[科普中国]-轴流定桨式水轮机

轴流定桨式水轮机是反击式水轮机的一种形式，主要部件有转轮、导水机构、引水部件（水轮机室与座环）和泄水部件（尾水管）。此外，还有主轴、轴承和联轴器等非过水部件。轴流定桨式水轮机的轮叶是固定的，即轮叶被刚性联接于轮毂上。这种水轮机结构比较简单，造价便宜，但它只能利用导水机构调节出力，当水头及出力变化时，水轮机效率降低很多。1

工作过程反击式水轮机大致的工作过程如下：来自上游的压力水通过引水管道，首先进入引水机构，引水机构把本来直线运动的压力水改变成环绕导水机构具有一定旋转量的运动水流。这些压力水一面旋转，一面流进导水机构，导水机构根据机组所带的负荷来控制进入水轮机的水量，并根据需要开机、停机。导水机构出来的水从四周流进工作机构，推动水轮机转动，从而输出机械力矩。经能量转换后从工作机构流出的低能水流再由泄水机构引入下游排走。2

结构引水机构

水轮机要利用水能做功，需要有一套良好的引水装置，保证水流以最小的水流损失均匀地、轴对称地流入导水机构，引水机构还必须使水流产生一定的旋转量以满足转轮的需要。引水机构也称引水室。引水室主要有四种型式：明槽引水室、罐式引水室、贯流式引水室和蜗壳引水室。

导水机构

导水机构是水流进入水轮机的第二个部件，它位于引水机构与工作机构之间。主要作用是当机组出力发生变化时，用来调节流量；正常与事故停机时，用来截断水流。在非蜗壳引水室中，导水机构还须使水流进入转轮之前形成旋转并改变水流的入射角度，以保证在主要工况下，水流对转轮叶片的冲角尽量小。

混流式水轮机和轴流式水轮机导水机构引导水流径向流入水轮机；灯泡式和斜流式水轮机导水机构引导水流斜向流入水轮机；全贯流式水轮机导水机构引导水流轴向流入水轮机。

工作机构

水轮机的工作机构亦称转轮，是水轮机中最重要的部件。水流流出导水机构后就进入转轮，在转轮内水流的动能和压能都将发生变化，从而使水流的大部分水能转换成机械能，以转轮旋转力矩的形式输出。

泄水机构

泄水机构是水轮机中水流运动的最后一段流通，它的性能好坏对水轮机的效率和汽蚀状况仍有一定影响。反击式水轮机的泄水机构就是尾水管。1

类型轴流式转轮可分为定桨式和转桨式两种，它们的主要区别是转桨式转轮的叶片随导叶开度和水头的变化能自动调整叶片安放角，与导叶保持最佳的协联关系。在水轮机运行中，导叶必须按负荷调整开度，而转轮一边旋转一边调整叶片角度保持与导叶的最佳协联关系，即所谓“双重调节”，使水轮机在较大的出力范围内均保持较高的效率。定桨式转轮由于在运行中叶片不能调整，当机组负荷发生变化，导叶开度改变时，叶片安放角不能及时调整，水流对叶片冲角增大，所以在整个出力范围内水轮机的高效区很窄，但它的结构简单，在中小型电站中仍较多被采用。

定桨式一般有3—6片叶片。中小型转轮叶片和转轮体整体铸造或叶片铸造后焊在转轮体上。大中型转轮的叶片多数为单独铸造，加工后用螺栓固定在转轮体上，在转轮体与叶片连接法兰面上设有定位销固定在一个安放角。有的停机后可以人工调整叶片定位销改变叶片的安放角。转轮上部和主轴相连，下部固定泄水锥，结构简单，制造容易，造价便宜，适用于水头、出力变化小的情况。

转桨式转轮叶片安放角能自动地随工况而变，并和导水叶开度相匹配。为了转动叶片，转轮体内装有活塞、油缸、活塞杆、操作架、连杆、拐臂等，上部和带压力油管的主轴相连，下部固定泄水锥，结构复杂，造价贵，运行范围广，平均效率高。低水头电站的贯流式水轮机上常采用这种转轮，其主轴多数为水平布置，少数为倾斜布置。3

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所