貫流可逆式水輪機

豎井貫流式水電站機組由水輪機、增速箱和普通的發(fā)電機組成。結(jié)構(gòu)簡單，水流經(jīng)豎井兩側(cè)及底部密封的流道進入水輪機。流道平直，水力損失小，水輪機的效率較高。豎井貫流式水輪機三面進水，單位流量大，其單機功率在直徑與水頭相同條件下，比立式軸流機組高20~30%。豎井貫流式水電站的發(fā)電機和增速箱裝置在與廠房相通的開敞式豎井內(nèi)，這不僅給安裝、運行、維護檢修帶來極大方便，而且采用增速機構(gòu)可使用較高轉(zhuǎn)速的發(fā)電機，使機組尺寸減小，造價降低。經(jīng)有關(guān)生產(chǎn)廠產(chǎn)品成本對比，該種機型要比立式軸流式水輪機的造價節(jié)省30%左右，比燈泡貫流式水輪機造價節(jié)省30%~50%。

經(jīng)試驗室模型試驗研究及在一些電站的實際應(yīng)用證明：豎井貫流式水輪機最高效率比立式軸流式水輪機5%，這樣,在同樣功率下，豎井貫流式轉(zhuǎn)輪直徑要比立式軸流式轉(zhuǎn)輪直徑小7%~8%。豎井貫流式與燈泡貫流式相比較，其效率基本相同，單位流量Q下降3%~5%，單位轉(zhuǎn)速n下降1%~3%，當(dāng)工作水頭在2.5米~3米時這兩種機型的能量特性更加接近，因此，豎井貫流式水輪機更適宜于在較低的水頭下使用。

當(dāng)作為水輪機和水泵運行時，根據(jù)速度三角形，有

其中，

由于水輪機與水泵的效率不可能為100%，因此一定是

水輪機葉片的安放角

因此為了滿足水輪機與水泵能運行在最優(yōu)工作區(qū)，除了機組要改變轉(zhuǎn)速外，工作輪葉片必須做成可調(diào)的，調(diào)正角度數(shù)須經(jīng)試驗求得。

推進我國貫流水輪機技術(shù)的進步，應(yīng)當(dāng)關(guān)注貫流機組大型化技術(shù)的發(fā)展，并致力于提高國內(nèi)貫流機組整體技術(shù)水平，根據(jù)對貫流式水輪機的應(yīng)用及其技術(shù)發(fā)展的分析，應(yīng)用水頭逐漸提高、貫流機組大型化是國際貫流水輪機技術(shù)發(fā)展的趨勢，這也和我國低水頭水電開發(fā)對大型貫流機組的應(yīng)用需求相吻合。貫流機組對開發(fā)低水頭水電資源具有優(yōu)勢，而這些資源的開發(fā)地點往往位于經(jīng)濟發(fā)達．人口稠密的平原或河谷地區(qū)，自然資源富集或處于交通要道（如黃河上游等地區(qū)）。這類水電資源經(jīng)濟合理的開發(fā)，要求實現(xiàn)發(fā)電、防洪、航運等綜合利用功能，保護生態(tài)環(huán)境和土地資源，減少移民搬遷及交通設(shè)施等淹沒、浸沒及賠償，修建高壩大庫通常已不適宜。為了優(yōu)化開發(fā)方案和工程總體布置，便于工程綜合功能經(jīng)濟地實現(xiàn)，有利于保護生態(tài)和環(huán)境等資源，往往需要采用單機容量（機組尺寸）

更大或應(yīng)用水頭更高的貫流機組。

大型化貫流式水輪機的水力設(shè)計不存在重大的技術(shù)難題．但機組設(shè)計、制造與安裝等方面的一些關(guān)鍵技術(shù)，以燈泡機組為例，燈泡體及水輪機的支承結(jié)構(gòu)，軸系的分析計算、大噸位軸承的設(shè)計制造，發(fā)電機的設(shè)計，發(fā)電機的通風(fēng)冷卻，機組的剛度及振動特性的評估、優(yōu)化，大尺寸機組的安裝技術(shù)等，存在較大的技術(shù)難度和經(jīng)濟風(fēng)險。近年，我國水電業(yè)界結(jié)合湖南洪江、廣西惡灘擴建工程、四川桐子林等水電站機組的選型設(shè)計．對此進行了研究。在洪江水電站，對采用燈泡貫流機組的關(guān)鍵技術(shù)及制造難度，與日本只見、俄羅斯薩拉托夫等電站的大型燈泡機組進行了對比研究，結(jié)論是技術(shù)可行。該工程已成功實施，成為我國貫流電站技術(shù)進步的典型案例。而惡灘擴建工程采用燈泡貫流機組方案，其應(yīng)用水頭和單機容量等設(shè)計參數(shù)，機組設(shè)計制造的技術(shù)難度均已超越了世界上已運行的同類電站機組，研究表明采用燈泡貫流機組在技術(shù)上是可行的。

