课题，其水力特性曲线的研究则是实现匹配的关键。

一、冲击式水轮机的基本原理与结构冲击式水轮机是一种利用水流的冲击力将其转化为动能的水力发电装置。

其基本原理是依靠水流的速度和压力对水轮机叶片产生冲击，推动水轮机转动，并通过机械装置传动发电机组产生电能。

冲击式水轮机由进水管、外壳、导轮、导叶、转子等组成，其中导叶的设计和转动速度是影响水轮机性能的关键因素。

二、冲击式水轮机的水力特性曲线冲击式水轮机的水力特性曲线是描述水轮机在不同工况下的性能指标的图表。

包括转速、功率、效率等参数，通过该曲线可以了解水轮机在不同流量和水头条件下的性能表现。

水力特性曲线的绘制是通过试验测试水轮机在不同工况下的输出功率和效率，并绘制成曲线图。

根据水力特性曲线可以确定水轮机的最佳工作点，以实现最大效率和输出功率。

三、冲击式水轮机与发电机组的匹配研究冲击式水轮机与发电机组的匹配研究是为了减少能源浪费和提高系统整体效率而进行的重要工作。

匹配研究主要包括两个方面的内容：冲击式水轮机的最佳工作点选择与发电机组的参数设定。

1. 最佳工作点选择：最佳工作点指的是水轮机在特定的水头和流量条件下能够实现最大效率和功率输出的工作状态。

在匹配研究中，需要通过水力特性曲线确定水轮机的最佳工作点，以实现最佳匹配。

确定最佳工作点可以减少能源的损耗和系统的不稳定性，提高发电系统的整体效率。

2. 发电机组参数设定：发电机组的参数设定需要考虑到水轮机的输出功率和效率等因素。

根据水力特性曲线和电气特性曲线，确定发电机组的额定功率、额定电压和额定频率等参数。

合理的参数设定可以提高电能转化效率和发电系统的稳定性。