斜擊式水輪機(jī)基本工作原理

斜擊式水輪機(jī)工作時(shí)，水流從壓力水管流經(jīng)噴嘴，形成一股高速射流，射流與轉(zhuǎn)輪平面成22.5°方向沖擊著轉(zhuǎn)輪葉片。做功后的水流從輪葉出水邊流出，沿尾水渠排至下游。

為了保證射流自由出流，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪必須裝在尾水渠水位以上，轉(zhuǎn)輪距離尾水渠水位不小于0.5米。

1、水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能

水輪機(jī)是水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)器，描述水能的參數(shù)為水頭(H米)和流量(Q米³/秒)。描述水輪機(jī)的工作參數(shù)為水頭(H米)、流量(Q米³/秒)、功率(N千瓦)，轉(zhuǎn)速(n轉(zhuǎn)/分)和效率(η%)。

水流射到輪葉，輪葉改變了水流運(yùn)動(dòng)方向，也就是輪葉給水流作用力，根據(jù)作用反作用定律，水流即給以輪葉一個(gè)反作用力。造成輪葉繞軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)或其它加工機(jī)械，這就是水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的過程。

2、影響水輪機(jī)輸出功率的因素

水輪機(jī)的額定功率，是指在額定水頭和額定流量下，水輪機(jī)所輸出的軸功率。當(dāng)水輪機(jī)實(shí)際工作水頭小于水輪機(jī)制造廠提出的額定水頭時(shí)，盡管進(jìn)水閥門全開，水輪機(jī)功率還是小于額定功率，發(fā)電機(jī)不能帶額定負(fù)荷。此時(shí)如發(fā)電機(jī)帶銘牌出力的用電負(fù)荷，表現(xiàn)為電壓不足，周波下降，不能啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，電燈發(fā)紅。水輪機(jī)的實(shí)際出力就不能達(dá)到銘牌出力。另一種情況，閥門開度不足，或進(jìn)水口污物堵塞，影響進(jìn)水量，同樣，水輪機(jī)不能發(fā)足額定功率。

水輪機(jī)輸出功率除了與水頭大小、流量大小有密切關(guān)系之外，還與水輪機(jī)的效率有關(guān)。水流的能量在轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的過程中，因流量、水頭都有損耗，水流在轉(zhuǎn)輪流動(dòng)過程又存在撞擊、摩擦損失，至使水輪機(jī)的輸出機(jī)械能小于水能。水輪機(jī)軸輸出功率與輸入水輪機(jī)水能（功率）的比值，稱為水輪機(jī)的效率。

沖擊型的斜擊式水輪機(jī)，由手動(dòng)調(diào)速閥門（有的為噴針）、噴嘴、轉(zhuǎn)輪，機(jī)殼、軸承及軸密封組成。

斜擊式水輪機(jī)的噴嘴方向與轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)平面成一交角（一般為22.5°），射流斜向沖擊葉輪。

斜擊式水輪機(jī)噴嘴

噴嘴裝在壓力水管手動(dòng)調(diào)速閥門之后。噴嘴是一個(gè)圓錐管，隨著圓錐管斷面面積逐漸變小，水流逐漸加速，在噴嘴出口形成高速射流，沖擊轉(zhuǎn)輪。

為了調(diào)節(jié)流量，控制機(jī)組出力，這種機(jī)組運(yùn)行較好，效率較高。有的微型機(jī)組用閘閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。

斜擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪

轉(zhuǎn)輪是水輪機(jī)的心臟，較大容量的斜擊式轉(zhuǎn)輪，其葉片為復(fù)雜，斷面是流線型（如飛機(jī)的翼型），生產(chǎn)制造工藝要求較高。而對(duì)于微型斜擊式轉(zhuǎn)輪，為簡化生產(chǎn)工藝，降低成本，做成半球型葉片。轉(zhuǎn)輪的葉片是用厚為2毫米的鋼板在沖床上沖壓出來，經(jīng)切邊修整而成，一個(gè)葉輪一般由18~22個(gè)葉片組成。將葉片組裝焊接而成轉(zhuǎn)輪，整個(gè)制造工藝簡單。斜擊式轉(zhuǎn)輪如下圖《斜擊式轉(zhuǎn)輪》所示。

半球型與翼型葉片轉(zhuǎn)輪經(jīng)電站運(yùn)行實(shí)踐說明，半球型轉(zhuǎn)輪與翼型轉(zhuǎn)輪相對(duì)比，性能相差不大，半球型轉(zhuǎn)輪的效率略低于翼型轉(zhuǎn)輪。

斜擊式水輪機(jī)軸承與機(jī)殼

軸承是支承水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量和軸向推力、以及轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)承受徑向力的裝置。微型水輪機(jī)一般有一個(gè)止推滾柱軸承和單列向心球軸承。

機(jī)殼是微型水輪發(fā)電機(jī)組的支架，機(jī)殼固定在機(jī)墩上。

斜擊式水輪機(jī)主要組成部分與水斗式類似，也有噴嘴和帶水斗的工作輪，其不同的地方有以下幾點(diǎn)：

1、噴嘴的安放位置與工作輪不在同一平面內(nèi)，而與此平面成一角度，此角度稱斜射角。

2、水斗呈勺狀，射流由水斗一側(cè)進(jìn)入從另一側(cè)流出，有軸向力．

3、水斗外圓有外輪環(huán)，即增加葉片強(qiáng)度，又減少一部分風(fēng)阻損失．

斜擊式水輪機(jī)占有獨(dú)特的應(yīng)用范圍，在比速行n=30~70范圍內(nèi)，混流式水輪機(jī)不適用，單噴嘴水斗式水輪機(jī)達(dá)不到該比速，而雙擊式水輪機(jī)效率又太低。 2100433B

斜擊式水輪機(jī)利用噴嘴把水流的壓力能變成速度能，水流自離開噴嘴，進(jìn)入轉(zhuǎn)輪直至離開轉(zhuǎn)輪的整個(gè)工作過程，不是在一個(gè)封閉系統(tǒng)內(nèi)，而是在充滿大氣的機(jī)殼中進(jìn)行形成自由射流，并且同一時(shí)刻往往有3-4個(gè)斗葉在接受同一噴嘴流量大小不等的這種自由射流。噴嘴出口射流中心與轉(zhuǎn)輪進(jìn)水平面呈一定的夾角（通常取22.5度）。

斜擊式水輪機(jī)主要工作部件和切擊式水輪機(jī)基本相同，只是工作射流與轉(zhuǎn)輪進(jìn)口平面呈某一角度α，射流斜著射向轉(zhuǎn)輪。斜擊式水輪機(jī)適用于水頭在35-350m、軸功率為10-500kW、比轉(zhuǎn)速為18-45的中小型水電站 。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于機(jī)組額定功率0.5MW～10MW，且轉(zhuǎn)輪直徑小于等于3.3 m的混流式、軸流式、貫流式及水斗式、斜擊式水輪機(jī)。 機(jī)組功率小于上述條件的原型水輪機(jī)產(chǎn)品可參照使用。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于機(jī)組額定功率0.5MW～10MW，且轉(zhuǎn)輪直徑小于等于3.3 m的混流式、軸流式、貫流式及水斗式、斜擊式水輪機(jī)。 機(jī)組功率小于上述條件的原型水輪機(jī)產(chǎn)品可參照使用。