水轮机型号及装置方式
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水轮机分类
水轮机分类水轮机是一种利用水能转换成机械能的装置。
根据不同的分类标准，水轮机可以分为多种类型。
本文将从不同的分类角度出发，介绍常见的水轮机类型及其特点。
一、按照叶轮结构分类1. 悬臂式水轮机悬臂式水轮机是一种叶轮只有一侧有叶叶片的水轮机。
它的主要特点是叶轮只有一侧有叶片，叶轮的另一侧是空的，因此在水流作用下，叶轮只能单向旋转。
悬臂式水轮机的结构简单，但效率较低，主要用于小型水电站。
2. 双向逆流式水轮机双向逆流式水轮机是一种具有两个反向旋转叶轮的水轮机。
它的主要特点是叶轮有两个，水从叶轮中央进入，流经两个叶轮，最后从中央排出。
双向逆流式水轮机的效率较高，但制造难度大，主要用于中小型水电站。
3. 直径式水轮机直径式水轮机又称离心式水轮机，是一种叶轮直径较大的水轮机。
它的主要特点是叶轮直径较大，水流进入叶轮后，被离心力推向叶轮的外侧，从而产生动能。
直径式水轮机的效率较高，主要用于大型水电站。
二、按照水流方式分类1. 活塞式水轮机活塞式水轮机是一种利用水流压力推动活塞运动的水轮机。
它的主要特点是利用水流压力差推动活塞运动，从而产生机械能。
活塞式水轮机结构简单，但效率较低，主要用于小型水电站。
2. 喷嘴式水轮机喷嘴式水轮机是一种利用水流喷射推动叶轮旋转的水轮机。
它的主要特点是水从喷嘴射出，喷嘴的高速流体作用于叶轮，产生动能。
喷嘴式水轮机效率较高，但需要较高的水压力，主要用于中小型水电站。
3. 引水式水轮机引水式水轮机是一种利用水流引导叶轮旋转的水轮机。
它的主要特点是利用引水管将水引导到叶轮处，通过叶片的旋转产生动能。
引水式水轮机结构复杂，但效率高，主要用于大型水电站。
三、按照安装方式分类1. 泄流式水轮机泄流式水轮机是一种安装在水流强劲的水流中，利用水流直接推动叶轮旋转的水轮机。
它的主要特点是安装简单，但需要有足够的水源。
泄流式水轮机主要用于山区、河流等水源丰富的地区。
2. 水导式水轮机水导式水轮机是一种利用引水管将水引导到叶轮处的水轮机。
水轮机的标准与选择
水轮机的标准与选择
2021年7月17日星期六
第四章 水轮机选择
水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影 响电站的投资、制造、运输、安装、安全运 行、经济效益。
根据H、N的范围选择水轮机是水电站主要
设计任务之一，目标是使水电站充分利用水 能，安全可靠运行。
4.1 水轮机的标准系列
一、水轮机的系列型谱 我国在1974年编制了反击式水轮机暂行系列型谱， 其中所列出的转轮，是经过长期实践验证在某 一水头段的性能优异的转轮。
2.水电站技术资料：河流梯级开发方案、水库的调节性 能、水电站布置方案、地形、地质、水质、泥沙情况、 总装机容量、水电站运输、安装技术条件；水文资料： 特征流量及特征水头、下游水位流量关系曲线。
3.水电站有关经济资料：机电设备价格、工程单价、年 运行费等。
4.电力系统资料：系统负荷构成，水电站的作用及运行 方式等。
4.1 水轮机的标准系列 四、水轮机系列应用范围图
4.2 水轮机的选择
一、水轮机选型设计的内容 1.确定机组台数及单机容量 2.选择水轮机型式（型号）及装置方式
3.确定水轮机参数D1、n、Hs、Za；Z0、d0
4.绘制水轮机运转特性曲线 5.确定蜗壳、尾水管的形式及其尺寸，估算水轮
机的重量和价格。
330 380 410 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000
说明：括号内的数字表示仅适用于轴流式水轮机。
4.1 水轮机的标准系列
三、水轮发电机标准同步转速
磁极对数 3 4 同步转速 1000 750
n 磁极对数 16 18
5
7
8
9
10
600 428.6 375 333.3 300
2021年7月17日星期六
第四章 水轮机选择
水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影 响电站的投资、制造、运输、安装、安全运 行、经济效益。
根据H、N的范围选择水轮机是水电站主要
设计任务之一，目标是使水电站充分利用水 能，安全可靠运行。
4.1 水轮机的标准系列
一、水轮机的系列型谱 我国在1974年编制了反击式水轮机暂行系列型谱， 其中所列出的转轮，是经过长期实践验证在某 一水头段的性能优异的转轮。
2.水电站技术资料：河流梯级开发方案、水库的调节性 能、水电站布置方案、地形、地质、水质、泥沙情况、 总装机容量、水电站运输、安装技术条件；水文资料： 特征流量及特征水头、下游水位流量关系曲线。
3.水电站有关经济资料：机电设备价格、工程单价、年 运行费等。
4.电力系统资料：系统负荷构成，水电站的作用及运行 方式等。
4.1 水轮机的标准系列 四、水轮机系列应用范围图
4.2 水轮机的选择
一、水轮机选型设计的内容 1.确定机组台数及单机容量 2.选择水轮机型式（型号）及装置方式
3.确定水轮机参数D1、n、Hs、Za；Z0、d0
4.绘制水轮机运转特性曲线 5.确定蜗壳、尾水管的形式及其尺寸，估算水轮
机的重量和价格。
