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轴流式水轮机基本结构 轴流式水轮机与混流式水轮一 样属于反击式水轮机，二者结构上 最明显的差别是转轮，其次是导叶 高度。根据转轮叶片在运行中能否 调节，轴流式水轮机又分为轴流定 桨式和轴流转桨式两种型式。轴流 式水轮机用于开发较低水头 （3m~55m ），较大流量的水能资源。 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 5-13）， 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功率。但在相对高水头条件下，轴流式水轮机 除了空化系数较大，厂房要有较大开挖量外，飞逸转速和轴向水推力较混流式水轮机高。 轴流转桨式水轮机，由于桨叶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，是一种值得广泛使用的优良机型。 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 和单位转速 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 。在相同水头下，轴流式水轮机由于桨 叶数少，桨叶单位面积上所承受的压差较混流式叶片的大，桨叶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叶片的差。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桨 叶数较少（3~8 片），桨叶呈悬臂形式，所以强度条件较差。当使用水头增高时，为了保证 足够的强度，就必须增加桨叶数和桨叶的厚度，为了能够方便地布置下桨叶和转动机构，转 轮的轮毂比 ，亦要随之增大，这些措施将减少转轮流道的过流断面面积，使得单 位流量 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。这种情况也限制了轴流式水轮机应用水头的提高。 但是,随着科学技术的发展,通过改进转轮的设计方法,选择更加合理的流道几何参数和 桨叶的型线,使得桨叶背面的压力分布更加均匀,降低桨叶正面和背面的平均压差,从而达到 改善水轮机空化性能的目的。还可以通过采用新型的高强度的材料,改进结构使桨叶受力情 况得到改善。相信通过以上措施会使轴流式水轮机的应用水头进一步提高。 图5-14 是一台轴流转桨式水轮机,下面将以它为例介