文档介绍：第二节轴流式水轮机的结构
一、概述
轴流式水轮机与混流式水轮一样属于反击式水轮机，由于水流进入转轮和离开转轮均是
轴向的，故称为轴流式水轮机。轴流式水轮机又分为轴流定桨式和轴流转桨式两种。轴流式
水轮机用于开发较低水头，较大流量的水利资源。它的比转速大于混流式水轮机，属于高比
转速水轮机。在低水头条件下，轴流式水轮机与混流式水轮机相比较具有较明显的优点，当
它们使用水头和出力相同时，轴流式水轮机由于过流能力大（图 2-15）,可以采用较小的转
轮直径和较高的转速，从而缩小了机组尺寸，降低了投资。当两者具有相同的直径并使用在同一水头时，轴流式水轮机能发出更多的效率。
特别是轴流转桨式水轮机，由于转轮叶片和导叶随着工况的变化形成最优的协联关系，提高了水轮机的平均效率，扩大了运行范围，获得了稳定的运行特性，更是值得广泛使用的一种机型。
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图2-15轴流式水轮机
1— 1— 1 —转轮接力器活塞；2 —转轮体；3—转臂；4—叶片；5—叶片枢轴；6—转轮室
图2-16所示是轴流转桨式水轮机的结构图。它的工作过程和混流式水轮机基本相同。水流经压力水管、蜗壳、座环、导叶、转轮、尾水管到下游。与混流式水轮机所不同的是负荷变化时，它不但调节导叶转动，同时还调节转轮叶片，使其与导叶转动保持某种协联关系，以保持水轮机在咼效区运行。
轴流式水轮机转轮位于转轮室内，轴流式水轮机转轮主要由转轮体、叶片、泄水锥等部
件组成。轴流转桨式水轮机转轮还有一套叶片操作机构和密封装置。
转轮体上部与主轴连接，下部连接泄水锥，在转轮体的四周放置悬臂式叶片。在转桨式水轮机的转轮体内部装有叶片转动机构，在叶片与转轮体之间安装着转轮密封装置，用来止油和止水。
轴流式水轮机广泛应用于平原河流上的低水头电站，应用水头范围为 3〜55m，目前最
大应用水头不超过 70m。限制轴流式水轮机最大应用水头的原因是空化和强度两方面的条
件。由于轴流式水轮机的过流能力大。单位流量 Q11和单位转速nn都比较大，转轮中水流
的相对流速比相同直径的混流式转轮中的高，所以它具有较大的空化系数二。在相同水头
下，轴流式水轮机转轮由于叶片数少，叶片单位面积上所承受的压差较混流式的大，叶片正
背面的平均压差较混流式的大，所以它的空化性能较混流式的差。因此，在同样水头条件下，
轴流式水轮机比混流式水轮机具有更小的吸出高度和更深的开挖量。随着应用水头的增加，
将会使电站的投资大量增加，从而限制了轴流式水轮机的最大应用水头。另一方面是由于轴
流式水轮机叶片数较少，叶片呈悬臂形式，所以强度条件较差。当使用水头增高时，为了保
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证足够的强度，就必须增加叶片数和叶片的厚度，为了能够方便地布置下叶片和转动机构,
dh
转轮的轮毂比
Di
，亦要随之增大，这些措施将减少转轮流道的过流断面面积，使得
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单位流量Qii下降。当达到某一水头时，轴流式水轮机的单位流量甚至比混流式水轮机的还要小。这种情况也限制了混流式水轮机应用水头的提高。但随着科学技术的发展，相信轴流
式水轮机的应用水头会进一步提高。
二、转轮体
轴流式水轮机的转轮体上装有全部叶片和操作机构，在安放叶片处转轮体的外形有圆柱形和
球形两种。大中型转桨式水轮机的转轮体多数采用球形，它能使转轮体与叶片内缘之间的间隙在各种转角下都保持不大于 2〜5mm ,达到减少漏水损失的目标。另外环形转轮体增大了放置叶片处的轮毂直径，有利于操作机构的布置。但是相同的轮毂直径下，球形转轮体减小了叶片区转轮的过水面积，水流的流速增加，使球形转轮体的空蚀性能比圆柱形差。
圆柱形转轮体其形状简单，同时水力条件和空蚀性能均比球形转轮体好。但转轮体与叶
片内缘之间的间隙是根据叶片在最大转角时的位置来确定的，而当转角减小时，转轮体与叶
片之间的间隙显著增大，叶片在中间位置时，一般间隙达几十毫米，增加了通过间隙的漏水量，效率下降，所以圆柱形转轮体的效率低于球形转轮体。
转轮体的具体结构要根据接力器布置与操作机构的形式而定。小型水轮机转轮，定桨式
水轮机转轮一般都采用圆柱形转轮体。转轮体一般用ZG30或ZG20MnSi整体铸造，为了支承叶片，转轮体开有与叶片数相等的孔，并在孔中安置叶片轴。随着工艺、材料和结构的改
进，转轮体球面直径与转轮直径之比,
即轮毂比dB =dB /Di逐步减少。转轮体和叶片的安
放角位置，可以按叶片法兰面上 ;：=0标记线对照。当0。线标记与转轮体轴孔的水平线重
合时，叶片安放角 =0