斜击式水轮机的工作水头范围及功率改进

斜击式水轮机是一种适用于中水头的冲击式水轮机。斜击式水轮机是对切击式水轮机的一种改进，转轮为铸轮，形状就像外边缘封闭的风机叶片，如图3.1所示。斜击式水轮机的实际运行效率大约为87%，车间测试效率和实验室测试效率可以达到90%。这种水轮机的工作净水头在15米至300米之间。

图3.1 斜击式水轮机

3.1.1 优点

Gilbert Gilkes有限公司在1919年对切击式水轮机进行了改进，开发了斜击式水轮机。与混流式和切击式设计相比，斜击式水轮机在某些方面有一些优点。

第一，斜击式水轮机的转轮比切击式水轮机的转轮便宜。第二，斜击式水轮机与混流式水轮机不同，不需要密封的机壳。第三，斜击式水轮机的比转速高，与相同直径的切击式水轮机相比，工作流量更大，因此可以降低发电机成本和安装成本。除了比转速高、流量大、效率曲线平缓之外，斜击式水轮机还有结构简单、安装测试和调整简单、运行可靠、维护简单和成本低的特点。

斜击式水轮机的工作水头范围在混流式水轮机和切击式水轮机之间。尽管有很多大型的斜击式水轮机装置，但是斜击式水轮机在小水电中更流行，因为对这些电站来说降低成本是很重要的。

3.1.2 工作原理

斜击式水轮机是一种冲击式水轮机，在压力水管的末端设有一个特殊的喷嘴，可以把水流转换成高压射流。然后以与转轮面呈20度的角，把射流导向转轮叶片，叶片是勺形的，可以捕捉射流。图3.2为水射流冲击到斜击式水轮机转轮的一张照片。这些叶片的形状是精心设计的，压力水从叶片的一侧进入，流过叶片，然后从另一侧流出，把射流的动能转换为转动轴的功率。斜击式水轮机的转轮就像切击式水轮机的转轮从中间劈开似的。功率相同时，斜击式转轮的直径为切击式转轮的一半，因此比转速是切击式水轮机的两倍。(www.xing528.com)

与其他冲击式水轮机不同，水流切向流过水轮机转轮意味着离开叶片的水不会影响下一个射流。在功率输入相同的情况下，斜击式水轮机可以采用较小的转轮直径和叶片直径以更高的转速驱动发电机。

斜击式水轮机的缺点是，为了产生足够的喷嘴压力使水轮机转轮高速转动，斜击式水轮机需要的水头比其他冲击式水轮机更高。

为了克服这个缺陷，可以在斜击式水轮机圆周上均匀地安装多个喷嘴，而不是仅采用一个喷嘴、一个射流来驱动转轮。在斜击式水轮机的转轮和叶片周围可以安装2个、4个或6个射流喷嘴，从水流中获得更多的动能。

图3.2 水射流冲击斜击式水轮机的转轮

射流喷嘴数量的增加意味着斜击式水轮机可以在低水头、低流量的条件下运转。由于功率输出与喷嘴数成正比，所以喷嘴数增加，水轮机从水中获得的能量也会增加。

与传统的水轮机和其他冲击式水轮机相比，斜击式水轮机改进了可用轴功率。斜击式水轮机的制造成本低，多喷嘴可以提高工作流量，所以一台较小的斜击式水轮机可以与一台较大的水轮机发出相同的电量。