水轮机的分类

根据工作原理，水轮机可分为两类:冲击式水轮机和反动式水轮机。

冲击式涡轮的转轮涡轮性能受水流的冲击相对旋转，工作过程中水流压力保持不变，主要是动能的转换；冲击式水轮机的转轮在水流的反作用力下旋转，工作过程中水流的压力能和动能发生变化，但主要是压力能的转换。

首先，冲击式涡轮机

冲击式水轮机按流向可分为切割式(又称斗式)和斜流式两种。斜冲击式水轮机的结构与斗轮机基本相同，只是射流方向有一个倾角，只用于小机组。

理论分析证明，当叶片节圆处的圆周速度约为射流速度的一半时，效率最高。当这种涡轮机的负载变化时，转轮的入口速度方向保持不变。此外，这些水轮机都用于高水头电站，水头变化比较小，所以效率受负荷变化影响较小，效率曲线比较平坦，最高效率超过91%。

第二，冲击涡轮

反动式涡轮可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。

1.轴流式汽轮机

适用于水头较低的电站。在相同水头下，其比转速高于混流式水轮机。

轴流式定叶涡轮的叶片固定在转轮体上。一般安装高度为3-50m。工作时不能改变刀片放置角度，结构简单，效率低。适用于负荷变化较小或机组数量可以调整以适应负荷变化的电站。

轴流式螺旋桨水轮机是奥地利工程师卡普兰在1920年发明的，所以也叫卡普兰式水轮机。一般安装高度为3-80m。转轮叶片一般由安装在转轮体内的液压继电器操纵，可根据水头和负荷的变化而转动，以保持活动导叶转角和叶片转角的最佳配合，从而提高平均效率。这种涡轮机的一些最高效率已经超过94%。典型的例子就是葛洲坝。

2.贯流式水轮机

导叶与转轮之间的水流基本无方向性，采用直锥形尾水管，泄流无需在尾水管内转弯，因此效率高，过流能力大，比转速高，特别适用于3 ~ 20m低水头的河床式小型电站。水轮机安装示意图这种水轮机安装在潮汐电站中也能实现双向发电。这种水轮机有多种结构，其中灯泡贯流式水轮机应用最为广泛。

灯泡单元的发电机安装在防水灯泡体内。它的转轮可以设计成固定桨或旋转桨。其中又可细分为管式和半管式。世界上最大的灯泡贯流式水轮机(桨式半贯流式)安装在美国洛克岛第二电站，水头12.1m，转速85.7 rpm，转轮直径7.4m，单机功率54 MW。65，438+0978投产。

3.法氏水轮机

它是世界上应用最广泛的水轮机。它是由美国工程师弗朗西斯在1849年发明的，所以又叫弗朗西斯水轮机。与轴流式螺旋桨相比，其结构简单，运行稳定，最高效率高于轴流式。但当扬程和负荷变化较大时，其平均效率低于轴流式螺旋桨，有的最高效率已超过95%。混流式水轮机适用的水头范围很广，从5米到700米不等，但应用最广泛的是40米到300米。

混流式转轮一般由低碳钢或低合金钢铸件制成，或采用铸焊结构。为了提高抗汽蚀和抗泥沙磨损的性能，可在易发生汽蚀的部位堆焊不锈钢，也可采用不锈钢叶片，有时整个转轮可采用不锈钢。铸焊结构可以降低成本，使转轮尺寸更加精确，转轮表面更加光滑，有利于提高水轮机的效率。叶片、上冠和下环也可以分别由不同的材料制成。典型的例子是中国的刘家峡。

4.斜流涡轮机

它是由瑞士工程师迪莉娅在1956年发明的，所以也被称为迪莉娅涡轮机。它的叶片倾斜地安装在转轮涡轮上。随着水头和负载的变化，转轮中的液压继电器相应地操纵叶片绕其轴线旋转。其最高效率略低于混流式水轮机，但平均效率远高于混流式水轮机。与轴流式螺旋桨水轮机相比，它具有更好的抗汽蚀能力和更低的飞逸速度，适用于40～120m的水头。

由于结构复杂，成本高，斜流涡轮一般只在混流或轴流式涡轮不适合或不理想时使用。这种涡轮也可用作可逆式水泵涡轮。在水泵的条件下启动时，转轮叶片可以闭合成一个近乎闭合的圆锥体，从而降低电机的启动负荷。