330 380 410 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000
说明：括号内的数字表示仅适用于轴流式水轮机。
4.1 水轮机的标准系列
三、水轮发电机标准同步转速
磁极对数 3 4 同步转速 1000 750
n 磁极对数 16 18
5
7
8
9
10
600 428.6 375 333.3 300
水轮机的类型及构造
本篇重要内容：水轮机(The hydraulic turbine)水轮机是将水能转变成旋转机械能，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。
研究的目的是充分利用水能资源，为厂房布置设计作准备。
第二章 水轮机类型与构造第一节水轮机大体类型、特点、适用条件一、水轮机的大体类型（一）按主轴装置方式划分1. 立式水轮机：水轮机主轴竖直安装；大中型水轮机均采用该装置方式。
2. 卧式水轮机：水轮机主轴水平安装；小型或微型水轮机采用。
（二）按能量转换特征水轮机是水电站的主要动力设备之一。
按照能量转换的特征，可将水轮机分为还击式、冲击式两大类。
各类类型水轮机依照其水流方向和工作特点不同又有如下不同的形式。
⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧双击式斜击式水斗式（切击式）冲击式斜流式贯流转桨式）贯流式（贯流定桨式，轴流转桨式）轴流式（轴流定桨式，混流式反击式水轮机 二、水轮机的特点及适用条件（一）还击式水轮机的特点及适用条件特点:（1）水流流经转轮时，水流充满整个转轮叶片流道，利用水流对叶片的反作使劲，即叶片正反面的压力差使转轮旋转；（2）主要利用水流的势能和动能，主如果利用水流的势能；（3）水轮机在工作工程中，转轮完全浸没在水中。
还击式水轮机按照水流流经转轮的方式不同分为混流式、轴流式、斜流式、贯流式四种。
1、混流式（法郎西斯式）：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长处：适用范围广，结构简单，运行稳定，效率高，适用高水头小流量电站。
2、轴流式（卡普兰式）：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。
(a)、轴流定浆式：叶片不能随工况的转变而转动。
改变叶片转角时需要停机进行。
结构简单，效率低。
适用H 、Q 转变不大的情况（工况较稳定）， H ：3~50m 。
(b)、轴流转浆式：叶片能随工况的转变而转动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度）。
水轮机结构介绍(修改
本图中隐藏了导水机构
支 持 盖 组 件
剖面图
控制环
外形图
接力器安 装处
支持盖 锥体上环 空气围带 锥体下环
支 持 盖
顶盖连接处
真空破坏阀 安装处
支持盖是水轮机的重要支撑部件，它支撑着推力轴承支架，同时将水轮机的部分重量传递给 顶盖，由顶盖将负荷传递到基础上。同时支持盖也是水电机组的重要结构部件，它连接着导叶执 行机构、推力轴承支架和水轮机转轮体等。
本图中隐藏了导水机构
主
轴
转子连 接法兰
推力轴承 配合面
水导轴承 配合面 缸体连 接法兰
作用：
1. 2. 水轮机与发电机的重要连接部件，连接发电机转子和水轮机转轮体； 将水轮机的输出转矩传递给发电机转子。
主 轴 吊 装
装配步骤：
首先在主轴与转子连 接法兰上安装主轴吊具； 用桥机吊起主轴，将主轴 吊入机坑；调整主轴位置， 使得主轴轴心和转轮体轴 心一致；同时保证联轴螺 栓安装孔与转轮体上联轴 螺栓配合正确；安装联轴 螺母，使得二者紧固可靠。 主轴下连接法兰和缸 体的配合面上安装橡皮密 封圈（图中没有表示）。
活塞
轮叶 轮毂 枢轴
转臂 连杆
注：
1.图中没有安装轮叶 操作架；
下盖
连接体
放油阀
泄水锥
2.图中没有标出所有 的连接螺钉和轴套。
轮 叶 接 力 器 装 配（一）
导轴
固定 螺栓
活塞环
装配步骤：
1.安装活塞环； 2.安装导轴；
活塞 3.安装紧固螺栓，连接活塞和导轴；
轮 叶 接 力 器 装 配（二）
谢谢光临小店
完毕
操作油管
外形图
上操作油管
连接轮叶接 力器上腔
中小型水轮机选型和配套手册1
前言我公司除已生产原部颁（JB/T6310-92）中小型轴流式、混流式水轮机转轮系列型谱规定的ZD760、ZZ600、ZZ560a、ZZ560、ZZ500、ZZ450/D32B 和HL240/123、HL260/A244、HL260/D74、HL240/D41、HL220/A153、HL180/A194、HL180/D06A、HL160/D46、HL110/129、HL120/A41、HL90/D54产品外，还能提供近年来国内外大公司、科研院所研制并已经在电站实际运行的一批优秀转轮产品。
这些转轮的特点是：适用水头范围宽、效率高（较传统转轮效率提高2-5%）、过流量大、抗汽蚀性能好、运行稳定、使用寿命长。
公司在材料选用、加工工艺上做了进一步改善，采取了许多强化措施，并购置了一批精度高的大型机械加工设备，为用户提供性能先进、质量可靠的新型产品，现汇总如下：新型转轮基本情况：水轮发电机组及辅助设备说明一、中小型水轮机水轮机是一种将水能转换为旋转机械能的机器。
