功用 引导水流进入下游河道，并回收部分动能和
势能。
尾水管 （draft tube）
型式： 直锥形——用于小型水轮机； 弯锥形——用于卧轴水轮机； 弯肘形——（大中型电站）。
直锥形
弯锥形
尾水管 （draft tube）
组成：进口直锥段、肘管、出口扩散段。
龙滩水电站尾水管施工
混流式水轮机转轮
轴流式水轮机
水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而 在转轮区内水流保持轴向流动。
应用水头约为3~80m，在中低水头、大流量水电站中得 到了广泛应用。
1—导叶；2—叶片；3—轮毂
反击式（Reaction Hydraulic Turbine）
轴流式：轴向进流，轴向出流
axial flow turbine, Kaplan turbine
水轮发电机组结构及工作原理
主讲：王高理
2016年10月18日
本次培训内容
1 水轮发电机组概述
水 轮
2 水轮机的型号及标称直径
发
3 水轮机的工作参数
电
机
4 公司电厂主机参数
5 水轮机基本结构
6 水轮发电机基本结构
第一章 水轮机发电机组概述
坝后式水电站
水电站的分类
引水式水电站
水电站的分类
一、水头 Head
水轮机流量：水流在单位时间内通过水 轮机的水流体积
通常用Q表示，其单位为m3/s 水轮机 的引用流量主要随着水轮机的工
作水头和出力的变化而变化 在设计水头下水轮机以额定出力工作时
其过水流量最大
H和Q是水力发电的两大要素， H大Q小也发 不出大量电， Q大H小也发不出大量电
(3) 全伞式
无上导，有下导。 转动部分重量→推力轴承支撑结构→顶盖→座环
第二章 水轮机的型号及标称直径
一、反击式水轮机的型号
HL 200 L J 500
水轮机型号
型式
代号
混流式
HL
斜流式
XL
轴流转浆式
ZZ
轴流定浆式
ZD
贯流转浆式
GZ
贯流定浆式
GD
可逆式
N
转 主轴布置型式
引水室特征
轮
型
型式 代号
小结
水轮发电机组的形式
1、悬挂式发电机: 推力轴承位于转子上方的发电机，它适用于转速在 100r/min以上。其优点是推力轴承损耗小，装配方 便，运转较稳定；缺点是机组高度较大，耗费钢材 多。
悬式发电机
定
上
子 外
下
壳
下导轴承 支撑下导与风闸
2、伞式发电机
推力轴承位于转子下方，设在下机架上 高压油膜 传力方式：机组转动部分重量→推力头
根据其发电装置形式的不同，分为全贯流式和半 贯流式两类。
全贯流式水轮机的发电机转子直接安装在转轮叶 片的外缘，它的优点是流道平直、过流量大、效 率高。但由于转轮叶片外缘的线速度大、周线长， 因而旋转密封困难，目前已很少使用。
全贯流式水轮机
1—转轮叶片；2—转轮轮缘；3—发电机转子轮辋；4—发电机定子；5、6—支柱；7—轴颈； 8—轮毂；9—锥形插入物；10—拉紧杆； 11—导叶；12—推力轴承；13—导轴承
1
4
2
4
3
5
1－导叶；2－叶片；3－轮毂 4－蜗壳；5－尾水管
反击式水轮机
斜流式水轮机
水流在转轮区内沿着与主轴成某一角度的方向流动，其 转轮叶片大多做成可转的形式。
适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40~200m。
1—蜗壳；2—导叶；3—转轮叶片；4—尾水管
反击式（Reaction Hydraulic Turbine）
• 水斗式 • 双击式 • 斜击式
轴流定浆式 轴流转浆式
全贯流式 半贯流式
利用水流的动能进行工作； 转轮露在空气中。
灯泡式 轴伸式 竖井式
水流在反击式水轮机转轮中的运动
反击式：水流方 向和流速大小受 叶片约束而改变, 从而对叶片一个 反作用力
反击式水轮机
混流式水轮机
水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。 应用水头范围较广，约为20~700m ，结构简单、运行稳
斜流式：斜向进流，斜向出流
diagonal flow turbine
1－蜗壳；2－导叶；
2
3－叶片；4－尾水管
1
可转动叶片
3 4
反击式水轮机
贯流式水轮机
一种流道近似为直筒状的卧轴式水轮机，它不设 饮水蜗壳，叶片可做成固定的和可转动的两种。
贯流式水轮机的适用水头为1~25m，适用于低水 头、大流量的水电站。
大型水斗式水轮机的应用水头约300~1700m， 小型水斗式水轮机的应用水头约为40~250m。
