主轴布置型式 型式 立轴 卧轴 代号 L W
引水室特征
型式 金属蜗壳 混凝土蜗壳 代号 J H
灯炮式
明槽式 罐式 竖井式 虹吸式 轴伸式
P
M G S X Z
转 轮 标 称 直 径 （ 厘 米 ）
HLபைடு நூலகம்40 - LJ -410
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
水力效率
水流通过水轮机时，所 产生的能量损失，主要 有三种 容积效率
机械效
三、 水轮机的基本类型和适应水头
水轮机是将水能转换为水轮机主轴旋转机械能 的一种水力原动机。根据转轮转换水流能量的不同 方式，水轮机又分为反击型和冲击型两大类： 反击型水轮机是利用叶片与水流的反作用原理而 工作的。主要以利用水流的压能为主，利用水流的 动能为辅，进行水力势能的转换。（既利用动能也 利用势能） 冲击型水轮机是利用水流的动能，既将射流的冲 击动能通过斗叶转换为转轮的机械能。（只利用动 能）
水轮机结构及工作原理介绍
讲解人：韩昆鹏
一、
水轮机基本工作原理
来自上游的压力水，进入引水机构（蜗壳、座环、固定导 叶），引水机构把直线运动的压力水改变成环绕导水机构，具
有一定旋转量的水流，压力水一面旋转，一面流进导水机构，
导水机构（活动导叶）能根据机组所带负荷控制进入水轮机的
水量，以及开机、停机，导水机构出来的水,流进工作机构（转
转速n：水轮机组每分钟转动的转数

对于水轮发电机组，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
出力：是指水轮机主轴传递给发电机轴的功率。 （输出功力，单位为KW ） 水轮机出力与水流出力之比称为水轮机的效率η （水轮机输出功率与输入功率之比）。
悬式机组
推力轴承位于转子上方的发电机称为悬式发电机。 (代表电站，龙口、胡家湾、燕窝铺)
定 子 外 壳
上
下
下导轴承 支撑下导与风闸
半伞式机组
推力轴承位于转子下方的发电机称为伞式发电机，无上导的 称为全伞式，有上导的称为半伞式（代表电站响尾、金桥、 龙尾）
三支点机组 将飞轮设在水轮机和发电机之间，两根主轴利用飞 轮连接成整体，则机组的转动部分只需要三个轴承座 就能支撑。（代表电站响水、二级、）
轮），推动水轮机转动，从而输出机械力矩，经能量转换后由 泄水机构引入下游排走。
发电机
水轮机
2018/3/8
3
一、水轮发电机组分类 按布置方式分：可分为卧式和立式两种。
卧式水轮发电机适合中小型水轮机。 大、中型机组多采用立式发电机。
按推力轴承位置分：立式发电机又分为悬式和伞
式两种。 卧式机组按轴承可分为：二支点、三支点、四支 点发电机组 按冷却方式分：发电机可分为空气冷却和水冷却 两种 。
两支点机组 把发电机主轴延长，将水轮机的转轮安装在轴的端 部，整个机组就只有一根主轴，也就只需要两个轴承 座支撑，这就形成了两支点机组。（代表电站五道石 门）
卧式水轮机布置图

水轮发电机的主要作用
将水轮机旋转的机械能最终转换成电能，其结构 与性能的好坏对电站的安全、稳定、高效运行起 着致关重要的作用。

水轮发电机组组成
主要由定子、转子、机架、推力轴承、导轴承、 冷却器、制动器等部件组成。
定
子
中性点串联 变出口 定子绕组
定子机座
出口母线
定子铁芯 空冷器支架 空冷器 暖风窗
转
转子支架 磁轭
子
集电环组件
顶轴
磁极
转子引线
二、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
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 • 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
灯泡式 轴伸式 竖井式
利用水流的动进行工作； 转轮露在空气中。
反击式（Reaction Hydraulic Turbine ）
2018-2-28
33
座环的作用
是承受整个机组及其上部混凝土的重 量以及水轮机的轴向水推力；以最小的水 力损失将水流引入导水结构；机组安装时 以它为基准。所以，座环既是承重件，又 是过流件，也是基准件。 座环通常由上、下环和固定导叶三大部分 组成。
五
1.3 水轮机的基本构造
• 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
2018-2-28
32
引水部件—蜗壳和座环
• 蜗壳（和座环）
– 蜗壳的作用主要是使水流以较小的水力损失均匀对 称地流入转轮；座环起加强蜗壳的刚度并传递上部 结构力的作用。
1 4 2 3 5 1－导叶；2－叶片；3－轮毂 4－蜗壳；5－尾水管
2018-2-28 26
4
四、水轮机的型号及标称直径
1、反击式水轮机的型号 HL 200
L J
500
水轮机型号
型式 混流式 斜流式 代号 HL XL
轴流转浆式
轴流定浆式 贯流转浆式 贯流定浆式 可逆式
ZZ
ZD GZ GD N
转 轮 型 号 （ 用 比 转 速 表 示 ）
混流式：幅向进流，轴向出流
radiaxial turbine，Francis turbine 1 4 2 3 5 1－主轴；2－叶片；3－导叶； 4－蜗壳；5－尾水管
2018-2-28 25
反击式（Reaction Hydraulic Turbine ）
轴流式：轴向进流，轴向出流
axial flow turbine, Kaplan turbine
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
一、工作水头：H是指水轮机进、出口断面处单位重量水体的能量差
（也称比能差），单位是米（m）。
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