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《關(guān)于開展2020年全國科普日暨杭州市第34屆科普宣傳周活動的通知》精神，為進一步提高員工科學(xué)素質(zhì)、傳播新時代新發(fā)展理念、弘揚科學(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，結(jié)合公司實際，積極開展科普活動。公司科協(xié)分會以公司網(wǎng)站為載體，精選優(yōu)秀科普論文，結(jié)合企業(yè)實際和產(chǎn)品特點，進行科普宣傳。

貫流式水輪機

貫流式水輪機是開發(fā)低水頭水力資源的一種新型機組，適用于25m以下的水頭。這種機型流道呈直線狀，是一種臥軸水輪機，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)基本上沿軸向運動不拐彎，因此較大的提高了機組的過水能力和水力效率。

貫流式水輪機，是一種臥軸式水輪機，即水流在流道內(nèi)基本上沿著水平軸向運動。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用機型。由于其水流在流道內(nèi)基本上沿軸向運動，不轉(zhuǎn)彎，因此機組的過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，而且功率也越來越大。

一、貫流式水輪機特點

（1）從進水到出水方向軸向貫通形狀簡單，過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）貫流式機組有較高的過濾能力和比轉(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）貫流式水輪機適合作了逆式水泵水輪機運行，由于進出水流道沒有急轉(zhuǎn)彎，使水泵工況和水輪機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運行，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、貫流式水輪機的分類

貫流式水輪機，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點和布置型式，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

全貫流式機組則把發(fā)電機轉(zhuǎn)子裝在旋轉(zhuǎn)的水輪機轉(zhuǎn)輪輪緣上，發(fā)電機定子固定在流道外面周圍的支承上。全貫流式機組轉(zhuǎn)動慣量大，能保證機組的穩(wěn)定運行，避免頻率波動，對水頭變化較為頻繁的潮汐電站更為有利。同時其流道和機組布置形式適合于可逆式機組，還可用于抽水蓄能，將徑流式梯級電站的上下游水庫作為抽水蓄能電站的上下庫，利用原有水工建筑和機電設(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)中的補償作用；也可將貫流式機組用于排灌站，收到排水發(fā)電的雙重效益。

2.2 軸伸貫流式水輪機

軸伸貫流式水輪發(fā)電機組采用臥式布置，也有傾斜安裝的，水輪機部分主要有轉(zhuǎn)輪室、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)葉與控制機構(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。由于低轉(zhuǎn)速發(fā)電機體積龐大、價格貴，小型貫流式水輪發(fā)電機組多采用齒輪增速后帶動高速發(fā)電機的形式 。

軸伸貫流式水輪發(fā)電機組的特點是，它具有一個水平或略微傾斜的軸和一個位于S形通道之外的發(fā)電機，小燈泡體內(nèi)只需容納軸承，增速器布置在水輪機和發(fā)電機的中間，尾水管流道有兩個彎呈S形。因此，其效率沒有豎井式和燈泡式的高。

圖中藍綠色箭頭線表示水流走向，水流沿軸向進入，經(jīng)過導(dǎo)葉進入轉(zhuǎn)輪室，推動轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)做功，流經(jīng)轉(zhuǎn)輪葉片后，通過S形尾水管排出。該水輪發(fā)電機造價與工程投資少，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

豎井貫流式水輪機是將發(fā)電機組安裝在水輪機上游側(cè)的一個混凝土豎井中，水輪機部分主要由導(dǎo)葉機構(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，通過齒輪箱等增速裝置連接到發(fā)電機。也有把發(fā)電機布置在上面廠房，轉(zhuǎn)輪主軸通過扇齒輪或皮帶輪與發(fā)電機連接，使豎井尺寸更小一些。

中藍綠色箭頭線表示水流走向，水流進入后從混凝土豎井兩旁通過再匯集到導(dǎo)葉進入轉(zhuǎn)輪室，水流推動轉(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)上部分的機組圖，圖中藍綠色箭頭線表示水流走向。豎井貫流式水輪機組結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、運行和維護方便，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

燈泡貫流式水輪機組的發(fā)電機密封安裝在水輪機上游側(cè)一個燈泡型的金屬殼體中，發(fā)電機水平方向安裝，發(fā)動機主軸直接連接水輪機轉(zhuǎn)輪。

燈泡貫流式水輪機組的水輪機部分由轉(zhuǎn)輪室、導(dǎo)葉機構(gòu)、轉(zhuǎn)輪、尾水管組成；發(fā)電機軸直接連接到轉(zhuǎn)輪，一同安裝在鋼制燈泡外殼上，發(fā)電機在燈泡殼內(nèi)，轉(zhuǎn)輪在燈泡尾端，發(fā)電機軸承通過軸承支持環(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)電機軸前端連接到電機滑環(huán)與轉(zhuǎn)輪變槳控制的油路裝置。鋼制燈泡通過上支柱、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。

圖中藍色箭頭線表示水流走向，水流進入后從燈泡周圍均勻通過到達轉(zhuǎn)輪，推動轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)做功后由尾水管排出。通過導(dǎo)葉角度與轉(zhuǎn)輪葉片角度的調(diào)整配合可使水輪機運行在最優(yōu)狀態(tài)。燈泡貫流式水輪機組具有結(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。

燈泡貫流式機組是當(dāng)前廣泛應(yīng)用于大、中型機組的一種機型，其過水流道是軸向的或略微傾斜的。燈泡體位于水輪機轉(zhuǎn)輪上游，導(dǎo)水機構(gòu)是錐形。發(fā)電機轉(zhuǎn)子直接耦合在水輪機軸上，水輪機軸由兩個導(dǎo)軸承支持。燈泡貫流式機組以較低的轉(zhuǎn)速運行，大型機組的轉(zhuǎn)速大約是70～125r/min。燈泡貫流式機組唯一的限制是部件制造和運輸條件的限制。