知识点：混流式水轮机

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混流式水轮机又称法兰西斯水轮机，是目前应用最广泛的一种水轮机。其所以称之谓混流式是因为水流在转轮中的流动过程是辐向进轴向出。大中型混流式水轮机一般为立式装置，小型为卧式装置。立式装置有利于尾水管的布置，也便于机组的安装和检修，可减小厂房的平面尺寸。

混流式水轮机按水流流经的路径，主要行水轮机室，导水机构、转轮、尾水管等部件组成。

（一）水轮机室

压力钢管引进的水流首先进入水轮机室，其主要作用是使引进的水流以尽可能小的水头损失且较均匀地从四周进入水轮机的转轮。

水轮机室有开敞式和封闭式两种。大、中型反击式水轮机一般采用封闭式水轮机室，极个别的小型水电厂才采用开敞式水轮机室。封闭式水轮机室其外形呈现为蜗壳形状，所以也称为蜗壳。蜗壳的断面随着流量的不断减少而减小。

为适用不同高低的水头，蜗壳又分为金属蜗壳和混凝土蜗壳二种。金属蜗壳适用于高、中水头，混凝土蜗壳适用于低水头。金属蜗壳将导水机构全部包围，故又称完全蜗壳。而混凝土蜗壳只包围部分导水机构，故又称非完全蜗壳。

蜗壳的断面形状，金属蜗壳一般做成圆形，而且由于结构上的要求，由圆形逐渐过渡到椭圆形。混凝土蜗壳断面形状多采用梯形，而且又分为对称、上伸、下伸几种形式。

金属蜗壳中的水流从进口断面开始进入转轮，因此它在平面上占的面积较大。而混凝土蜗壳中的水流有较大部分在进口断面前即进入转轮，另一部分从蜗壳进入转轮，在引用流量相同的情况下，混凝土蜗壳占的平面面积较小。

（二）导水机构

导水机构主要由导叶和转动导叶的传动机构所组成，导叶均匀分布在转轮的周围。

导水机构的作用主要按照最有利的方向将水流引入转轮；同时根据机组出力的变化，随时调节水流进入水轮机的流量，即调节水流的输入功率，使之与外界的负荷相适应。

导水机构的导叶其断面为机翼型，头部厚，尾部薄，以减少水流阻力。导叶上下都有轴承，用水润滑。在导叶关闭时，为了搭接严密不漏水，可在导叶上装橡皮条止漏。为了减轻重量，大型机组的导叶常做成空心结构。导叶的上轴颈伸出顶盖和传动机构控制环相接。

导水机构的主要作用是调节进入转轮的流量，以适应负荷变化的需要。当发电机负荷减少时，要求水轮机的进入流量相应减少，这时由调速器控制接力器，使控制环转动带动连杆和拐臂，关小导叶开度，减小流量；反之，当负荷增大时，则按相反方向动作，增大导叶开度加大流量。停机时，控制环带动导叶全部关闭，导叶首尾相接，形成一个封闭的“圆筒”，将水流截断。当机组发生故障而紧急停机时，导叶可迅速关闭，一般在5-10s内，导叶可从全开启状态到全关闭状态。

（三）转轮

转轮是水轮机将水能转换成机械能的核心。水轮机性能的好坏，主要取决于转轮性能的好坏，所以转轮是水轮机最重要的部件。

混流式水轮机的转轮由叶片，上冠 和下环组成。在上冠的中心下方装有泄水锥，用来引导水流，避免水流经叶片流出后相互撞击，减少水力损失，提高水轮机的效率。转轮叶片安置在上冠和下环之间，按圆周均匀分布。叶片是一个三向的空间扭曲面，上部较直扭曲较小，而下部扭曲较大。转轮叶片数目为10-20片。

转轮安置在水轮机的中心位置上，其上部与主轴连接，下部装有尾水管，四周被导叶包围。工作时，转轮等速旋转，转动时的全部重量由推力轴承承受。

小型转轮可以整体铸造，大型转轮可分半制造，而后在现场拼装。

（四）尾水管

尾水管也是水轮机的重要组成部分之一，是水流流经的最后一个过流部件。水流经过尾水管后直接流向下游。尾水管性能的好坏对水轮机的效率也有一定影响。

混流式水轮机的转轮出口处，水流仍具有较大的流速。为了回收这部分动能，减少出口流速，则在转轮出口后装置扩散的尾水管。

反击式水轮机装置尾水管，其作用主要是：

1、将转轮出口的水流引向下游。

2、利用下游水位至转轮出口处所形成的静力真空（吸出高度 !* 值）。

3、利用转轮出口的水流动能，将其转换为转轮出口处的附加动力真空，使动能恢复并加以利用。

通常采用的尾水管有直锥形和弯肘形两种，见图 ! & ! & !.。大中型永电厂一般采用弯肘形尾水管，小型水电厂有时采用直锥形尾水管。弯肘形尾水管由直锥段、弯肘段、扩散段三部分组成。当尾水管尺寸较大时，按结构要求可以在中间加隔墩。

尾水管中的水流情况非常复杂，尾水管形状的变化对尾水管效率影响很大，尾水管效率的提高，主要是要求有合适的形状和尺寸。对每一种类型的水轮机，厂家均配备最合适的尾水管，这些尾水管的形状和尺寸都是经过模型试验而确定的，与水轮机一起配套选用，一般不宜修改。如需修改，则必须进行模型试验，以保证水轮机的效率不受到影响。

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