什么是水力渦輪機？

水力渦輪機是用于水壩和其他設(shè)施的水力發(fā)電的渦輪機。它們被安裝在大量水從高處落下的地方，例如瀑布或水壩，或者大量水以高速流動的地方，例如急流，以旋轉(zhuǎn)水輪機并將能量轉(zhuǎn)化為電能。

水力渦輪機分為沖擊式渦輪機和反擊式渦輪機，兩者的區(qū)別在于水落下時葉片旋轉(zhuǎn)的方式不同。沖擊式渦輪機的一個例子是佩爾頓式渦輪機，它利用下落、加速的水的動能來旋轉(zhuǎn)葉片。另一方面，反作用式渦輪機的例子包括弗朗西斯式渦輪機和螺旋槳式渦輪機，它們利用水的速度和壓力來旋轉(zhuǎn)葉片。

水輪機的類型和結(jié)構(gòu)

早期的水輪機是利用落水的勢能帶動葉片轉(zhuǎn)動，而現(xiàn)代水輪機則是將水的勢能轉(zhuǎn)化為動能，利用高速水流沖擊葉片，使水輪機轉(zhuǎn)動。

水力渦輪機有兩種類型：沖擊式渦輪機和反擊式渦輪機，它們的葉片旋轉(zhuǎn)機制不同。沖擊式渦輪機的一個例子是佩爾頓式渦輪機，反作用式渦輪機的一個例子是弗朗西斯式渦輪機或螺旋槳式渦輪機。

水力渦輪機體積巨大，發(fā)電量巨大，因此即使效率發(fā)生 1% 的變化也會對產(chǎn)量產(chǎn)生重大影響。因此，需要根據(jù)電站規(guī)模、落水高度等條件，采用優(yōu)化方法進(jìn)行設(shè)計。

沖擊式渦輪機

沖擊式水輪機的一個典型例子是佩爾頓式水輪機。佩爾頓式水輪機是一種僅利用水速的水輪機，用于水頭大、水速高的發(fā)電廠。在佩爾頓式水輪機中，水管的末端有一個細(xì)長的噴嘴，水以巨大的力量噴射出來，沖擊稱為轉(zhuǎn)輪的渦輪葉片，從而使渦輪旋轉(zhuǎn)。

幾乎所有大型水頭發(fā)電廠都采用沖擊式水輪機，其中最大的是瑞士的Beudron發(fā)電廠，水頭約1900米。另一方面，佩爾頓式水輪機的最大效率低于其他方法。

反作用輪

弗朗西斯式渦輪機和螺旋槳式渦輪機是反作用式渦輪機的典型例子。弗朗西斯水輪機是一種利用水的速度和壓力來旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪的水輪機。落下的水進(jìn)入蝸殼，形成向內(nèi)的旋轉(zhuǎn)流，經(jīng)過調(diào)節(jié)流速的可移動導(dǎo)葉，與轉(zhuǎn)輪接觸，并使渦輪機旋轉(zhuǎn)。

日本約70%的水力發(fā)電站大壩均采用弗朗西斯式水輪機，其特點是能夠在10米至300米的水位范圍內(nèi)使用。其中較大的一個電廠是北陸電力公司的有峰第一電廠，落差 430 米。

螺旋槳式渦輪機的基本原理與弗朗西斯式渦輪機相同，落水通過殼體和導(dǎo)流孔，然后接觸轉(zhuǎn)輪，從而引起渦輪機旋轉(zhuǎn)。但螺旋槳式水輪機的轉(zhuǎn)輪形狀與弗朗西斯式水輪機不同，其形狀類似輪船的螺旋槳。螺旋槳式渦輪機水頭較小，常用于流量較大的發(fā)電廠。

近年來，發(fā)電量較小的發(fā)電站（也稱為微型水電站）的數(shù)量不斷增加，它們采用的是反擊式水輪機等水頭小、能量小的發(fā)電裝置。微型水力發(fā)電利用自來水、下水道系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)用水等的水的流動，采用螺旋槳式渦輪機。

水力渦輪機和水輪

用于水力發(fā)電的水輪機與發(fā)電機相連，水輪機的旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生電能。因此，水力渦輪機也可以被視為一種渦輪機。

在水力發(fā)電中，渦輪機的轉(zhuǎn)速根據(jù)水量和水頭的變化而變化，轉(zhuǎn)速的波動會帶來電力輸出不穩(wěn)定的風(fēng)險。因此，必須減少這種水量變化所引起的速度和壓力波動的影響。實際應(yīng)用中，采取向殼體渦中心注入空氣或水等措施。