[科普中国]-斜击式水轮机

斜击式水轮机（inclined jet turbine；Turgo impulseturbine）冲击式水轮机的一种。主要由喷嘴和转轮等组成。转轮由外轮圈、内轮毂和其问所固定的若干单碗形斗叶组成。喷嘴射流以22.5°的角度斜冲转轮正面的叶片后从背面流出。结构简单、造价低廉，但效率低。仅应用于小型电站。适用水头为20~100 m。1

针击式水轮机的结构冲击型的斜击式水轮机，由手动调速阀门（有的为喷针）、喷嘴、转轮，机壳、轴承及轴密封组成。

斜击式水轮机的喷嘴方向与转轮的转动平面成一交角（一般为22.5°），射流斜向冲击叶轮。

喷嘴喷嘴装在压力水管手动调速阀门之后。喷嘴是一个圆锥管，随着圆锥管断面面积逐渐变小，水流逐渐加速，在喷嘴出口形成高速射流，冲击转轮。

为了调节流量，控制机组出力，这种机组运行较好，效率较高。有的微型机组用闸阀进行调节。

转轮转轮是水轮机的心脏，较大容量的斜击式转轮，其叶片为复杂，断面是流线型（如飞机的翼型），生产制造工艺要求较高。而对于微型斜击式转轮，为简化生产工艺，降低成本，做成半球型叶片。转轮的叶片是用厚为2毫米的钢板在冲床上冲压出来，经切边修整而成，一个叶轮一般由18~22个叶片组成。将叶片组装焊接而成转轮，整个制造工艺简单。斜击式转轮如下图所示。

半球型与翼型叶片转轮经电站运行实践说明，半球型转轮与翼型转轮相对比，性能相差不大，半球型转轮的效率略低于翼型转轮。

轴承与机壳轴承是支承水轮发电机转动部分重量和轴向推力、以及转动时承受径向力的装置。微型水轮机一般有一个止推滚柱轴承和单列向心球轴承。

机壳是微型水轮发电机组的支架，机壳固定在机墩上。

基本工作原理斜击式水轮机工作时，水流从压力水管流经喷嘴，形成一股高速射流，射流与转轮平面成22.5°方向冲击着转轮叶片。做功后的水流从轮叶出水边流出，沿尾水渠排至下游。

为了保证射流自由出流，水轮机转轮必须装在尾水渠水位以上，转轮距离尾水渠水位不小于0.5米。

1、水能转换为机械能

水轮机是水能转换为机械能的机器，描述水能的参数为水头(H米)和流量(Q米3/秒)。描述水轮机的工作参数为水头(H米)、流量(Q米3/秒)、功率(N千瓦)，转速(n转/分)和效率(η%)。

水流射到轮叶，轮叶改变了水流运动方向，也就是轮叶给水流作用力，根据作用反作用定律，水流即给以轮叶一个反作用力。造成轮叶绕轴心转动，从而带动发电机或其它加工机械，这就是水能转换为机械能的过程。

2、影响水轮机输出功率的因素

水轮机的额定功率，是指在额定水头和额定流量下，水轮机所输出的轴功率。当水轮机实际工作水头小于水轮机制造厂提出的额定水头时，尽管进水阀门全开，水轮机功率还是小于额定功率，发电机不能带额定负荷。此时如发电机带铭牌出力的用电负荷，表现为电压不足，周波下降，不能启动电动机，电灯发红。水轮机的实际出力就不能达到铭牌出力。另一种情况，阀门开度不足，或进水口污物堵塞，影响进水量，同样，水轮机不能发足额定功率。2

水轮机输出功率除了与水头大小、流量大小有密切关系之外，还与水轮机的效率有关。水流的能量在转换为机械能的过程中，因流量、水头都有损耗，水流在转轮流动过程又存在撞击、摩擦损失，至使水轮机的输出机械能小于水能。水轮机轴输出功率与输入水轮机水能（功率）的比值，称为水轮机的效率。

斜击式水轮机应用范围斜击式水轮机主要组成部分与水斗式类似，也有喷嘴和带水斗的工作轮，其不同的地方有以下几点：

1、喷嘴的安放位置与工作轮不在同一平面内，而与此平面成一角度，此角度称斜射角。

2、水斗呈勺状，射流由水斗一侧进入从另一侧流出，有轴向力．

3、水斗外圆有外轮环，即增加叶片强度，又减少一部分风阻损失．

斜击式水轮机占有独特的应用范围，在比速行n=30~70范围内，混流式水轮机不适用，单喷嘴水斗式水轮机达不到该比速，而双击式水轮机效率又太低。3

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所