按其水流作用原理和结构特征可以分为为两类：一类为仅利用水流动能的，称为冲击式水轮机；另一类为同时利用水流动能和势能的，称为反击式水轮机。
属于这两大类的各种型式水轮机有：混流式轴流定桨式轴流式反击式轴流转桨式斜流式全贯流式水轮机贯流式灯泡式半贯流式轴伸式水斗式竖井式冲击式斜击式双击式除了上述各种机型外，随着蓄能、潮汐电站的开发，出现了可逆式水轮机。
常见的可逆式水轮机有混流式、斜流式、轴流式等。
水轮机的型号由三部分代号组成，各部分之间用短横线分开。
第一部分代表水轮机的型式及转轮型号。
水轮机型式用汉语拼音字母表示，转轮型号用阿拉伯数字表示，采用统一按比转速规定的代号。
第二部分表示水轮机主轴的布置形式及引水室特征。
第三部分表示转轮的标称直径（以cm计）。
可逆式水轮机在代号后加“N”表示。
1)型号的第一部分，由水轮机型式及转轮代号组成。
水轮机型号用两个汉语拼音字母表示，其型号及代号规定办法如下：2)型号的第二部分由水轮机主轴的布置形式和结构特征的代号组成。
水轮机
目录第一节水轮机的主要类型第二节水轮机的工作参数第三节水轮机的型号第四节水轮机的装置型式第五节水轮机发展综述第一章水轮机的主要类型、构造第一节水轮机的主要类型自然界有多种能源，其中有很多式可以开发利用的，目前已被利用的能源中主要有热能、水能、风能和核能。
其中水能是一种最经济的能源，水能的开发利用已受到越来越多的关注。
我国有着丰富的水力资源，对水能的开发利用已受到社会的广泛关注，对水能最重要的开发形式就是兴建各种各样的水电站。
水轮机作为将水能转换成旋转机械能的一种水力原动机，是水电站中最重要的组成部分。
根据转轮转换水流能量方式的不同，水轮机分成两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机。
反击式水轮机包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机；冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式水轮机。
一、反击式水轮机反击式水轮机转轮区内的水流在通过转轮叶片流道时，始终是连续充满整个转轮的有压流动，并在转轮空间曲面型叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向，从而对转轮叶片产生一个反作用力，驱动转轮旋转。
当水流通过水轮机后，其动能和势能大部分被转换成转轮的旋转机械能。
1.混流式水轮机如图1-1所示，水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。
混流式水轮机应用水头范围较广，约为20～700m，结构简单，运行稳定且效率高，是现代应用最广泛的一种水轮机。
图1-1 混流式水轮机1—主轴；2—叶片；3—导叶2．轴流式水轮机如图1-2所示，水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而在转轮区内水流保持轴向流动，轴流式水轮机的应用水头约为3～80m。
轴流式水轮机在中低水头、大流量水电站中得到了广泛应用。
根据其转轮叶片在运行中能否转动，又可分为轴流定桨式和轴流转桨式水轮机两种。
轴流定桨式水轮机的转轮叶片是固定不动的，因而结构简单、造价较低，但它在偏离设计工况运行时效率会急剧下降，因此，这种水轮机一般用于水头较低、出力较小以及水头变化幅度较小的水电站。
水轮发电机组中水轮机的选型设计
水轮发电机组中水轮机的选型设计摘要: 在水利水电系统中的建设过程, 怎样合理选择适用的水轮机组的类型对水轮机的性能是否优越十分重要。
因此应本着具体情况具体分析的原则设计相应的实践方案, 以提高其运行的灵活性。
本文着重阐述实践中应如何对水轮机组进行设计。
关键词: 水轮机组；特征；选型设计Abstract: In the water conservancy and hydropower system in the construction process, how to choose suitable hydraulic turbine type on turbine performance is superior is very important. It should be based on concrete analysis of the principles of design and the corresponding practices, in order to improve the operation flexibility. This paper focuses on the practice should be how to design of hydraulic turbine.Key words: turbine selection design; feature;0引言水轮机组的选型设计是水电站水力机械设计的重要组成部分。
发电机由水轮机驱动，它的转子短粗，机组的起动、并网所需时间较短，运行调度灵活。
水轮机组选型设计不仅为以后的电气部分、水工部分设计打下基础，同时也会影响到电站的机电设备投资、厂房投资及发电效益等经济指标。
因此，水轮机组的选型设计必须做到科学、准确、合理、先进，满足技术性能和经济指标的要求。
