| 混流式水輪機(jī) |
| Mixed Flow Turbine |
| 混流式水輪機(jī)屬于反擊式水輪機(jī)，混流式水輪機(jī)的水流是徑向進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，軸向離開轉(zhuǎn)輪?；炝魇剿啓C(jī)可應(yīng)用水頭范圍很廣，從20m至700m水頭都有相應(yīng)的產(chǎn)品供使用。 |
| 混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu) |
| 下面通過一個混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪模型來介紹其工作原理與結(jié)構(gòu)，模型有16個葉片，圖1是這個轉(zhuǎn)輪模型的立體結(jié)構(gòu)圖，多個葉片固定在上冠下面的錐面上，葉片下端固定在下環(huán)內(nèi)側(cè)，為看清葉片形狀，剖開部分下環(huán)。 |
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圖1 混流式轉(zhuǎn)輪立體結(jié)構(gòu)圖 |
| 圖2是從這個模型的下方觀看立體結(jié)構(gòu)圖。 |
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圖2 混流式轉(zhuǎn)輪立體結(jié)構(gòu)圖二 |
| 圖3是轉(zhuǎn)輪的軸截面立體圖，在上冠下方有泄水錐，上冠與泄水錐組成圓滑的曲面，使水能順暢的流過。 |
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圖3 混流式轉(zhuǎn)輪軸截面立體圖 |
| 根據(jù)水頭范圍，混流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪有多種形狀，從外觀看，主要體現(xiàn)在葉片根部外端直徑Ds與出口處直徑D2的大小不同與葉片高度b不同，同時也造成水流相對葉片走向不同，圖4是幾種主要的轉(zhuǎn)輪軸面投影圖，藍(lán)色箭頭線表示水流的走向。 |
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圖4 混流式轉(zhuǎn)輪軸面投影圖 |
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圖4的（a）圖適用于高水頭、小流量，轉(zhuǎn)輪葉片高度小、葉片在水平方向長，水流在通過葉片時以水平方向?yàn)橹?；圖4的（b）圖適用于中水頭、中流量，水流斜向通過葉片；圖4的（c）圖適用于中低水頭、中大流量，靠轉(zhuǎn)輪下方進(jìn)入的水流主要以軸向通過葉片，靠轉(zhuǎn)輪上方進(jìn)入的水流以近似水平方向通過葉片；圖4的（d）圖適用于低水頭、大流量，轉(zhuǎn)輪葉片高度大、葉片在水平方向短，水流主要以軸向通過葉片。注：以上講的葉片高度長度與流量大小是針對尺寸相同的轉(zhuǎn)輪進(jìn)行比較。 混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)為9至21片。
圖5是三峽水電站的混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪照片，其軸面投影圖與圖4（b）圖近似。 |
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圖5 三峽水電站混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪（照片來自網(wǎng)絡(luò)） |
| 混流式轉(zhuǎn)輪工作原理 |
| 混流式轉(zhuǎn)輪葉片形狀要使所有通過葉片的水流都能推動轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，都符合翼型的升力原理。圖6是混流式轉(zhuǎn)輪水流向圖，圖中僅顯示了2股通過導(dǎo)葉的水流路徑，左邊是從轉(zhuǎn)輪上部分進(jìn)入的水流，水流基本以徑向朝中心流動；右面是從轉(zhuǎn)輪下部分進(jìn)入的水流，水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪后轉(zhuǎn)向下方流動。藍(lán)色箭頭線表示水流路徑，箭頭線中部虛線是被葉片或?qū)~遮擋部分。 |
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圖6 混流式轉(zhuǎn)輪水流向圖 |
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圖7是混流式轉(zhuǎn)輪葉片升力圖，能較清楚的說明轉(zhuǎn)輪葉片的受力狀態(tài)，圖中用箭頭線表示了葉片在水流作用下產(chǎn)生升力的狀態(tài)。左圖是從轉(zhuǎn)輪上部分進(jìn)入的水流升力圖，水流基本以徑向朝中心流動，顯示了2個葉片的受力，其它葉片受力情況是相同的；右圖是從轉(zhuǎn)輪下部分進(jìn)入的水流升力圖，水流基本以軸向朝下方流動，顯示了1個葉片的受力，其它葉片受力情況是相同的。
注意：圖中V是從導(dǎo)葉流向葉片的水流速度與大小，W是流向該葉片的水流相對葉片的速度與大小，L是該水流對葉片產(chǎn)生的升力，可看到所有水流產(chǎn)生的升力均是推動轉(zhuǎn)輪同向旋轉(zhuǎn)的力。 |
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圖7 混流式轉(zhuǎn)輪葉片受力圖 |
| 下面有一段動畫演示轉(zhuǎn)輪中水流走向，動畫僅演示從轉(zhuǎn)輪下部分進(jìn)入的一股水流的運(yùn)動狀態(tài)，用藍(lán)色小球表示水流質(zhì)點(diǎn)。 |
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混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪水流質(zhì)點(diǎn)走向動畫 |
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| 混流式水輪機(jī)的組成與結(jié)構(gòu) |
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下面將介紹混流式水輪機(jī)的基本組成，圖8是水輪機(jī)核心部分結(jié)構(gòu)示意圖，轉(zhuǎn)輪通過軸承安裝在水輪機(jī)頂蓋下方，轉(zhuǎn)輪下方有底環(huán)與尾水管，轉(zhuǎn)輪可自由轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)輪的上冠與頂蓋間有很小的縫隙，既保證自由旋轉(zhuǎn)又要防止漏水等問題，同樣轉(zhuǎn)輪的下環(huán)與底環(huán)間有很小的縫隙，既保證自由旋轉(zhuǎn)又要防止漏水等問題。
在頂蓋與底環(huán)之間與安裝導(dǎo)葉，導(dǎo)葉軸穿過頂蓋連接到導(dǎo)水控制機(jī)構(gòu)；轉(zhuǎn)輪主軸上方將連接水輪發(fā)電機(jī)。 |
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圖8 混流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉 |
| 蝸殼內(nèi)沿連接著底環(huán)與頂蓋，共同組成水輪機(jī)外殼；在頂蓋上方安裝控制環(huán)與接力器一同組成導(dǎo)水控制機(jī)構(gòu)。圖9就是一個混流式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖(為使圖片清晰簡單，圖中略去了座環(huán))。在圖中用淺藍(lán)色箭頭線表示經(jīng)過水輪機(jī)的水流走向，水從蝸殼入口進(jìn)入水輪機(jī)，通過導(dǎo)葉形成向中心的環(huán)流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，推動轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)做功后由下方尾水管排出。 |
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圖9 混流式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)圖 |
