【科普周專(zhuān)欄】決勝全面小康 踐行科技為民

決勝全面小康，踐行科技為民

    編者按：根據杭汽科字[2020]第008號《關(guān)于開(kāi)展2020年全國科普日暨杭州市第34屆科普宣傳周活動(dòng)的通知》精神，為進(jìn)一步提高員工科學(xué)素質(zhì)、傳播新時(shí)代新發(fā)展理念、弘揚科學(xué)思想和科學(xué)精神以及普及科技助力美好生活的愿景。公司科協(xié)積極倡議各學(xué)組，以科普周為契機，結合公司實(shí)際，積極開(kāi)展科普活動(dòng)。公司科協(xié)分會(huì )以公司網(wǎng)站為載體，精選優(yōu)秀科普論文，結合企業(yè)實(shí)際和產(chǎn)品特點(diǎn)，進(jìn)行科普宣傳。

貫流式水輪機

貫流式水輪機是開(kāi)發(fā)低水頭水力資源的一種新型機組，適用于25m以下的水頭。這種機型流道呈直線(xiàn)狀，是一種臥軸水輪機，轉輪形狀與軸流式相似，也有定槳和轉槳之分，由于水流在流道內基本上沿軸向運動(dòng)不拐彎，因此較大的提高了機組的過(guò)水能力和水力效率。

貫流式水輪機，是一種臥軸式水輪機，即水流在流道內基本上沿著(zhù)水平軸向運動(dòng)。它主要適用于1～25m的水頭，是低水頭、大流量水電站的一種專(zhuān)用機型。由于其水流在流道內基本上沿軸向運動(dòng)，不轉彎，因此機組的過(guò)水能力和水力效率能有所提高。特適用于潮汐電站，其雙向發(fā)電、雙向抽水和雙向泄水等功能很適合綜合利用低水頭水力資源。

貫流式水輪機適合低水頭應用，而且效率高投資低，發(fā)展較快，而且功率也越來(lái)越大。

一、貫流式水輪機特點(diǎn)

（1）從進(jìn)水到出水方向軸向貫通形狀簡(jiǎn)單，過(guò)流通道的水力損失減小，施工方便，另外它效率較高，其尾水管恢復功能可占總水頭的40%以上。

（2）貫流式機組有較高的過(guò)濾能力和比轉速，所以在水頭與功率相同的條件下，貫流式的要比轉槳式的直徑小10%左右。

（3）貫流式水輪機適合作了逆式水泵水輪機運行，由于進(jìn)出水流道沒(méi)有急轉彎，使水泵工況和水輪機工況均能獲得較好的水力性能。如應用于潮汐電站上可具有雙向發(fā)電，雙向抽水和雙向泄水等六種功能，很適合綜合開(kāi)發(fā)利用低水頭水力資源，另外在一般平原地區的排灌站上可作為可逆式水泵水輪機運行，應用范圍比較廣泛。

（4）貫流式水電站一般比立軸的軸流式水電站建設周期短、投資小、收效快、淹沒(méi)移民少，電站靠近城鎮，有利于發(fā)揮地區興建電站的積極性。

二、貫流式水輪機的分類(lèi)

貫流式水輪機，根據其結構特點(diǎn)和布置型式，可分為全貫流式、半貫流式(又分為豎井式、軸伸式和燈泡式)兩種，其適用范圍各不相同 。

2.1 全貫流式水輪機

全貫流式機組則把發(fā)電機轉子裝在旋轉的水輪機轉輪輪緣上，發(fā)電機定子固定在流道外面周?chē)闹С猩稀Ｈ灹魇綑C組轉動(dòng)慣量大，能保證機組的穩定運行，避免頻率波動(dòng)，對水頭變化較為頻繁的潮汐電站更為有利。同時(shí)其流道和機組布置形式適合于可逆式機組，還可用于抽水蓄能，將徑流式梯級電站的上下游水庫作為抽水蓄能電站的上下庫，利用原有水工建筑和機電設備就可將普通電站建成既能抽水蓄能又能發(fā)電的混合式水電站，提高徑流電站在電力系統中的補償作用；也可將貫流式機組用于排灌站，收到排水發(fā)電的雙重效益。