全面提高我國貫流式水輪機的整體技術(shù)水平，實現(xiàn)包括產(chǎn)品研制技術(shù)（水力開發(fā)、結(jié)構(gòu)分析、制造工藝、試驗研究等）及產(chǎn)品的技術(shù)性能、貫流式水輪機應(yīng)用開發(fā)和運行等技術(shù)水平的全面提升，結(jié)合國內(nèi)實際和借鑒國際先進經(jīng)驗，應(yīng)加強計算機及信息技術(shù)等現(xiàn)代制造技術(shù)在貫流式水輪機開發(fā)、研制和運行等領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用，還應(yīng)加強對國際先進技術(shù)的引進、消化和吸收，研究具有自主知識產(chǎn)權(quán)的貫流式水輪機產(chǎn)品和技術(shù)，這是提升我國貫流式水輪機技術(shù)和產(chǎn)業(yè)競爭力的必然途徑。此外，我國的各類水電資源開發(fā)，包括廣大農(nóng)村中小低水頭資源及海洋潮汐能源的規(guī)模開發(fā)，需要技術(shù)經(jīng)濟特性優(yōu)越的，包括各類貫流式水輪機在內(nèi)的多樣性的水輪發(fā)電機組設(shè)備。

因此，應(yīng)加強對軸伸貫流式水輪機的研究和推廣應(yīng)用，完善軸伸貫流水輪機轉(zhuǎn)輪的研究并形成系列型譜；應(yīng)加強對用于潮汐能源開發(fā)的雙向可逆貫流機組、全貫流機組及豎井貫流機組的研究。

技術(shù)開發(fā)和研究；對齒輪增速技術(shù)及設(shè)備在貫流機組的應(yīng)用，以及貫流水輪機適用的調(diào)速設(shè)備的開發(fā)等技術(shù)課題，應(yīng)進行全面的規(guī)劃布局和系統(tǒng)的研究。2100433B

貫流式水輪機的流道形式和軸流式水輪機不同，為保證向?qū)畽C構(gòu)均勻供水和形成必要的環(huán)量，保證導(dǎo)葉較平滑繞流，軸流式水輪機需設(shè)置蝸殼其流道由蝸殼、導(dǎo)水機構(gòu)和彎肘型尾水管組成。貫流式水輪機沒有蝸殼，流道由圓錐形導(dǎo)水機構(gòu)和直錐擴散形或S型尾水管組成。通常采用臥軸式布置，從流道進到尾水管出口，水流沿軸向幾乎呈直線流動，避免了水流拐彎形成的流速分布不均導(dǎo)致的水流損失和流態(tài)變壞，水流平順，水力損失小，尾水管恢復(fù)性能好，水力效率高。燈泡貫流機組的發(fā)電機裝置在水輪機流道中的燈泡形殼體內(nèi)，采用直錐擴散形尾水管，流道短而平直對稱，水流特性好。大型貫流機組幾乎都是燈泡機組，中小型多采用軸伸式．豎井式等形式。

