水轮机

水轮机是将水流的能量转化为旋转机械能的动力机械，属于流体机械中的涡轮机械。早在公元前100年左右，我国就出现了水轮机——的雏形，用于提水灌溉，带动粮食加工设备。现代水轮机大多安装在水电站，带动发电机发电。在水电站中，上游水库的水通过引水管引向水轮机，带动水轮机的转轮转动，带动发电机发电。成品水通过尾水管向下游排放。水头越高、流量越大，涡轮的输出功率越大。

水轮机及辅机是重要的水电设备，是水电行业不可或缺的组成部分，充分利用清洁可再生能源，实现节能减排、减少环境污染的重要设备的技术开发与中国的发展规模相适应美国水电行业。由中国驱动美国的电力需求，中国 美国汽轮机及辅机制造业进入快速发展期，经济规模和技术水平显著提高，中国 美国的汽轮机制造技术已达到世界先进水平。

中国的综合实力与中国的发展水轮机及辅机制造业增长明显，整个行业呈现蓬勃发展的态势、充满活力的可喜局面，工业趋好的标志表现在经济运行质量的提高和经济效益的显著增长。

2010年，中国 美国汽轮机及辅机制造业规模以上（年销售收入500万元以上）68家企业，实现销售收入的44.7亿元，同比增长2.35%实现利润总额3.23亿元，同比增长4.16%

2010年，中国水电装机容量达到2.11亿千瓦，新批水电1322万千瓦，在建7700万千瓦。据中国 美国对国际社会的承诺“2020年非石化能源将达到总能源的15%承诺，中国 2020年美国水电行业装机容量必须达到3.8亿千瓦。甚至根据我国公布的《可再生能源中长期发展规划》，确定到2020年水电装机达到3亿千瓦，11年内我国将新增单机容量50千瓦以上大型水电机组近300台，平均每年新增装机容量50万千瓦及以上大型水电机组25台。如果到2020年达到3，.随着装机容量达到8亿千瓦，中国所需的水轮机及辅助设备将进一步增加，中国水轮机及辅助设备行业发展前景广阔。1]

早期冲击式水轮机的水流冲击叶片时，动能损失大，效率不高。1889年，美国工程师佩尔顿Pelton发明了戽斗式水轮机，它具有流线型收缩喷嘴，能高效地将水流的能量转化为高速射流的动能。水轮机之最（整段完全可以省略，80以上%它们都过时了，已经被取代了。It 这是非常古老的信息，没有什么参考价值，所以它 我们建议删除这一段）20世纪80年代初，世界上单机功率最大的戽式水轮机安装在挪威·西马电站单机容量315 MW，水头885米，转速300 rpm/它于1980年投入运营。最高水头的戽式水轮机安装在奥地利的雷塞克山电站，其单机功率为22.8 MW，750 rpm/分钟，水头达到1763.5米，1959年投产。

在20世纪80年代，世界 中国最大的螺旋桨式水轮机由中国东方电机厂制造，安装在中国长江中游的葛洲坝电站其单机功率为170 MW，扬程为18.6米，转速54.6转/点，流道直径为11.3米，1981年投产。世界上水头最高的桨式水轮机安装在意大利mbia电站，水头88.4米，单机功率13.375转分时为5毫瓦/它于1959年投入运营。

世界上水头最高的混流式水轮机安装在奥地利的罗斯柴克电站，水头672米，单机功率58.4 MW，1967年投产。功率和尺寸最大的混流式水轮机安装在美国达古利第三电站，单机功率700 MW，转轮直径约9.75米，头87米，速度85.7转/它于1978年投入运营。

世界与中国世界上最大的混流式水泵水轮机安装在联邦德国的不来梅抽水蓄能电站。它的涡轮头部237.5米，发电机功率660 MW，转速125 rpm/分；水泵扬程247.3米，电机功率700 MW，转速125转/分。世界与中国苏联捷亚电站安装了我国最大的斜流式水轮机，单台功率215 MW，水头78.5米。

水轮机

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。冲击式水轮机的转轮在水流的冲击下旋转，工作过程中水流压力保持不变，主要是由于动能的转换；反动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是变化的，但主要的是压力能的转换。

冲击式水轮机

冲击式水轮机根据水流方向可分为剪切式(又称水斗式)和斜击式两类。斜冲击式水轮机的结构与斗式水轮机基本相同，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。当负载变化时，转轮的入口速度方向不变此外，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%

反击式水轮机

反动式涡轮可分为混流型、轴流式、斜流式和贯流式。在混流式水轮机中，水径向流入导向机构，轴向流出转轮；在轴流式涡轮机中，水径向流入导向叶片，轴向流入和流出转轮；在斜流式水轮机中，水以相对于主轴倾斜的角度径向流入导向叶片和转轮，或者以相对于主轴倾斜的角度流入导向叶片和转轮；在贯流式水轮机中，水沿轴向流入导叶和转轮。

轴流式、贯流式水轮机和斜流式水轮机按其结构又可分为固定桨式和旋转桨式。固定叶片转轮的叶片是固定的；叶轮叶片在运行中可绕叶片轴旋转，以适应水头和负荷的变化。

各种类型的冲击式涡轮机都装有进水装置，这些进水装置很大、中型立轴反动式水轮机的进口装置一般由蜗壳组成、固定导叶和活动导叶。蜗壳的作用是将水流均匀地分布在转轮周围。当水头在40米以下时，水轮机蜗壳通常采用钢筋混凝土现场浇筑；当水头高于40米时，常采用拼焊或整体铸造的金属蜗壳。