水斗式水轮机
1—转轮叶片；2—导叶；3—发电机定子；4—发电机转子；5—灯泡体
冲击式水轮机
斜击式水轮机
从转轮的一侧进入轮叶再从另一侧流出轮叶。 多用于中小型水电站，适用水头为20~300m。
混合式水电站
水轮发电机组
水轮机是将水能转变
水
轮
为旋转机械能，从而带
发
动发电机发出电能的一
电
种机械。
机
水轮机与发电机联接
组
成的整体称为水轮发电
机组。
水轮机的主要类型
水流能量转换特征
反击式 冲击式
利用水流的势能和动能进行工作； 转轮完全淹没在密闭的水体中。
水轮机的分类
反击式
水轮机
冲击式
• 混流式 • 轴流式 • 斜流式 • 贯流式
座环
蝶形边
座环 蜗壳分节
导水机构（distributor ）
功用： ①引导水流按一定方向进入转轮； ②形成与改变进入转轮的速度环量； ③根据机组负荷变化，调节水轮机流量，改变出力； ④关机时截断水流。
导水机构（distributor ）
组成：导叶和传动机构。 导叶：导水机构的主体，由导叶体和导叶轴两部分组成。 上下端分别固定在底环和顶盖上，为流线形。 传动机构：由控制环、连杆、转臂三部分组成，用于传递 接力器操作力矩，使导叶转动，改变导叶开度以改变流量。 导叶转动是通过调速器和接力器来实现的。
水轮机的出力是指水轮机轴端输出的功率，常用 符号P表示，单位为KW。
水轮机出力P与水流出力Pn之比称为水轮机的效 率，用符号ηt表示。
水力效率:
水轮机效率还可表示为 容积效率:
机械效率：
第四章 公司电站主机设备参数表 （部分）
一、小水电厂设备参数(点击) 二、大水电厂设备参数(点击)
第五章 水轮机的结构
反击式水轮机通常由四大部分组成
进水部件：蜗壳 和座环 导水部件：导叶及其传动机构 工作部件：转轮 泄水部件：尾水管
这四大部分对于不同类型的水轮机各不完全相 同，有着自身的特点
引水部件—蜗壳和座环
蜗壳
以沿水流方向过水断面的面积逐渐减小的蜗形流道， 紧紧围住导水机构，使水流进入导水机构具有一定的 旋转环量 。并基本保证水流的对称、均匀性，从而提 高效率。
（a）水斗式；
Pelton turbine
（b）斜击式；
inclined jet turbine
（c）双击式
Banki turbine
冲击式水轮机
水斗式水轮机
亦称切击式水轮机，从喷嘴出来的高速自由射 流沿转轮周围切线方向垂直冲击轮叶。
适用于高水头、小流量的水电站，特别是当水 头超过400m时，常采用水斗式水轮机。
1）导叶。导叶是导水机构的主要组成部件，均匀分布 于转轮的外围、底环和顶盖之间。导叶的断面形状为 翼型，首端较厚，尾端较薄，这样即可以保证强度又 可以减少水力损失。导叶一般由导叶体和导叶轴组成，
关于转轮直径D1的规定
混流式 转轮进口边的最大直径
轴流式 斜流式 冲击式
转轮室的最大直径
转轮叶片的转动轴 线和转轮室相交点 的圆的直径
切于喷嘴流出的射流 中心线的圆周直径
第三章 水轮机的工作参数
水轮机的主要工 作参数有5个
水轮机出力 水轮机工作水头 水轮机流量 水轮机效率 水轮机转速
水轮机工作水头又称净水头，有效水头 毛水头 - 水头损失=净水头
XLN200-LJ-300 GZ440-WP-750
HL240 - LJ -410
转轮型号为200（比转速）的斜流 可逆式水轮机，立轴，金属蜗壳引 水，转轮标称直径300厘米
转轮型号为440（比转速）的贯流转 桨式水轮机，卧轴，灯泡式引水机 组，转轮标称直径750厘米
混流式水轮机，型号240（比转速)， 立轴，金属蜗壳，转轮直径为410厘 米
转速n：水轮机组每分钟转动的 转数
对于大中型水轮发电机组，水轮机与发电机是 同轴运行的，所以它们的转速相同，并需要满 足同步转速的要求。
磁极对数p 3 4 5 6 7 8 9 ..... 同步转速n 1000 750 600 500 428.6 375 333.3 .....
出力P与效率η
（a）转轮；（b）斜击式转轮进水示意图 1—管帽；2—针阀；3—轮叶
冲击式水轮机
双击式水轮机
从喷嘴出来的射流先后两次冲击在转轮叶片上。 适用于单机出力不超过1000KW的小型水电站，其适用
水头一般为5~100m。
1—工作轮；2—喷嘴； 3—调节闸板； 4—舵轮；5—引水管； 6—尾水槽
型式
代号
转 轮
号
金属蜗壳
J
标
（
立轴
用
L
混凝土蜗壳 H
称 直
比
卧轴
W
灯炮式