1水轮机选型设计的任务及内容水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益，因此根据H、N的范围选择水轮机是水电站中主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。
水轮机的类型构造及工作原理
水轮机的类型构造及工作原理水轮机是一种将水流动能转化为机械能的装置，广泛应用于水利发电、抽水、供水等领域。
根据不同的工作原理和构造方式，水轮机可以分为以下几种类型：1. 蓄能式水轮机（Impulse Water Turbine）：蓄能式水轮机通过高速水流冲击叶轮上的叶片，将水流的动能转化为叶轮的动能，再通过机械传动将动能转化为机械能。
蓄能式水轮机可以进一步分为斯奈尔逊水轮机、佩尔顿水轮机和弧翻水轮机等。
斯奈尔逊水轮机（Pelton Turbine）：斯奈尔逊水轮机是一种利用高速喷射水流冲击叶片的水轮机。
当高速的水流经过喷射管，喷射口处有一个喷嘴，水流经过喷嘴变为高速的射流，射流喷向叶轮上的叶片，冲击叶片使其转动。
斯奈尔逊水轮机主要适用于高水头和小流量的水力发电站。
佩尔顿水轮机（Turgo Turbine）：佩尔顿水轮机是斯奈尔逊水轮机的改进型，喷口由一个切割型孔道和一个喷射皮供水孔组成，通过设计孔道形状和取适当的工作压力，充分利用水力能量，使得佩尔顿水轮机相对效率高，适用于中、小型水力发电站。
弧翻水轮机（Cross-Flow Turbine）：弧翻水轮机是一种垂直轴流式水轮机，水流经过顶部的导水管流入导水槽，然后通过导叶导入叶轮，流经叶轮后再通过弧翻装置流出。
弧翻水轮机适用于较低水头和大流量的水力发电站。
2. 反作用式水轮机（Reaction Water Turbine）：反作用式水轮机是通过水流对叶轮叶片的冲击和流经叶轮的作用力来驱动叶轮旋转的水轮机。
反作用式水轮机可以进一步分为法兰西斯水轮机、咆哮水轮机、半径式水轮机等。
法兰西斯水轮机（Francis Turbine）：法兰西斯水轮机是一种水流流过叶轮两侧的轴流水轮机，水流首先流经导叶，然后分流流经叶轮两侧，冲击叶片使其旋转。
法兰西斯水轮机适用于中、高水头和大流量的水力发电站。
咆哮水轮机（Kaplan Turbine）：咆哮水轮机是一种可调桨叶片的轴流水轮机，叶轮上的桨叶可以根据水流条件的不同调节叶片角度，以适应不同的工况。
(精品)水轮机特性及选型
辐设、电气等增加→厂房尺寸增加。 一般选用较大的N单
三峡(9.8m,700MW)、水布垭、小湾、龙滩、向家坝、溪洛渡、锦屏二级
2 、机组台数与机电设备制造的关系 台数多→N单↓→尺寸（D1）小→制造运输容易 （相反，大机组制造困难）
3、机组台数与运行效率的关系 单台机组：？ 整个电站：台数多↑→负荷分配灵活→平均效率↑ 担任基荷：可用较少的台数，在较长时间内以最优
1)
n1 n10 n10M n10M (
max M max
1)
❖其他工况时：
Q1 Q1M Q1 n1 n1M n1
在工程实践中，当 n1 0.03n10M 时，单位转速不必修正 单位流量修正值与单位流量的比值较小，一般可不修正
第四节 水轮机的主要综合特性曲线
综合反映参数n、H、 N之间的关系，代表
了水轮机的轮系特征。
❖ns随工况变化，用最优比转速，限制工况下 的比转速比较不同轮系水轮机性能，
❖比转速用来表示水轮机的型号，还用来划分 水轮机的类型。
❖各种类型的水轮机比转速大致范围：
➢贯流式：ns=600-1000 高 高水头小流量
➢轴流式：ns=200-850 高
几何相似的水轮机——轮系，系列，型号。
2、运动相似：
(1) 对应点的速度方向相同。 (2) 对应点的速度大小对成比例， 即速度三角形相似。
同一轮系的水轮机才能建立运动相似和动力相似。 几何相似就运动相似吗？ 同一轮系水轮机，保持运动相似——相似工况
3、动力相似
对应点所受的同名作用力方向相同、大小成比例。
D21M
hH hM H
M
2
P
或
NM
三峡(9.8m,700MW)、水布垭、小湾、龙滩、向家坝、溪洛渡、锦屏二级
2 、机组台数与机电设备制造的关系 台数多→N单↓→尺寸（D1）小→制造运输容易 （相反，大机组制造困难）
3、机组台数与运行效率的关系 单台机组：？ 整个电站：台数多↑→负荷分配灵活→平均效率↑ 担任基荷：可用较少的台数，在较长时间内以最优
1)
n1 n10 n10M n10M (
max M max
1)
❖其他工况时：
Q1 Q1M Q1 n1 n1M n1
在工程实践中，当 n1 0.03n10M 时，单位转速不必修正 单位流量修正值与单位流量的比值较小，一般可不修正
第四节 水轮机的主要综合特性曲线
综合反映参数n、H、 N之间的关系，代表
了水轮机的轮系特征。
❖ns随工况变化，用最优比转速，限制工况下 的比转速比较不同轮系水轮机性能，
❖比转速用来表示水轮机的型号，还用来划分 水轮机的类型。
❖各种类型的水轮机比转速大致范围：
➢贯流式：ns=600-1000 高 高水头小流量
➢轴流式：ns=200-850 高
几何相似的水轮机——轮系，系列，型号。
2、运动相似：
(1) 对应点的速度方向相同。 (2) 对应点的速度大小对成比例， 即速度三角形相似。
同一轮系的水轮机才能建立运动相似和动力相似。 几何相似就运动相似吗？ 同一轮系水轮机，保持运动相似——相似工况
