水轮机

《水轮机》

作　者：郑源，陈德新 编 丛 书 名：高等学校统编精品规划教材出 版 社：中国水利水电出版社ISBN：9787508483689出版时间：2011-01-01版　次：1页　数：352装　帧：平装开　本：16开

《水轮机》是针对能源动力类学生进行编写，具有体系强、内容新、格式新、理念新的特点。教材内容重视基本概念、基本理论，其内容具有成熟性、先进性和实用性．

《水轮机》内容能够满足水电站高级技术人才所具备的水轮机运行、管理、检修、维护、水轮机选型设计和从事水轮机研究等方面的知识。《水轮机》可作为能源动力类等（水动方向）专业和水利水电工程专业的教材，也可作为相关专业师生和工程技术人员参考书。

序

前言

第一章 绪论

第一节 水电厂与水轮机

第二节 水轮机的工作参数

第三节 水轮机的类型与工作范围

第四节 水轮机的装置形式与牌号

第五节 水轮机结构概述

第六节 水轮机发展趋势与研究方向

第二章 水轮机工作原理

第一节 水流在反击式水轮机中的运动

第二节 水轮机的基本方程

第三节 水轮机的效率与最优工况

第四节 冲击式水轮机的工作原理

第三章 水轮机空化与空蚀

第一节 空化与空蚀的机理

第二节 水轮机的空蚀

第三节 水轮机的空化系数与吸出高度

第四节 水轮机空化与空蚀的防止

第四章 水轮机相似理论一

第一节 水轮机的相似条件与力学相似数

第二节 水轮机的相似律与单位参数

第三节 水轮机的比转速

第四节 水轮机效率换算与单位参数修正

第五节 水轮机的模型试验

第六节 水轮机型谱

第五章 水轮机特性与特性曲线

第一节 水轮机模型试验

第二节 水轮机特性曲线的类型

第三节 水轮机特性的理论分析

第四节 水轮机模型综合特性曲线绘制

第五节 水轮机运转综合特性曲线及其绘制

第六节 水轮机飞逸特性与飞逸特性曲线

第七节 水轮机轴向水推力特性及轴向水推力计算

第六章 水轮机选型设计

第一节 水轮机选型设计的内容与方法

第二节 机组台数的选择

第三节 水轮机型式的选择

第四节 水轮机比转速的选择

第五节 反击式水轮机基本参数的计算

第六节 水斗式水轮机装置型式的选择与基本参数的计算

第七节 水泵水轮机装置型式选择和基本参数的计算

第八节 水轮机选型设计算例

第七章 反击式水轮机引水室

第一节 水轮机引水室的作用与类型

第二节 蜗壳中水流运动的规律

第三节 蜗壳主要参数的选择

第四节 金属蜗壳的水力设计

第五节 混凝土蜗壳的水力设计

第六节 座环结构及水力计算

第八章 反击式水轮机导水机构

第一节 导水机构的工作原理

第二节 径向式导水机构的结构和传动系统

第三节 导叶装配

第四节 径向式导水机构的几何参数

第五节 导叶机构中的水力损失

第六节 导水机构的受力分析和传动计算

第九章 水轮机转轮设计

第一节 不同比转速水轮机的转轮型式

第二节 水轮机转轮的设计理论

第三节 水轮机转轮基本参数的确定

第四节 水轮机转轮中的流动特性

第十章 水轮机尾水管

第一节 水轮机尾水管的作用及类型

……

第十一章 水轮机运行与检修

第十二章 水轮机新技术

附表

附图

参考文献

《水轮机》对水轮机的基本理论体系，包括水轮机的工作原理、水轮机的空化与空蚀、水轮机的相似理论、水轮机的特性与特性曲线和水轮机的选型设计等进行了介绍；对水轮机各部件，包括水轮机引水室、水轮机导水机构、水轮机转轮和水轮机尾水管进行了阐述；对水轮机的运行、检修和水轮机新技术进行了探讨。

《水轮机》在水轮机结构、水轮机的发展、水轮机引水室、水轮机导水机构、水轮机转轮设计、水轮机尾水管等方面比其他同类教材做了更为详尽的讲解。另外，还增加了水轮机安装、运行、检修、设计等方面的新技术，与学科前沿的发展紧密结合，为本教材注入了新的活力。

水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两类。冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反

作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。

现代水轮机大多安装在水电站内，用来驱动发电机发电。在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。作完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。

切击式水轮机，也叫水斗式水轮机或培尔顿式水轮机；按主轴的布置方式分为卧轴和立轴两种，无论哪种其转轮始终位于大气中。这种水轮机适用于高水头、小流量水电站；大型水斗式水轮机应用水头约300—1700米，小型的也可达到40—250米；目前世界上水头高于1000米的电站均采用水斗式水轮机，单机功率可以达到400MW以上 。

其主要结构包括输水管、喷流机构、转轮、折向器和机壳等切击式水轮机工作射流中心线与转轮节圆相切，故名切击式水轮机。其转轮叶片均由一系列呈双碗状水斗组成，故又称水斗式水轮机。切击式水轮机是目前冲击式水轮机中应用最广泛的一种机型。其应用水头一般为300-2000m，目前最高应用水头已达到1771.3m（澳大利亚的列塞克-克罗依采克水力蓄能电站，水轮机出力P=22.8MW）。

喷流机构主要由喷管、喷嘴、喷针（针阀）和喷针移动机构组成；其作用是把水流势能转化为射流动能，并通过移动喷针来调节流量。

转轮由圆盘和固定在它上面的水斗组成，射流冲向水斗，水斗与射流相互作用，射流动能转化为转轮旋转机械能；由于承受射流，水头越高对转轮强度要求也越高。

折向器就是一块高强度钢板（和驱动装置），机组甩负荷时折向器迅速使射流偏转，避免使机组转速过快。

机壳则主要起支撑水轮机轴承、排水的作用。

值得说明的是水斗水轮机中喷流机构和折向器都不只一套，其数量因型号各异，一般水头低时选4—6个，水头高时选2—3个。

斜击式水轮机利用喷嘴把水流的压力能变成速度能，水流自离开喷嘴，进入转轮直至离开转轮的整个工作过程，不是在一个封闭系统内，而是在充满大气的机壳中进行形成自由射流，并且同一时刻往往有3-4个斗叶在接受同一喷嘴流量大小不等的这种自由射流。喷嘴出口射流中心与转轮进水平面呈一定的夹角（通常取22.5度）。

斜击式水轮机主要工作部件和切击式水轮机基本相同，只是工作射流与转轮进口平面呈某一角度α，射流斜着射向转轮。斜击式水轮机适用于水头在35-350m、轴功率为10-500kW、比转速为18-45的中小型水电站 。