贯流式水轮机

Straight Flow Turbine

贯流式水轮机适用于1～25m的水头。水流道呈直线状，是一种卧轴水轮机，转轮形状与轴流式转轮相似，类似于电风扇叶片，贯流式水轮机转轮也有定桨和转桨两种，其工作原理这里不再介绍了。由于水流在流道内基本上沿轴向运动，不转弯，因此机组的过水能力和水力效率能有所提高。贯流式水轮机作水轮机运行与作水泵运行均有较好的水力性能，特适用于潮汐电站，其双向发电、双向抽水和双向泄水等功能很适合综合利用低水头水力资源。

贯流式水轮机的机组主要有轴伸贯流式、竖井贯流式、灯泡贯流式、全贯流式四种形式，由于全贯流式水轮机制造工艺要求很高目前应用很少，下面介绍前三种形式。

轴伸贯流式水轮机

轴伸贯流式水轮发电机组采用卧式布置，也有倾斜安装的，其结构简单，造价与工程投资少，但效率较低，在低水头小水电站中应用较广，其中水平卧式用得最多。图1是轴伸贯流式水轮发电机组示意图。

图1 轴伸贯流式水轮发电机组

轴伸贯流式水轮发电机组水轮机部分主要有转轮室、转轮、导叶与控制机构、S形尾水管组成，转轮主轴穿出尾水管连接到发电机。由于低转速发电机体积庞大、价格贵，小型贯流式水轮发电机组多采用齿轮增速后带动高速发电机的形式。图中蓝绿色箭头线表示水流走向，水流沿轴向进入，经过导叶进入转轮室，推动转轮旋转做功，流经转轮叶片后，通过S形尾水管排出。

竖井贯流式水轮机

竖井贯流式水轮机是将发电机组安装在水轮机上游侧的一个混凝土竖井中，图2是竖井贯流式水轮机组。

图2 竖井贯流式水轮机组

水轮机部分主要由导叶机构、转轮室、转轮、尾水管组成，转轮主轴伸入混凝土竖井中，通过齿轮箱等增速装置连接到发电机。也有把发电机布置在上面厂房，转轮主轴通过扇齿轮或皮带轮与发电机连接，使竖井尺寸更小一些。

图中蓝绿色箭头线表示水流走向，水流进入后从混凝土竖井两旁通过再汇集到导叶进入转轮室，水流推动转轮旋转做功后从尾水管排出。为更清楚看清水流走向，在图3中显示剖去混凝土结构上部分的机组图，图中蓝绿色箭头线表示水流走向。

图3 竖井贯流式水轮机组剖视图

竖井贯流式水轮机组结构简单、造价低廉、运行和维护方便，但效率较低，在低水头小水电站中应用较广。

灯泡贯流式水轮机

灯泡贯流式水轮机组的发电机密封安装在水轮机上游侧一个灯泡型的金属壳体中，发电机水平方向安装，发动机主轴直接连接水轮机转轮。图4是灯泡贯流式水轮机组示意图。

图４ 灯泡贯流式水轮机组

灯泡贯流式水轮机组的水轮机部分由转轮室、导叶机构、转轮、尾水管组成；发电机轴直接连接到转轮，一同安装在钢制灯泡外壳上，发电机在灯泡壳内，转轮在灯泡尾端，发电机轴承通过轴承支持环固定在灯泡外壳上，转轮端轴承固定在灯泡尾端外壳上，发电机轴前端连接到电机滑环与转轮变桨控制的油路装置。钢制灯泡通过上支柱、下支柱固定在混凝土基础中，上支柱也是人员出入灯泡的通道。

图中蓝色箭头线表示水流走向，水流进入后从灯泡周围均匀通过到达转轮，推动转轮旋转做功后由尾水管排出。通过导叶角度与转轮叶片角度的调整配合可使水轮机运行在最优状态。

灯泡贯流式水轮机组具有结构紧凑、稳定性好、效率较高，适用于低水头大中型水电站。

下面是灯泡贯流式水轮机组旋转动画。

灯泡贯流式水轮机组动画

由于目前中高水头水电资源开发殆尽，可开发的水电资源多为低水头，贯流式水轮机适合低水头应用，而且效率高投资低，近年来发展较快，而且功率也越来越大。目前我国最大的灯泡贯流式水轮机组是2009年投产的桥巩水电站，单机容量达5.7万KW；我国帮巴西制造的世界上最大的灯泡贯流式水轮机组达7.5万KW；在国外世界上最大的竖井贯流式水轮机组单机容量已达2.5万KW。