3、动力相似
对应点所受的同名作用力方向相同、大小成比例。
D21M
hH hM H
M
2
P
或
NM
水轮机
止漏装置型式 (a)间隙式；(b)迷宫式；(c)梳齿式； (d)阶梯式迷宫
三、导水机构
• 导水机构的作用：
a.主要是形成和改变进入转轮水流的环量，保 证水轮机具有良好的水力特性。 b.调节流量，以改变机组出力。 c.正常与事故停机时，封住水流，停止机组转 动。
1.导水机构 光照采用径向式导水机构。
2. 主轴密封 主轴部分的密封装置分两种，一种是机组 正常运行中，防止水轮机导轴承下部机组漏水 的主轴密封。我厂在导轴承下方设置自补偿型 静压自调节式轴向密封作为工作密封，密封处 的水压力约为0.35MPa，所需的润滑水取自机 组技术供水系统。另一种是作机组停机检修轴 承和轴承下部主轴密封时防止尾水从顶盖涌出 的检修密封。这种密封的结构形式有空气围带 式、机械操作或抬机密封等多种，我厂采用空 气围带密封，由气系统供给压力为0.6～ 0.7MPa的压缩空气。
3.基础环
基础环是混流式水轮机的基础部件， 埋设在混凝土中，它和座环以及尾水管 进口直锥段想连接，转轮的下环在其内 转动。基础环下法兰面也是装拆水轮机 时落放转轮的基础，它与转轮下环底面 之间有一定的间隙，作为安装时放置斜 楔，调整转轮水平用。
4.尾水管
我厂水轮机尾水管采用弯肘形尾水管， 它是由进口椎管、弯形吸管和出口扩散 段组成，用钢筋混凝土浇灌而成。
3. 补气装置 混流式水轮机运行时一般在40～70%额 定出力时尾水管内会出现涡带，由于涡带强 烈扰动，或其频率与机组固有频率重合，就 会产生共振，引起机组震动或出力摆动，此 时需要对尾水管内进行补气，消除或减小涡 带，改善机组运行状态。补气方式分自然补 气和强迫补气两种。常见的补气位置有主轴 中心孔补气、顶盖补气和尾水管补气。我厂 采用主轴中心孔补气方式，利用发电机轴的 中心孔，将空气引入。
水轮机分类和结构(水电站培训资料)
水轮机分类和结构一、水轮机分类1、按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。
反击式利用水流的压能和动能，冲击式利用水流动能。
反击式中又分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种。
冲击式中又分为水斗式、斜击式和双击式三种。
2、混流式：水流从四周沿径向进入转轮，近似轴向流出。
应用水头范围：30m~700m。
特点：结构简单、运行稳定且效率高。
3、轴流式：水流在导叶与转轮之间由径向运动转变为轴向流动。
应用水头：3~80m。
特点：适用于中低水头，大流量水电站。
分类：轴流定桨、轴流转桨4、冲击式：转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已经转变为高速射流，冲击转轮叶片作功。
水头范围：300~1700m。
适用于高水头，小流量机组。
5、水轮机主轴布置形式分类（1）水轮机按主轴的布置形式又可分为卧式和立式两种（也称横轴和立轴）。
立式布置得水轮发电机分为悬式和伞式两种。
（2）悬式发电机的推力轴承位于发电机转子上部的上机架上或上机架中。
伞式发电机的推力轴承位于转子下部的下机架中，或用支架支承在水轮机顶盖上。
伞式发电机又分普通伞式（其上、下导轴承分别位于上、下机架中），半伞式（只用上导轴承，它布置在上机架中，无下导轴承；我厂机组为此类型）和全伞式（只有下导轴承，它布置在下机架中，无上导轴承）。
二、水轮机主要基本参数1、工作水头H是指水轮机进、出口断面处单位重量水体的能量差，单位是米（m），典型工作水头有以下：（1）最大水头（Hmax）：水轮机运行范围内允许出现的最大净水头。
（2）最小水头（Hmin）：水轮机运行范围内允许出现的最小净水头。
（3）设计水头（H设）：水轮发电机组发出额定功率时的最小水头。
2、流量Q是指单位时间内，通过水轮机某一既定过流断面的水量，单位是立方米/秒。
3、出力N是指水流在单位时间内所做的功（功率），其大小与水轮机的水头，流量有关，单位为千瓦。
计算公式：N=9.81QHn4、效率是指水轮机总效率，是水轮机输入功率与输出功率之比，其值总是小于1，因为水轮机在工作过程中不可避免地要产生一些能量损失，主要包括：（1）水力损失：即水流经过蜗壳、导水机构、转轮、尾水管的水头损失。
水轮机型号选择
水轮发电机组主要参数设计第一节水轮机型号的选择一、选择水轮机机型及电站装置方式1.水轮机机型的选择：由所给出的原始数据判断，水轮机的运行水头范围为：68-95m，故可供选择的水轮机形式有混流式、斜流式。
混流式水轮机具有结构紧凑、运行可靠、效率高，能适应很高的水头范围等特点，应用最广泛的水轮机机型，斜流式虽然效率高，但运行经验少且使用的厂家也少，同时由于本次设计的电站水头变化范围较宽，且负荷较为稳定，故决定采用混流式（HL）水轮机。
2.水轮机型号的选择：根据该电站的最大水头为95m，查《混流式水轮机转轮型谱参数表》，经过初步比较，同时考虑到单位转速高、单位流量大、转轮直径小、效率高、空蚀系数小等判断选择的九个型号见下表：表1-1-1 初选模型机转轮型谱参数表经过对各机型参数的初步比较，可以看出HL A285-46、HL A248-35及HLD74 -35在最优工况下的效率比较高，且单位流量n10、单位转速Q10以及限制工况点的单位流量Q11均比较高，可使原型机获得较高的转速和较大的通过流量，从而在相同出力的情况下缩小机组的尺寸，同时模型机的气蚀系数бm较小，有利于电站的稳定运行。
