切击式水轮机－水轮机

切击式水轮机

Pelton Turbine

冲击式水轮机是利用高压喷射水流的动能做功的水轮机，高水头水库的水通过压力管道引到水轮机，高压水经过水轮机喷管成为高速射出的水流，冲向水轮机的水斗，使水轮机旋转做功。冲击式水轮机主要有三种形式，切击式水轮机、斜击式水轮机、双击式水轮机，本栏目介绍用得较多的切击式水轮机与斜击式水轮机。

转轮及工作原理

图1是切击式水轮机的转轮，左面是正视图，右面是侧视图。转轮由轮盘与多个水斗组成，故也叫水斗式水轮机。

切击式水轮机的转轮

图1--切击式水轮机的转轮

图2是水斗截面图，从一个水斗的截面可看出水斗由两个勺形体并列组成，水流喷射到两个勺形体内，推动转轮旋转。

水斗截面图

图2--水斗截面图

图3是切击式水轮机工作原理图，高速水流通过喷嘴喷射向水斗，被水斗反射流出，水的动能推动水斗，实现转轮旋转。蓝色线示意喷头喷射水流与转轮反射出的水流。

切击式水轮机工作原理

图3--切击式水轮机工作原理

图4是水流喷射到水斗的流向图，从喷嘴喷射出的高速水流射向水斗，被进水边分向两侧的工作面，由工作面反射出水斗。高速喷射水流经水斗反射后把动能传给水斗，推动水斗前进。

水斗式水轮机水流喷射图

图4--水斗式水轮机水流喷射图

喷射机构

喷射机构简称喷管，主要由喷嘴、喷针、喷针移动机构组成。通过喷针在喷管内的移动改变喷嘴出口大小，从而改变喷管出水流量以达到改变水轮机的功率。图5是喷射机构结构示意图，图中喷针向管内退，喷嘴属开启状态。

图5--进水管与喷头结构

喷针的移动由喷针移动机构完成，图中是手动控制喷针移动，转动手轮即可移动喷针，改变喷嘴水流量；大型的水轮机则是用液压或电动伺服机构移动喷针，以上的移动机构装在管外，属外控式喷射机构。一种装在喷管内的喷射机构没有喷针杆通往管外，不需做弯管，给管路布置带来许多方便，这里就不介绍了。

图6左喷针在正常工作位置，水流射向水斗，图6右是喷针向前移动顶住喷嘴口，喷嘴属关闭状态。

图6—移动喷针控制水流量

下面介绍一下折向器，切击式水轮机是高水头水轮机，水头范围数百米至一千多米。从水库通往水轮机的管道长达千米至数千米，这些管道要承受很大的水压，特别是靠下方。如果发生电网故障跳闸，必须立即关闭水源停机，否则水轮机失去负荷导致转速迅速上升而损坏机组。由于管道长，管内大量运动的水不可能迅速停止流动，如果迅速关闭管道会产生极大的水压，严重危害压力管道的安全。唯一的办法是把喷向水轮的水转向，使水不喷向水轮，而不是关断水流。

在喷嘴前设置折向器是最简单的办法，在正常工作时折向器抬起，不影响喷嘴喷出的水流，水轮机正常运转（图7左），当折向器打下时喷嘴喷出的水流被折向器阻挡折向下方出水处（图7右），水轮机停止运行。折向器可在1至2秒内转向阻挡位置。