在反击式水轮机中，水流充满整个转轮，所有叶片同时受到水流的作用，所以在相同水头下，转轮的直径小于冲击式水轮机。它们的最高效率也高于冲击式水轮机，但当负荷变化时，水轮机的效率受到不同程度的影响。

冲击式水轮机均配有尾水管，其功能如下：转轮出口水流动能的回收；把水流排向下游；当转轮的安装位置高于下游水位时，这种势能转化为压力能被回收。对于低水头大流量的水轮机，转轮出口动能比较大，尾水管的恢复性能对水轮机的效率有显著影响。

轴流式水轮机

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。

轴流式螺旋桨式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。

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320m低水头的小型河床式电站。

这种水轮机安装在潮汐电站上也能实现双向发电。这种水轮机有多种结构，灯泡贯流式水轮机是应用最广泛的一种。

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。其可细分为管状和半管状。

混流式水轮机

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于1849年发明的，所以也被称为弗朗西斯水轮机。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也可以由不同的材料制成、上冠和下环。典型的例子是中国的刘家峡。

斜流式水轮机

它是由瑞士工程师德里亚在1956年发明的，所以也被称为德里亚涡轮机。它的叶片倾斜地安装在转轮体上随着水头和负荷的变化，转轮体内的液压继电器相应地操纵叶片绕其轴线转动。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 ~ 120米的水头。

由于斜流涡轮的复杂结构、成本较高，一般只在混流式或轴流式水轮机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。

水头H（米）

两段连续流的单位能量之差称为水头。水头是水轮机的重要参数，其大小直接影响水轮机的出力和水轮机选型。1]

流量

单位时间内流经涡轮机的水量（体积）它被称为水轮机的流量，用q表示。通常用立方米/秒为单位。

出力

单位时间内水流过涡轮的能量称为通过涡轮的能量“水流的出力”，以Np^0为代表。Np^0=9.81QH（千瓦）

效率

水轮机的输出n与水轮机流量的输出Np^0之比称为水轮机效率，用η表示。显然，效率是表面涡轮对水流能量的有效利用程度，是一个无量纲的物理量，用百分数表示（表示。

转速

单位时间内水轮机主轴的转数称为水轮机转速，用n表示，通常采用“转/分”作单位。

path/Path path/path水轮机

水轮机是一种将水能转化为机械能的动力机械。在大多数情况下，这种机械能通过发电机转化为电能，因此涡轮机服务于水能的利用和发电。水是人类生活和生产所依赖的最重要的自然资源之一我们的祖先很久以前就与洪水作斗争，并学会了利用水能。大禹 持续了公元前两千多年的洪水控制至今仍为人们所称道。公元37年，中国人发明了水轮驱动的鼓风机-水派，公元260年-270年，中国人在公元220年创造了水磨-300年后发明了水车驱动的水车这些液压机结构简单，易于制造。缺点是笨重、出力小、效率低。真正大规模合理开发利用水力资源是在现代工业发展和相关发电中、在航运和其他技术发展之后。

水资源综合开发利用是指通过建设水利工程控制河流水力资源的洪水、灌溉、航运、发电水产等发明的综合利用。中国 新中国成立后，我国水电开发设备行业才开始蓬勃发展1975年中国只能设计制造7架.辛 容量为5万千瓦的安江水电站已能设计制造单机容量为70万千瓦的混流式水轮发电机组和单机容量为17万千瓦的螺旋桨式水轮发电机组。中国液压设备的设计、制造水平达到世界先进水平。我国设计、生产的水力发电设备出口到美国、加拿大、菲律宾、土耳其、南斯拉夫、越南等国都受到了这些国家的欢迎。

水泵水轮机主要用于抽水蓄能电站。当电力系统负荷低于基本负荷时，可以作为水泵，利用过剩的发电能力将水从下游水库抽到上游水库，以势能的形式储存能量；当系统负荷高于基本负荷时，可作为水轮机发电调节高峰负荷。因此，单纯的抽水蓄能电站并不能增加电力系统的功率，但可以提高火力发电机组的运行经济性，提高电力系统的整体效率。自20世纪50年代以来，抽水蓄能机组在世界范围内得到了高度重视和迅速发展。

发展较早或水头较高的抽水蓄能机组多采用三机式，即发电电动机、水轮机和水泵串联连接。它的优点是水轮机和水泵分开设计，可以有很高的效率，发电和抽水时机组的旋转方向一致，可以从发电到抽水，或从抽水到发电快速转换。同时，涡轮机可用于启动机组。其缺点是成本高，电站投资大。

斜流泵水轮机转轮叶片可以转动，在扬程和负荷变化时仍有良好的运行性能但由于水力特性和材料强度的限制，到80年代初，其最高水头仅为136.2米(日本高根第一核电站)对于较高的水头，需要混流式水泵水轮机。

抽水蓄能电站配有上位、下两个水库。在储存相同能量的情况下，增加升力可以减少储存量、提高机组转速、降低工程造价。因此，高度超过300米的高水头蓄能电站发展迅速。世界上水头最高的混流泵水轮机安装在南斯拉夫Baynabashta电站，单机功率315 MW，水头600.3米；水泵扬程623.1米，转速428.6转/它于1977年投入运营。1]

20世纪以来，水电机组一直在向高参数方向发展、大容量方向发展。随着电力系统中火电容量的增加和核电的发展，为了解决合理调峰的问题，世界各国除了在各大水系大力发展或扩建大型电站外，都在积极建设抽水蓄能电站，因此水泵水轮机得到了迅速发展。为了充分利用各种水力资源，潮汐、低落差甚至有波浪的平原河流引起了人们的广泛关注，从而带动了贯流式水轮机等小型机组的快速发展。