故选取上述三个水轮机进行计算，其具体参数如下表：表1-1-2 初选三个水轮机型号参数表3.机组台数的选择：由原始资料可知, 系统总装机容量150.7万kw ，本水电站的装机容量为58.7万kw ，根据规定电站的单机容量不允许超过系统总容量的10%，否则在电站机组发生故障时，会将整个系统拖垮甚至瓦解，故采用4台、5台机组的设计方案进行计算比较。
4.电站装置方式的确定水轮机的装置方式可分为卧轴和立轴两种。
卧轴布置方式布置简单，不需向下开挖但占地面积较大，一般用于小型电站或水头较低的贯流式水电站。
立轴布置方式具有占地面积小的特点，但需向下进行较大的土石开挖，增加土建投资成本。
为缩小厂房面积，高水头大型电站一般均采用立轴布置方式。
第一章 水轮机的类型构造及工作原理
世界上最高水头的混流式可逆水轮机装于南斯拉夫巴伊 纳巴什塔电站,水头为600.3米，水泵扬程为 623.1米， 单机功率为315兆瓦。
四川农业大学水建系
利用水流的势能和动能进行工作； 转轮完全淹没在密闭的水体中。
总结：水轮机的分类
混流式 轴流式 反击式 轴流转浆式 斜流式 全贯流式 贯流式 灯泡式 轴伸式 竖井式 轴流定浆式
座环（Stay ring）
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三峡水轮机座环，重达 300多吨，竖立的是座环固定导叶， 内侧安装活动导叶，座环中间安装水轮机转轮。
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导水机构（distributor ）
功用：
①引导水流按一定方向进入转轮； ②形成与改变进入转轮的速度环量； ③根据机组负荷变化，调节水轮机流量，改变出力； ④关机时截断水流。
第一节 水轮机主要类型 第二节 水轮机工作参数
第三节 水轮机的基本构造
第四节 水轮机型号 第五节 水流在反击式水轮机转轮中的运动
第六节 水轮机的基本方程式
第七节 水轮机效率及最优工况
四川农业大学水建系
本节课教学内容及教学要求
1
水轮发电机组的基本概念
掌握水轮发电机组的基本概念。
水轮机 水斗式 冲击式
利用水流的动能进行工作 四川农业大学水建系 转轮露在空气中。
半贯流式
双击式 斜击式
小结
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第二节 水轮机的工作参数
1 、水轮机的工作参数是表征水流通过水轮机时水流能量 转换为转轮机械能过程中的一些特性数据。 2 、水轮机的基本工作参数主要有水头、流量、转速、出 力、效率。
2 、冲击式水轮机：主要利用水流的动能做功的水轮机。 冲击式水轮机按射流冲击转轮的方式不同分为水斗式、斜击式 和双击式。
水轮机选型计算..
③所选定的水轮机应有良好的汽蚀性能和工作稳定性(压力脉动小)。
④优先考虑套用已有型号转轮直径接近的机组。
内容
(1)、确定机组台数及单机容量
(2)、选择水轮机型式（型号）
(3)、确定水轮机参数D1、Q、n、Hs、ns、F、Z0、do。
(4)、绘制水轮机运转特性曲线
(5)、估算水轮机的外形尺寸、重量及价格、蜗壳、尾水管的形式、尺寸、调速器及油压装置选择
④转轮裂纹保证
供货方应在设计制造过程中采用措施，保证产品质量，在合同规定的保证期和稳定运行范围内保证转轮不产生裂纹。
⑤噪声要求
水轮机正常运行时，在水轮机机坑地板上方1m处所测得的噪声不应大于90dB(A),在距尾水管进入门1m处所测得的噪声不应大于95dB(A),冲击式水轮机壳上方1m处所测得的噪声不应大于85dB(A),贯流式水轮机转轮室周围1m内所测得的噪声不应大于90dB(A)
单位流量Q11m3/s
汽蚀系数
σm
3~8
0.45
0.34/0.38
3,4
155~170
1.1~1.3
660~760
2.1~2.3
1.2~1.4
6~15
0.45
0.34/0.38
4
142~154
1.0~1.2
580~670
1.9~2.15
0.8~0.95
12~22
0.40
0.35/0.40
4
130~140
中小型混流式转轮型谱参数范围
适用水头范围m
导叶相对高度bo
最优工况
限制工况
单位转速n11
r/min
单位流量Q11
m3/s
比转速ns
m·kw
④优先考虑套用已有型号转轮直径接近的机组。
内容
(1)、确定机组台数及单机容量
(2)、选择水轮机型式（型号）
(3)、确定水轮机参数D1、Q、n、Hs、ns、F、Z0、do。
(4)、绘制水轮机运转特性曲线
(5)、估算水轮机的外形尺寸、重量及价格、蜗壳、尾水管的形式、尺寸、调速器及油压装置选择
④转轮裂纹保证
供货方应在设计制造过程中采用措施，保证产品质量，在合同规定的保证期和稳定运行范围内保证转轮不产生裂纹。
⑤噪声要求
水轮机正常运行时，在水轮机机坑地板上方1m处所测得的噪声不应大于90dB(A),在距尾水管进入门1m处所测得的噪声不应大于95dB(A),冲击式水轮机壳上方1m处所测得的噪声不应大于85dB(A),贯流式水轮机转轮室周围1m内所测得的噪声不应大于90dB(A)