貫流式水輪機單位過流量大，轉(zhuǎn)速高，水輪機效率高，且高效區(qū)寬，加權(quán)平均效率也較高，具有比軸流式水輪機更優(yōu)良的能量特性。其特征參數(shù)比轉(zhuǎn)速ns可達1000以上，比速系數(shù)可達3000以上。與軸流式水輪機相比，在相同水頭和相同單機容量時，其機組尺寸小，重量輕，材料消耗少，機組造價低。貫流機組電站還可獲得年發(fā)電量的增加。貫流式水輪機的空化性能和運行穩(wěn)定性也優(yōu)于軸流式水輪機，其空化系數(shù)相對較小，機組可靠性高，運行故障率低，可用率高，檢修時間縮短，檢修周期延長。對于低水頭資源開發(fā)，貫流式水輪機的穩(wěn)定運行范圍寬，在極低水頭時也能穩(wěn)定運行（如超低水頭1.5m以下），是其他類型的水輪機不可比的。如廣東白垢電站，額定水頭6.2m最大水頭10.0m，但在1.3m水頭時仍能穩(wěn)定運行，貫流式水輪發(fā)電機組結(jié)構(gòu)緊湊，布置簡潔，廠房土建工程量較小，可節(jié)省土建投資。貫流機組設(shè)備運輸和安裝重量較輕，施工和設(shè)備安裝方便，可縮短工期，實現(xiàn)提前發(fā)電。根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)水電站的統(tǒng)計資料，采用燈泡貫流機組比相同容量軸流轉(zhuǎn)槳機組，電站建設(shè)投資一般可節(jié)省10%～25%。

貫流式水輪機自20世紀(jì)30年代問世以來，因其優(yōu)良的技術(shù)經(jīng)濟特性和適用性而得到廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展，包括燈泡貫流發(fā)電機技術(shù)在內(nèi)的貫流機組技術(shù)3益成熟貫流式水電站的開發(fā)、設(shè)計．運行技術(shù)與經(jīng)驗日益豐富。國外水頭25m以下的水電開發(fā)，已出現(xiàn)取代軸流式水輪機的局面。貫流機組技術(shù)在1960-1990的發(fā)展最為迅猛，這一時期投入運行的貫流機組，最大單機容量達65.8MW（燈泡貫流，日本），最大水輪機轉(zhuǎn)輪直徑達8.2m（豎井貫流美國墨累），最高工作水頭達22.45m（燈泡貫流，日本新鄉(xiāng)第二）。我國從20世紀(jì)60年代開始貫流式水輪機的研究和應(yīng)用，到20世紀(jì)80年代，貫流機組技術(shù)及其應(yīng)用取得突破性的進展，1983年引進設(shè)備的第一座大型燈泡貫流機組電站一湖南馬跡塘水電站建成，1984年自主開發(fā)的廣東白垢電站轉(zhuǎn)輪直徑5.5m，單機容量10MW燈泡貫流機組投運，標(biāo)志著具備自行開發(fā)研制大型貫流機組設(shè)備的能力。

貫流式水輪機的應(yīng)用研究和運行技術(shù)也獲得了發(fā)展，積累了經(jīng)驗。最近20年來，相繼開發(fā)建成引進設(shè)備、技術(shù)合作或自行裝備的大型燈泡貫流機組電站數(shù)十座，如凌津灘、王甫洲、尼那、洪江等。其中洪江水電站最大工作水頭27.3m，單機容量45MW，是世界上應(yīng)用水頭最高。國內(nèi)單機容量最大的燈泡貫流機組。國內(nèi)已運行的燈泡貫流式水輪機最大轉(zhuǎn)輪直徑已達7.5m。

規(guī)劃或在建的貫流式水電站遍布全國各地，在建的廣西長洲水電站裝機15臺，總裝機容量達621.3MW．在西北地區(qū)，20世紀(jì)80年代開始貫流式水電站的規(guī)劃設(shè)計，并完成了柴家峽等電站的可行性研究。在黃河干流上現(xiàn)已建成青海尼那電站，寧夏沙坡頭電站即將竣工．甘肅柴家峽、青海直崗拉卡等電站在建。尼那電站是我國海拔最高的大型燈泡貫流機組電站，沙坡頭則是應(yīng)用于高含沙水流的第一座大型燈泡貫流機組電站，各具特色，為貫流式水電站的開發(fā)提供了新的經(jīng)驗。

流道和結(jié)構(gòu)形式與常規(guī)軸流式水輪機相似的可逆式水輪機。

中文名稱：軸流可逆式水輪機；英文名稱：propellerpump-turbine；2100433B

流道和結(jié)構(gòu)形式與常規(guī)混流式水輪機相似的可逆式水輪機。

中文名稱：混流可逆式水輪機；英文名稱：Francispumpturbine；

與貫流式水輪機流道及結(jié)構(gòu)形式相似的可逆式水輪機,主要用于潮汐發(fā)電站或低水頭抽水蓄能電站。