水泵水轮机转轮
可逆式水泵水轮机的转轮要适应两种工况的要求，其 特征形状与离心泵更为相似。
高水头转轮的外形十分扁平，其进口直径与出口直径 的比率为2：1或更大，转轮进口宽度(导叶高度)在直径的 10％以下；叶片数少但叶片薄而长，包角很大，可能到 180°或更大。
一般混流可逆式机组使用6～7叶片，近年来为向更高 水头发展，使用到8～9叶片，使用长短叶片时可到11片。
可逆式机组的过流量相对较小，水轮机工况进口处叶 片角度只有10 °～12 °。
其他
尾水管
可逆式水泵水轮机作水轮机运行时要求尾水管的断面 为缓慢扩散型，在水泵工况时则要求吸水管为收缩型，因 两者流动方向是相反的，故在断面规律上没有矛盾。不过 水泵工况要求在转轮进口前有更大程度的收缩，以保证进 口水流流速分布均匀。
第二节 水泵水轮机的类型和发展
7.2.1 水泵水轮机的类型
组合式机组-卧式结构
组合式机组的优点是水泵和水轮机可分别按电站抽 水和发电的要求进行专门设计，保证高效率工作。组合 式机组在布置上有卧式和立式两种型式。
卧式机组通常将水泵和水轮机布置在电动发电机的 两端，同轴联接。在水泵和电动发电机之间装有一个联 轴器，机组作抽水运行时联轴器接通，水轮机转轮室内 打入空气，以减少转轮的阻力。作发电运行时，联轴器 断开，水泵即与电机脱离。在联轴器的外围装有一个小 型冲击式水轮机，是专为启动水泵之用，小水轮机将机 组加速到同步转速，电机并网后即行关闭。
蓄能机组的调节作用
如果只装设调峰热力机组、燃 气轮机或常规水电机组，所需调峰 的总装机容量为Pmax－Pmin。
如果这项调峰任务由抽水蓄能 机组来承担，则容量为 Pmax P' 。
P 线以上为蓄能机组发电部分，P 线以下为 蓄能机组抽水部分。抽水的动力要来自基荷火电， 所以这个系统的基荷容量可以提高到 。P
组合式机组-立式结构
立式结构适应了水泵和水 轮机两种工况对安装高度的不 同要求，将泵安装在水轮机的 下面，以获取更多的淹没深度。
水泵是双吸式，在泵的上 方也有一个联轴器，因为联轴 器不能传递轴向推力，故在泵 的下面还需装一个推力轴承。 水泵和水轮机都各有进出水管 道，在厂房的上游和下游分别 连接在一起，管道的高压侧均 装有球型阀。
中拆方式需在中间轴取出后拆除顶盖上所有部件，包括部 分导水机构。如要使用整体顶盖则发电机墩处需要有较大 的开口。不过按这种设计，允许将尾水管全部埋设在混凝 土中，对于减轻振动和噪声有利。
上拆方式时要先吊出电机转子，然后拆除分瓣顶盖及以上 所有部件，转轮从定子的空间吊出，操作周期较长。不过 和下拆方式一样可简化主轴的设计并允许使用半伞式电机。
多级水泵水轮机使用（1)
蓄能电站的水头超过800～1000m或更 高，两级水泵水轮机也不能满足要求，为 了适应更高的应用水头，国外已使用超过 两级的多级可逆式水泵水轮机。
多级水泵水轮机每级叶轮的设计水头 不超过200～300m，这样单级转轮常用的 ns=25～30提高到ns=40～50，虽然增加了 两级之间的反导叶流道，但总的效率并不 比单级水泵水轮机低。
1991年河北潘家口混合式抽水蓄能电站投产。1994 年广蓄一期纯蓄能电站投产。
至2005年底，全国（不计台湾）已建抽水蓄能电站 总装机容量达到6122MW，年均增长率高于世界抽水蓄 能电站的年均增长率，装机容量跃进到世界第5位,遍布 全国14个省市。在建的抽水蓄能电站装机约11400MW， 预计至2010年，这些电站都将建成，抽水蓄能电站的总 装机可到17500MW左右。
电力系统的日负荷图
电力系统负荷分配
最大的负荷值为Pmax，最小的负 荷值为Pmin，按能量计算的平均负荷 为 P 。现在用负荷率来表征负荷波
动的程度。
最小负荷率 Pmin / Pmax
平均负荷率 P / Pmax
在以热力机组为主的电力系统 中，根据运行经济性的要求，希望 日最小负荷率不小于0.7～0.75，日 平均负荷率不小于0.85～0.9。
导叶选取或设计原则
为适应双向水流，活动导叶的叶型多近似为对称形， 头尾都做成渐变园头。 选择导叶的原则是： 为承受水泵工况水流的强烈撞击，使用数目较少而强 度较高的导叶； 按强度要求选取最小的厚度； 导叶长度不宜过大，通常选取l/t为1.1左右，以求减小 静态和动态水力矩。 高水头机组的导叶转角不大，导叶分布圆直径可选成 与常规水轮机接近,如D0=(1.16~1.20)D1。
使用抽水蓄能机组的优点
提高了电力系统基荷发电量的比重， 降低调峰容量的比重；
蓄能机组在调节过程中有发电和抽水 两种运行方式，机组的使用率也比装 设调峰火电机组要高。
蓄能机组调节实例
图为某中型电力系统的预测日负荷图： 这个系统的最大负荷8700MW，最小 负荷6040MW。系统中只有少量的水电， 其余都是火电。 拟修建两个抽水蓄能电站： A电站的容量较大，每天发电一次， 抽水一次。利用后半夜多余的电能来承担 晚间的高峰负荷； B电站的容量小些，每天发电二次， 抽水三次，主要利用白天的多余电能来承 担上午和晚间的尖峰负荷。