单位流量Q11m3/s
汽蚀系数
σm
3~8
0.45
0.34/0.38
3,4
155~170
1.1~1.3
660~760
2.1~2.3
1.2~1.4
6~15
0.45
0.34/0.38
4
142~154
1.0~1.2
580~670
1.9~2.15
0.8~0.95
12~22
0.40
0.35/0.40
4
130~140
中小型混流式转轮型谱参数范围
适用水头范围m
导叶相对高度bo
最优工况
限制工况
单位转速n11
r/min
单位流量Q11
m3/s
比转速ns
m·kw
水电站课程设计之水轮机选型设计
水电站课程设计之水轮机选型设计学校：河北工程大学系别：水利水电工程班级：07水工本（5）班姓名：李啸云学号：070290515指导老师：袁吉栋第一章：基本资料基本设计资料某梯级开发电站，电站的主要任务是发电，并结合水库特性、地区要求可发挥水产养殖等综合效益。
电站建成后投入东北主网，担任系统调峰、调相及少量的事故备用容量，同时兼向周边地区供电。
该电站水库库容小不担任下游防洪任务。
经比较分析，该电站坝型采用混凝土重力坝，厂房型式为河床式。
经水工模型试验，采用消力戽消能型式。
经水能分析，该电站有关动能指标为：水库调节性能日调节保证出力 4万kw装机容量 16万kw多年平均发电量 44350 kwh最大工作水头 39.0 m加权平均水头 37.0 m设计水头 37.0 m最小工作水头 35.0 m平均尾水位 202.0 m设计尾水位 200.5 m发电机效率 98.0%第二章：机组台数与单机容量的选择水电站的装机容量等于机组台数和单机容量的乘积。
根据已确定的装机容量，就可以拟订可能的机组台数方案，选择机组台数与单机容量时应遵守如下原则：1、机组台数与工程建设费用的关系在水电站的装机容量基本已经定下来的情况下，机组台数增多，单机容量减小。
通常大机组单位千瓦耗材少，整体设备费用低；另外，机组台数少，厂房所占的平面尺寸也会减小。
因此，较少的机组台数有利于降低工程建设费用。
2、机组台数与设备制造、运输、安装以及枢纽安装布置的关系单机容量大，可能会在制造、安装和运输方面增加一定的难度。
然而，有些大型或特大型水电站，由于受枢纽平面尺寸的限制，总希望单击容量制造得大些。
3、机组台数与水电站运行效率的关系水轮机在额定出力或者接近额定出力时，运行效率较高。
机组台数不同，水电站平均效率也不同。
机组台数越少，平均效率越低。
但是机组台数多到一定程度，再增加台数对水电站运行效率增加的效果就不显著。
当水电站在电力系统中担任基荷工作时，引用流量较固定，选择机组台数较少，可使水轮机在较长时间内以最大工况运行，使水电站保持较高的平均效率。
02水轮机的基本类型、构造、特性参数及附属部件
• 由水能出力公式: P=9.81ηQH 可知，其基 本参数包括工作水头H、流量Q、出力P、 效率η，此外还有工作力矩M、机组转速n。
15
1.水 头
• （1）毛水头
– Hm=EA-EC=Z上-Z下
• （2）水轮机的工作水头– 毛水头源自水头损失=净水头(即水轮机的工作水头)
16
1.水 头
• （3）特征水头 ：表示水轮机的运行范围和运行工况。
即水流充满转轮室。
5
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。
6
三峡水电站 水轮机转轮
7
反击式水轮机类型
• 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
• 转轮型号为30，水斗式水轮机，卧轴，一根轴上两 个转轮，转轮直径为120cm,每个转轮两个喷嘴，设 计射流直径为10cm。
22
四、水轮机的型号及标称直径
• 水轮机型式的代号
水轮机型式 混流式 斜流式
轴流转桨式 轴流调桨式 轴流定桨式 贯流转桨式
代号 HL XL ZZ ZT ZD GZ
水轮机型式 贯流调桨式 贯流定桨式 水斗（冲击）式
10
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。在同一时刻内，水流只冲击着转轮的 一部分，而不是全部
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1.水 头
• （1）毛水头
– Hm=EA-EC=Z上-Z下
• （2）水轮机的工作水头– 毛水头源自水头损失=净水头(即水轮机的工作水头)
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1.水 头
• （3）特征水头 ：表示水轮机的运行范围和运行工况。
即水流充满转轮室。
5
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。
6
三峡水电站 水轮机转轮
7
反击式水轮机类型
• 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
• 转轮型号为30，水斗式水轮机，卧轴，一根轴上两 个转轮，转轮直径为120cm,每个转轮两个喷嘴，设 计射流直径为10cm。
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四、水轮机的型号及标称直径
• 水轮机型式的代号
