決勝全面小康，踐行科技為民

    編者按：根據(jù)杭汽科字[2020]第008號(hào)《關(guān)于開(kāi)展2020年全國(guó)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(yáng)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(jī)，結(jié)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(jié)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(jī)

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

貫流式水輪機(jī)，是一種臥軸式水輪機(jī)，即水流在流道內(nèi)基本上沿著水平軸向運(yùn)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(jī)型。由于其水流在流道內(nèi)基本上沿軸向運(yùn)動(dòng)，不轉(zhuǎn)彎，因此機(jī)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(jī)適合低水頭應(yīng)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(jī)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(fù)功能可占總水頭的40%以上。

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

（3）貫流式水輪機(jī)適合作了逆式水泵水輪機(jī)運(yùn)行，由于進(jìn)出水流道沒(méi)有急轉(zhuǎn)彎，使水泵工況和水輪機(jī)工況均能獲得較好的水力性能。如應(yīng)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(qū)的排灌站上可作為可逆式水泵水輪機(jī)運(yùn)行，應(yīng)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(shè)周期短、投資小、收效快、淹沒(méi)移民少，電站靠近城鎮(zhèn)，有利于發(fā)揮地區(qū)興建電站的積極性。

二、貫流式水輪機(jī)的分類(lèi)

貫流式水輪機(jī)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)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(jī)

全貫流式機(jī)組則把發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子裝在旋轉(zhuǎn)的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪輪緣上，發(fā)電機(jī)定子固定在流道外面周?chē)闹С猩稀Ｈ灹魇綑C(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，能保證機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，避免頻率波動(dòng)，對(duì)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(jī)組布置形式適合于可逆式機(jī)組，還可用于抽水蓄能，將徑流式梯級(jí)電站的上下游水庫(kù)作為抽水蓄能電站的上下庫(kù)，利用原有水工建筑和機(jī)電設(shè)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(tǒng)中的補(bǔ)償作用；也可將貫流式機(jī)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(jī)

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

軸伸貫流式水輪發(fā)電機(jī)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(jī)，小燈泡體內(nèi)只需容納軸承，增速器布置在水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)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(lán)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(dǎo)葉進(jìn)入轉(zhuǎn)輪室，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)做功，流經(jīng)轉(zhuǎn)輪葉片后，通過(guò)S形尾水管排出。該水輪發(fā)電機(jī)造價(jià)與工程投資少，但效率較低，在低水頭小水電站中應(yīng)用較廣，其中水平臥式用得最多。

2.3 豎井貫流式水輪機(jī)

豎井貫流式水輪機(jī)是將發(fā)電機(jī)組安裝在水輪機(jī)上游側(cè)的一個(gè)混凝土豎井中，水輪機(jī)部分主要由導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪室、轉(zhuǎn)輪、尾水管組成，轉(zhuǎn)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(jī)。也有把發(fā)電機(jī)布置在上面廠(chǎng)房，轉(zhuǎn)輪主軸通過(guò)扇齒輪或皮帶輪與發(fā)電機(jī)連接，使豎井尺寸更小一些。

中藍(lán)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(dǎo)葉進(jìn)入轉(zhuǎn)輪室，水流推動(dòng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)上部分的機(jī)組圖，圖中藍(lán)綠色箭頭線(xiàn)表示水流走向。豎井貫流式水輪機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、運(yùn)行和維護(hù)方便，但效率較低，在低水頭小水電站中應(yīng)用較廣。

2.4 燈泡貫流式水輪機(jī)

燈泡貫流式水輪機(jī)組的發(fā)電機(jī)密封安裝在水輪機(jī)上游側(cè)一個(gè)燈泡型的金屬殼體中，發(fā)電機(jī)水平方向安裝，發(fā)動(dòng)機(jī)主軸直接連接水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。

燈泡貫流式水輪機(jī)組的水輪機(jī)部分由轉(zhuǎn)輪室、導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪、尾水管組成；發(fā)電機(jī)軸直接連接到轉(zhuǎn)輪，一同安裝在鋼制燈泡外殼上，發(fā)電機(jī)在燈泡殼內(nèi)，轉(zhuǎn)輪在燈泡尾端，發(fā)電機(jī)軸承通過(guò)軸承支持環(huán)固定在燈泡外殼上，轉(zhuǎn)輪端軸承固定在燈泡尾端外殼上，發(fā)電機(jī)軸前端連接到電機(jī)滑環(huán)與轉(zhuǎn)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(chǔ)中，上支柱也是人員出入燈泡的通道。

圖中藍(lán)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(dá)轉(zhuǎn)輪，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)做功后由尾水管排出。通過(guò)導(dǎo)葉角度與轉(zhuǎn)輪葉片角度的調(diào)整配合可使水輪機(jī)運(yùn)行在最優(yōu)狀態(tài)。燈泡貫流式水輪機(jī)組具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)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(jī)組是當(dāng)前廣泛應(yīng)用于大、中型機(jī)組的一種機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)輪上游，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)是錐形。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直接耦合在水輪機(jī)軸上，水輪機(jī)軸由兩個(gè)導(dǎo)軸承支持。燈泡貫流式機(jī)組以較低的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，大型機(jī)組的轉(zhuǎn)速大約是70～125r/min。燈泡貫流式機(jī)組唯一的限制是部件制造和運(yùn)輸條件的限制。