【高斯摩分享】什么是水力涡轮机？

水力涡轮机是用于水坝和其他设施的水力发电的涡轮机。它们被安装在大量水从高处落下的地方，例如瀑布或水坝，或者大量水以高速流动的地方，例如急流，以旋转水轮机并将能量转化为电能。

水力涡轮机分为冲击式涡轮机和反击式涡轮机，两者的区别在于水落下时叶片旋转的方式不同。冲击式涡轮机的一个例子是佩尔顿式涡轮机，它利用下落、加速的水的动能来旋转叶片。另一方面，反作用式涡轮机的例子包括弗朗西斯式涡轮机和螺旋桨式涡轮机，它们利用水的速度和压力来旋转叶片。

水轮机的类型和结构

早期的水轮机是利用落水的势能带动叶片转动，而现代水轮机则是将水的势能转化为动能，利用高速水流冲击叶片，使水轮机转动。

水力涡轮机有两种类型：冲击式涡轮机和反击式涡轮机，它们的叶片旋转机制不同。冲击式涡轮机的一个例子是佩尔顿式涡轮机，反作用式涡轮机的一个例子是弗朗西斯式涡轮机或螺旋桨式涡轮机。

水力涡轮机体积巨大，发电量巨大，因此即使效率发生 1% 的变化也会对产量产生重大影响。因此，需要根据电站规模、落水高度等条件，采用优化方法进行设计。

冲击式涡轮机

冲击式水轮机的一个典型例子是佩尔顿式水轮机。佩尔顿式水轮机是一种仅利用水速的水轮机，用于水头大、水速高的发电厂。在佩尔顿式水轮机中，水管的末端有一个细长的喷嘴，水以巨大的力量喷射出来，冲击称为转轮的涡轮叶片，从而使涡轮旋转。

几乎所有大型水头发电厂都采用冲击式水轮机，其中最大的是瑞士的Beudron发电厂，水头约1900米。另一方面，佩尔顿式水轮机的最大效率低于其他方法。

反作用轮

弗朗西斯式涡轮机和螺旋桨式涡轮机是反作用式涡轮机的典型例子。弗朗西斯水轮机是一种利用水的速度和压力来旋转转轮的水轮机。落下的水进入蜗壳，形成向内的旋转流，经过调节流速的可移动导叶，与转轮接触，并使涡轮机旋转。

日本约70%的水力发电站大坝均采用弗朗西斯式水轮机，其特点是能够在10米至300米的水位范围内使用。其中较大的一个电厂是北陆电力公司的有峰第一电厂，落差 430 米。

螺旋桨式涡轮机的基本原理与弗朗西斯式涡轮机相同，落水通过壳体和导流孔，然后接触转轮，从而引起涡轮机旋转。但螺旋桨式水轮机的转轮形状与弗朗西斯式水轮机不同，其形状类似轮船的螺旋桨。螺旋桨式涡轮机水头较小，常用于流量较大的发电厂。

近年来，发电量较小的发电站（也称为微型水电站）的数量不断增加，它们采用的是反击式水轮机等水头小、能量小的发电装置。微型水力发电利用自来水、下水道系统、农业用水等的水的流动，采用螺旋桨式涡轮机。

水力涡轮机和水轮

用于水力发电的水轮机与发电机相连，水轮机的旋转带动发电机旋转，从而产生电能。因此，水力涡轮机也可以被视为一种涡轮机。

在水力发电中，涡轮机的转速根据水量和水头的变化而变化，转速的波动会带来电力输出不稳定的风险。因此，必须减少这种水量变化所引起的速度和压力波动的影响。实际应用中，采取向壳体涡中心注入空气或水等措施。