转轮拆卸方式
立式机组转轮的拆卸要牵涉很多其他重大部件的拆卸， 实际上影响整个水泵水轮机以及电动发电机的总体结构设 计。现在大型立式机组转轮的拆卸可以有三种方式：下拆、 中拆和上拆方式。
转轮拆卸方式
下拆方式的优点是需拆卸的部件最少，操作方便。但为将 转轮运到上层，需在水轮机层和发电机层均加大吊物孔尺 寸。采用下拆方式允许水泵水轮机只使用一根轴，并可将 推力轴承放在顶盖上。
斜流可逆式水泵水轮机
斜流式机组水力上的优点
斜流式可逆机在水力特性上有较多的优点：
轴面流道变化平缓，在两个方向的水流流速分布 都较均匀，故水力效率较高；
转轮叶片是可调的，能随工况变动而适应不同的 水流角度，减小水流的撞击和脱流，因而扩大高 效率范围；
斜流可逆式机组的水泵工况进口流速一般比相同 转轮直径的混流可逆式机要小，能形成进口处更 均匀的水流，有助于改进水泵工况的空化性能。
7.1.2 抽水蓄能电站 (Pumped Storage Power Station)
抽水蓄能电站利用电力负 荷低谷时的电能抽水至上水库， 在电力负荷高峰期再放水至下 水库发电的水电站。又称蓄能 式水电站。它可将电网负荷低 时的多余电能，转变为电网高 峰时期的高价值电能，还适于 调频、调相，稳定电力系统的 周波和电压，且宜为事故备用， 还可提高系统中火电站和核电 站的效率。
抽水蓄能电站按上水库有无天然径流汇入分为：
纯抽水蓄能电站—上水库水源仅为由下水库抽 入的水流；
混合抽水蓄能电站—除抽入水流外还有天然径 流汇入上水库；
调水式抽水蓄能电站—由一河的下水库抽水至 其上水库，然后放水至另一河发电。
抽水蓄能电站的机组，早期是发电机组和抽水机 组分开的四机式机组，继而发展为水泵、水轮机、 发电-电动机组成的三机式机组，进而发展为水泵水 轮机和水轮发电电动机组成的二机式可逆机组。
不同类型机组使用范围
7.2.2 高水头可逆式水泵水轮机
(1) 单级水泵水轮机
涡壳的设计原则是： 水轮机工况要求采用较大的断面， 以使水流能均匀的进入转轮四周。 水泵工况则希望涡壳的扩散度不大， 以免水流产生脱离。 高水头可逆式机组的涡壳断面应选 取介于水轮机和水泵两种工况要求之 间，并要更多满足水轮机工况。
(2) 多级水泵水轮机
两级转轮都需用导水机 构，使得整体结构十分复 杂，所以也有的蓄能电站 使用无叶的两级机组。
可调双级水泵水轮机
无导叶调节可逆机
无导叶调节的两级可逆机特点：
水泵工况没有不同，水轮机工 况效率就要差很多 ，在同样条件下 功率要少20％左右，有调节机组还 有超出力的能力。
无调节的水泵水轮机作泵起动 时振动较大，同时无导叶机组不能 压气，只能在水中起动，所需功率 自然要高得多。
按1999年统计数据，奥地利达到16%，瑞士达12%，意 大利达11%，日本达10%。日本学者曾使用规划论方法分析 得出，抽水蓄能电站在系统中的合理比例为8%－14%之间。
我国抽水蓄能电站概况
六十年代后期才开始研究抽水蓄能电站的开发， 1968年和1973年先后在中国华北地区建成岗南和密云两 座小型混合式抽水蓄能电站。
斜流式机组结构上的特点
在结构上，斜流式机与混流式机相比有以下特点： 斜流式机在转轮体内要安放转桨机构，高水头斜流式机
叶片数可达11～12片，转桨机构的设计相当复杂； 对于同一转轮直径而言，斜流机的导叶分布圆要比混流
机的大，如D0＝(1.35～1.4)D1，影响到座环和涡壳尺寸 全面加大； 斜流式机转轮体有很多加工面是在锥面上，给机械加工 带来难度，增加造价； 为使斜流式机有较高的水力效率，需要保证转轮叶片顶 部与转轮室之间有固定的间隙，为此需装设专用的监视 设备。
抽水蓄能电站的建站地点力求水头高，发电库容 大、渗漏小，压力输水管道短，距离负荷中心近等。
我们为什么要大力发展抽水蓄能机组？
电力系统日负荷图
每天夜间是负荷的低 谷时段；上午负荷急速上 升；到午后达到顶点；到 晚间又逐渐下降，回到低 谷处，最低点负荷约为最 高点的44％。
此图累计了30多年的 负荷变化资料，电力系统 的总容量增加了10倍以上， 但是每天负荷的相对变化 规律却十分相象。
预测日负荷图
经过抽水蓄能电站的调节后， 热力机组所承担的最大负荷减至 7580MW，最小负荷增至6820MW。
峰谷差由原来的2660MW减为 760MW，最小日负荷率由原来的 0.69增至0.90。
如果只装设与蓄能机组同容量 的热力调峰机组，则峰谷差只能减 至1540MW，最小日负荷率只能提 高到0.80。
采用双转速主要是为保证水泵工况的性能，在 高水头范围使用高转速，在低水头范围使用低转速。
水轮机工况的特性受水头变化的影响较小，一 般只使用双转速的低档转速。