水轮机型式 混流式 斜流式
轴流转桨式 轴流调桨式 轴流定桨式 贯流转桨式
代号 HL XL ZZ ZT ZD GZ
水轮机型式 贯流调桨式 贯流定桨式 水斗（冲击）式
10
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。在同一时刻内，水流只冲击着转轮的 一部分，而不是全部
水轮机的分类
水轮机的分类水轮机是一种将水流能转化为机械能的装置，广泛应用于水力发电、水泵和水压机等领域。
根据不同的分类标准，水轮机可以分为以下几种类型。
一、按照水轮机的工作方式分类1. 响应式水轮机：也称为反应式水轮机，是最常见的一种水轮机。
它利用来自水流的冲击和压力来驱动水轮转动。
响应式水轮机适用于水流较大、水头较高的场所，如大型水电站。
2. 冲击式水轮机：冲击式水轮机利用水流的冲击力来推动水轮旋转。
它适用于水流较小、水头较低的场所，如小型水力发电站。
二、按照水轮机的装置方式分类1. 垂直轴水轮机：水轮机的轴线与水平面垂直，水流从轮盘的中心进入，然后从轮盘的边缘排出。
垂直轴水轮机适用于水流较大、水头较高的场所。
2. 水平轴水轮机：水轮机的轴线与水平面平行，水流从轮盘的一侧进入，然后从轮盘的另一侧排出。
水平轴水轮机适用于水流较小、水头较低的场所。
三、按照水轮机的叶轮形状分类1. 斜流水轮机：斜流水轮机的叶轮叶片呈斜向布置，水流从叶片的一侧进入，然后从叶片的另一侧排出。
斜流水轮机适用于水流较大、水头较高的场所。
2. 混流水轮机：混流水轮机的叶轮叶片呈螺旋状布置，水流既从叶片的内侧进入，也从叶片的外侧排出。
混流水轮机适用于水流较小、水头较低的场所。
四、按照水轮机的功率分类1. 小型水轮机：小型水轮机的功率一般在几千瓦到几十万瓦之间。
它适用于小型水力发电站、农村生活用水等场所。
2. 中型水轮机：中型水轮机的功率一般在几十万瓦到几百万瓦之间。
它适用于中型水力发电站、工业用水等场所。
3. 大型水轮机：大型水轮机的功率一般在几百万瓦到几千万瓦之间。
它适用于大型水力发电站、水压机等场所。
五、按照水轮机的安装方式分类1. 固定式水轮机：固定式水轮机是通过固定在地面或混凝土坝上来安装的。
它适用于水流较大、水头较高的场所。
2. 浮动式水轮机：浮动式水轮机是通过浮筒或浮船来支撑和安装的。
它适用于水流较小、水头较低的场所。
六、按照水轮机的特殊用途分类1. 波浪能水轮机：波浪能水轮机是一种利用海洋波浪能量来发电的水轮机。
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§1-3 水轮机的型号及装置方式
一、水轮机的装置方式： 水轮机的主轴安装方向和水轮机与发电机连 接的方式不同构成。 1、按水轮机主轴（安装的方向）装置方式划 分 （1）立轴：立式水轮机：水轮机主轴竖直安 装；大中型水轮机均采用该装置方式。 （2）卧轴：卧式水轮机：水轮机主轴水平安 装；小型或微型水轮机采用。
2、水轮机主轴与发电机轴连接的方式：
直接连接与间接连接。常见的是直接连接。 水轮机装置方式工程常见的有：
立轴直接连接 卧轴直接连接
二、反击式水轮机的型号
（一）第一部分代表水轮机型式及转轮型号 水轮机型式用汉语拼音字母所示。转轮型号统一 采用转轮比转速数字表示。在水轮机型式代表字 母后加“N”表示可逆水力机械。 （二）第二部分代表主轴布置方式及引水室特征 均用汉语拼音字母表示。 （三）第三部分是水轮机转轮标称直径1（cm） 反击式水轮机的转轮标称直径1是用以厘米为单 位的数值表示；冲击式水轮机牌号的第三部分表 示方式为：
பைடு நூலகம்
水轮机型号举例
水轮机转轮标称直径（cm） 作用在每个转轮上喷嘴数 设计射流直径（cm）
HL240 —— LJ —— 410 混流式水轮机，型号240（比转速)，立轴，金属蜗壳， 转轮直径为410cm ZZ440 ——LH —— 430 轴流转浆式水轮机，型号440，立轴，混凝土蜗壳，转 轮直径430cm
一、水轮机的装置方式： 水轮机的主轴安装方向和水轮机与发电机连 接的方式不同构成。 1、按水轮机主轴（安装的方向）装置方式划 分 （1）立轴：立式水轮机：水轮机主轴竖直安 装；大中型水轮机均采用该装置方式。 （2）卧轴：卧式水轮机：水轮机主轴水平安 装；小型或微型水轮机采用。
2、水轮机主轴与发电机轴连接的方式：
直接连接与间接连接。常见的是直接连接。 水轮机装置方式工程常见的有：
立轴直接连接 卧轴直接连接
二、反击式水轮机的型号
（一）第一部分代表水轮机型式及转轮型号 水轮机型式用汉语拼音字母所示。转轮型号统一 采用转轮比转速数字表示。在水轮机型式代表字 母后加“N”表示可逆水力机械。 （二）第二部分代表主轴布置方式及引水室特征 均用汉语拼音字母表示。 （三）第三部分是水轮机转轮标称直径1（cm） 反击式水轮机的转轮标称直径1是用以厘米为单 位的数值表示；冲击式水轮机牌号的第三部分表 示方式为：
பைடு நூலகம்
水轮机型号举例
水轮机转轮标称直径（cm） 作用在每个转轮上喷嘴数 设计射流直径（cm）
HL240 —— LJ —— 410 混流式水轮机，型号240（比转速)，立轴，金属蜗壳， 转轮直径为410cm ZZ440 ——LH —— 430 轴流转浆式水轮机，型号440，立轴，混凝土蜗壳，转 轮直径430cm