2.2 軸伸貫流式水輪機

軸伸貫流式水輪發(fā)電機組采用臥式布置，也有傾斜安裝的，水輪機部分主要有轉輪室、轉輪、導葉與控制機構、S形尾水管組成，轉輪主軸穿出尾水管連接到發(fā)電機。由于低轉速發(fā)電機體積龐大、價(jià)格貴，小型貫流式水輪發(fā)電機組多采用齒輪增速后帶動(dòng)高速發(fā)電機的形式 。

軸伸貫流式水輪發(fā)電機組的特點(diǎn)是，它具有一個(gè)水平或略微傾斜的軸和一個(gè)位于S形通道之外的發(fā)電機，小燈泡體內只需容納軸承，增速器布置在水輪機和發(fā)電機的中間，尾水管流道有兩個(gè)彎呈S形。因此，其效率沒(méi)有豎井式和燈泡式的高。

圖中藍綠色箭頭線(xiàn)表示水流走向，水流沿軸向進(jìn)入，經(jīng)過(guò)導葉進(jìn)入轉輪室，推動(dòng)轉輪旋轉做功，流經(jīng)轉輪葉片后，通過(guò)S形尾水管排出。該水輪發(fā)電機造價(jià)與工程投資少，但效率較低，在低水頭小水電站中應用較廣，其中水平臥式用得最多。

2.3 豎井貫流式水輪機

豎井貫流式水輪機是將發(fā)電機組安裝在水輪機上游側的一個(gè)混凝土豎井中，水輪機部分主要由導葉機構、轉輪室、轉輪、尾水管組成，轉輪主軸伸入混凝土豎井中，通過(guò)齒輪箱等增速裝置連接到發(fā)電機。也有把發(fā)電機布置在上面廠(chǎng)房，轉輪主軸通過(guò)扇齒輪或皮帶輪與發(fā)電機連接，使豎井尺寸更小一些。

中藍綠色箭頭線(xiàn)表示水流走向，水流進(jìn)入后從混凝土豎井兩旁通過(guò)再匯集到導葉進(jìn)入轉輪室，水流推動(dòng)轉輪旋轉做功后從尾水管排出。為更清楚看清水流走向，在圖中顯示剖去混凝土結構上部分的機組圖，圖中藍綠色箭頭線(xiàn)表示水流走向。豎井貫流式水輪機組結構簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、運行和維護方便，但效率較低，在低水頭小水電站中應用較廣。

2.4 燈泡貫流式水輪機

燈泡貫流式水輪機組的發(fā)電機密封安裝在水輪機上游側一個(gè)燈泡型的金屬殼體中，發(fā)電機水平方向安裝，發(fā)動(dòng)機主軸直接連接水輪機轉輪。

燈泡貫流式水輪機組的水輪機部分由轉輪室、導葉機構、轉輪、尾水管組成；發(fā)電機軸直接連接到轉輪，一同安裝在鋼制燈泡外殼上，發(fā)電機在燈泡殼內，轉輪在燈泡尾端，發(fā)電機軸承通過(guò)軸承支持環(huán)固定在燈泡外殼上，轉輪端軸承固定在燈泡尾端外殼上，發(fā)電機軸前端連接到電機滑環(huán)與轉輪變槳控制的油路裝置。鋼制燈泡通過(guò)上支柱、下支柱固定在混凝土基礎中，上支柱也是人員出入燈泡的通道。

圖中藍色箭頭線(xiàn)表示水流走向，水流進(jìn)入后從燈泡周?chē)鶆蛲ㄟ^(guò)到達轉輪，推動(dòng)轉輪旋轉做功后由尾水管排出。通過(guò)導葉角度與轉輪葉片角度的調整配合可使水輪機運行在最優(yōu)狀態(tài)。燈泡貫流式水輪機組具有結構緊湊、穩定性好、效率較高，適用于低水頭大中型水電站。

燈泡貫流式機組是當前廣泛應用于大、中型機組的一種機型，其過(guò)水流道是軸向的或略微傾斜的。燈泡體位于水輪機轉輪上游，導水機構是錐形。發(fā)電機轉子直接耦合在水輪機軸上，水輪機軸由兩個(gè)導軸承支持。燈泡貫流式機組以較低的轉速運行，大型機組的轉速大約是70～125r/min。燈泡貫流式機組唯一的限制是部件制造和運輸條件的限制。