反作用式水轮机是一种利用水流压力将水能转化为机械能的水力机械。
(1) 结构。反作用式汽轮机的主要结构部件包括转轮、集水室、导水机构和尾水管。
1) 跑步者。转轮是水轮机中将水流能转化为旋转机械能的部件。根据水能转换方向的不同，各种反作用式水轮机的转轮结构也不同。弗朗西斯水轮机转轮由流线型扭曲叶片、轮冠和下环组成；轴流式水轮机转轮由叶片、转轮体、出料锥等主要部件组成：斜流式水轮机转轮结构复杂。叶片放置角度可随工况变化，与导叶开度相匹配。叶片旋转中心线与涡轮轴线成斜角（45°～60°）。
2) 头尾室。其作用是使水流均匀地流向导水机构，减少能量损失，提高水轮机效率。水头在50m以上的大中型水轮机常采用圆形截面的金属螺旋壳，水头在50m以下的水轮机常采用梯形截面的混凝土螺旋壳。
3) 导水机构。它一般由一定数量的流线型导叶及其均匀布置在转轮外围的旋转机构组成。其作用是将水流均匀地导向转轮，通过调节导叶的开度来改变水轮机的通流量，以满足发电机组的负荷要求。全封闭时还起到水封的作用。
4) 引流管。转轮出口处水流中的部分剩余能量未被利用。尾水管的作用是回收这些能量并将水排放到下游。尾水管可分为直锥形和弯曲形。前者能量系数大，一般适用于小型卧式和管式涡轮机；后者的水力性能虽然不如直锥，但开挖深度小，广泛用于大中型反作用式汽轮机。
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(2) 分类。反作用式水轮机按水流通过转轮轴面的方向分为混流式水轮机、斜流式水轮机、轴流式水轮机和管式水轮机。
1) 弗朗西斯水轮机。弗朗西斯（径向轴流或弗朗西斯）水轮机是水在转轮周围呈放射状流动并沿轴向流动的一种反作用式水轮机。这种涡轮机适用扬程范围广（30～700m），结构简单，体积小，成本低。国内已投运的最大混流式水轮机为二滩水电站水轮机，额定输出功率582MW，最大输出功率621MW。
2) 轴流式涡轮机。轴流式水轮机是一种水沿轴向流入和流出转轮的反作用式水轮机。这种涡轮分为固定螺旋桨式（螺旋桨式）和旋转螺旋桨式（卡普兰式）。前者的叶片是固定的，后者的叶片可以转动。轴流式水轮机的排量比混流式水轮机大。由于转子涡轮的叶片位置可以随着负载的变化而变化，因此在大的负载变化范围内具有很高的效率。轴流式水轮机的抗汽蚀性和机械强度比混流式水轮机差，结构也较复杂。目前，这种涡轮机的适用扬程已达到80m以上。
3) 管式涡轮机。这种涡轮的水流从轴流向转轮轴向流动，转轮前后无旋转。利用水头范围为3～20..具有机身高度小、水流条件好、效率高、土建量少、造价低、无蜗壳、弯尾水管、水头越低、其优势更加明显。
根据发电机的连接和传动方式，管式汽轮机分为全管式和半管式。半管式又分为球管式、轴式和轴伸式，其中轴伸式又分为斜轴和横轴。目前应用最广的是球管式、轴伸式和轴式，多用于小型机组。近年来，大中型机组也采用轴式。
轴伸管式机组的发电机安装在水道外，发电机与水轮机用长斜轴或水平轴连接。这种轴伸式结构比灯泡式结构简单。
4) 斜流式涡轮机。斜流式（又称斜流式）涡轮机的结构和尺寸介于混流式和轴流式之间。主要区别在于转轮叶片中心线与涡轮中心线成一定角度。由于结构特点，机组运行时不允许下沉，所以在第二结构中安装了轴向位移信号保护装置，以防止叶片与转轮腔发生碰撞。斜流式水轮机利用水头范围为25～200m。
目前世界上斜降水轮机最大单台额定输出功率为215MW（前苏联），最高利用扬程为136m（日本）。
发布时间：Sep-01-2021
