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混流式水輪機 |
Mixed Flow Turbine |
混流式水輪機屬于反擊式水輪機,混流式水輪機的水流是徑向進入轉輪,軸向離開轉輪。混流式水輪機可應用水頭范圍很廣,從20m至700m水頭都有相應的產品供使用。 |
混流式水輪機轉輪結構 |
下面通過一個混流式水輪機轉輪模型來介紹其工作原理與結構,模型有16個葉片,圖1是這個轉輪模型的立體結構圖,多個葉片固定在上冠下面的錐面上,葉片下端固定在下環(huán)內側,為看清葉片形狀,剖開部分下環(huán)。 |
 圖1--混流式轉輪立體結構圖 |
圖2是把這個模型翻轉過來,從下方觀看立體結構圖。 |
 圖2--混流式轉輪立體結構圖二 |
圖3是轉輪的軸截面立體圖,在上冠下方有泄水錐,上冠與泄水錐組成圓滑的曲面,使水能順暢的流過。 |
 圖3--混流式轉輪軸截面立體圖 |
水流是從四周水平方向進入混流式水輪機的轉輪,見圖4 |
 圖4--水流進入混流式轉輪的方向 |
根據水頭范圍,混流式水輪機的轉輪有多種形狀,從外觀看,主要體現在葉片根部外端直徑Ds與出口處直徑D2的大小不同與葉片高度b不同,同時也造成水流相對葉片走向不同,圖5是幾種主要的轉輪軸面投影圖,藍色箭頭線表示水流的走向。 |
 圖5--混流式轉輪軸面投影圖 |
? 圖5的(a)圖適用于高水頭、小流量,轉輪葉片高度小、葉片在水平方向長,水流在通過葉片時以水平方向為主;圖5的(b)圖適用于中水頭、中流量,水流斜向通過葉片;圖5的(c)圖適用于中低水頭、中大流量,靠轉輪下方進入的水流主要以軸向通過葉片,靠轉輪上方進入的水流以近似水平方向通過葉片;圖5的(d)圖適用于低水頭、大流量,轉輪葉片高度大、葉片在水平方向短,水流主要以軸向通過葉片。
注:以上講的葉片高度長度與流量大小是針對尺寸相同的轉輪進行比較。混流式水輪機轉輪葉片數為9至21片。
圖6是三峽水電站的混流式水輪機轉輪照片,其軸面投影圖與圖5的(b)圖近似。 |
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圖6--三峽水電站混流式水輪機轉輪(照片來自網絡) |
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混流式轉輪工作原理 |
在水輪機中,水流是通過活動導葉進入轉輪的,活動導葉分布在轉輪周圍,見圖7,導葉控制水流的大小與走向,參見水輪機的導水機構課件。 |
 圖7--水流經過導葉進入混流式水輪機轉輪 |
混流式轉輪葉片形狀要使所有通過葉片的水流都能推動轉輪旋轉,都符合翼型的升力原理。
圖8是混流式轉輪葉片升力圖,能較清楚的說明轉輪葉片的受力狀態(tài),圖中用箭頭線表示了葉片在水流作用下產生升力的狀態(tài)。左圖是從轉輪上部分進入的水流升力圖,水流基本以徑向朝中心流動,顯示了2個葉片的受力,其它葉片受力情況是相同的;右圖是從轉輪下部分進入的水流升力圖,水流基本以軸向朝下方流動,顯示了1個葉片的受力,其它葉片受力情況是相同的。
注意:圖中V是從導葉流向葉片的水流速度與大小,W是流向該葉片的水流相對葉片的速度與大小,L是該水流對葉片產生的升力,可看到所有水流產生的升力均是推動轉輪同向旋轉的力。 |

圖8--混流式轉輪葉片受力圖 |
下面有一段動畫演示轉輪中水流走向,動畫僅演示從轉輪下部分進入的一股水流的運動狀態(tài),用藍色小球表示水流質點。 |
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動畫1 混流式水輪機轉輪水流質點走向動畫 |
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混流式水輪機的組成與結構? |
下面將介紹混流式水輪機的基本組成,圖9是水輪機核心部分結構示意圖。
水輪機的主要部件都是圍繞座環(huán)展開的。座環(huán)下方有底環(huán)與尾水管,座環(huán)上方有頂蓋,座環(huán)外側安裝蝸殼,座環(huán)內側安裝多個導葉,在中間安裝轉輪,轉輪的軸承是安裝在頂蓋上的導軸承。在導軸承下方有軸密封裝置防止水沿軸漏入頂蓋上方。轉輪的上冠與頂蓋間縫隙很小,在轉輪的下環(huán)與底環(huán)間縫隙也很小,在其間有止漏環(huán),在保證轉輪自由旋轉的同時還要防止漏水影響水輪機效率。 |
 圖9--混流式水輪機的轉輪與導葉 |
導葉安裝在頂蓋與底環(huán)之間,導葉軸穿過頂蓋連接到導水控制機構,在頂蓋上方安裝控制環(huán)與接力器一同組成導水控制機構。轉輪主軸上方將連接水輪發(fā)電機的主軸。
在圖中用淺藍色箭頭線表示經過水輪機的水流走向,水從蝸殼內側進入水輪機,通過導葉形成向中心的環(huán)流進入轉輪,推動轉輪旋轉做功后由下方尾水管排出。 |