双击式水轮机：低水头80%～84%、高水头最高达87%效率

双击式水轮机，又称班克式或米歇尔式水轮机、奥森博格式水轮机，是澳大利亚人安东尼·米歇尔、匈牙利人多纳特·班克和德国人弗里茨·奥森博格共同开发的。米歇尔在1903年获得了该水轮机的设计专利。匈牙利工程师班克教授对该水轮机进行了进一步开发。奥森博格把这种水轮机的制造引向批量生产阶段。其开发在1933年第一次被专利化。现在，奥森博格创建的公司是生产这种水轮机的主要厂家。

与大部分水轮机不同的是，双击式水轮机中水流是横向流过水轮机或水轮机叶片的，而不是轴向或径向的。水流先从水轮机外面流到水轮机里面，然后流过转轮，从另一侧流出，如图3.3所示。水流两次流过转轮，效率更高，但大部分能量都是在水流第一次进入转轮时进行转换的，水流离开转轮时，仅有1/3的能量转换。水流离开转轮时，顺便把转轮内的小碎片和污染物带走了。双击式水轮机是一种低转速机型，特别适用于低水头大流量的地方。

为了简化，图3.3中只可以看到一个喷嘴，实际上双击式水轮机都安装了两个喷嘴，布置时要避免水流相互干扰。

如果流量是变化的，可以把双击式水轮机设计成共用一个主轴但是流量不同的两个单元，如图3.4所示。两个单元中水轮机转轮直径相同，但是长度不同，用来处理相同压力不同流量的水。两个转轮划分的体积比通常为1∶2。较窄的单元处理较小的流量，较宽的单元处理中等流量。两个单元一起处理全部流量。分段的调节机构，即水轮机上游段的导叶系统，可以根据流量进行调节、灵活运行，出力可以为33%、66%或100%。由于水轮机构造相对简单，所以运行成本较低。

图3.3 双击式水轮机的示意图

图3.4 奥森博格式水轮机断面图

3.2.1 效率

双击式水轮机的最高效率略小于轴流转桨式、混流式或切击式水轮机。低水头的小型双击式水轮机的总效率在整个流量范围内为80%～84%。高水头的大中型双击式水轮机的最大效率可达87%。但是，双击式水轮机的效率曲线在负荷变化时很平缓。采用拼合式转轮和拼合式水轮机室，当流量与负荷在1/6到最大之间变化时，双击式水轮机的效率均可以保持不变。可以用效率曲线来说明双击式水轮机在部分负荷时的优点，如图3.5所示。

图3.5 导叶按照1∶2的比例进行流量调整时双击式水轮机的效率曲线与混流式水轮机的效率曲线

特别是对于小型河床径流式电站，效率曲线平缓的水轮机的年度性能比其他水轮机系统更高，原因为小型河流在某些月份流量很少。水轮机的效率决定了在河流流量较小的时段是否可以发电。如果采用的水轮机最高效率很高但部分负荷时效率很低，则年度性能将低于效率曲线平缓的水轮机。

3.2.2 水轮机机壳

双击式水轮机的机壳是由结构钢制成的，具有结实、耐冲击和抗霜的特点。如果水中含有大量的磨蚀物质（如沙或淤泥）或水体的实际成分具有腐蚀性（如海水或酸性水），水轮机与水体接触的所有部件都应由不锈钢制成。

3.2.3 导叶(www.xing528.com)

在拼合式双击式水轮机中，两个受力平衡的异形导叶引导工作水流。导叶把水流分为两部分，引导水流平滑地进入不同开度下的转轮。两个旋转导叶都被精准地安装在水轮机壳中，水头低时可以作为水轮机的关闭装置。因此导叶可以作为压力水管与水轮机之间的阀门，不再需要使用截流阀。通过调整杆自动或手动控制可以对两个导叶进行单独调节。导叶安装在高度抗滑的轴承中，滑动轴承不需要任何维护。停机时，通过臂端增加的重量，导叶可以靠重力自动关闭。

3.2.4 转轮

转轮是水轮机中最重要的组成部分。双击式水轮机的转轮是圆柱形的并配有一个卧轴。转轮上安有叶片，叶片是由精轧的异形钢制成的。为了降低对水流的阻力，把叶片的边缘削尖。叶片的横截面是圆弧形的（就像沿着长度方向切削后的管子）。叶片的末端焊接到圆盘上形成一个类似于仓鼠笼形状的笼子，因此有时这种水轮机又被称为“鼠笼式水轮机”；区别在于双击式水轮机采用的是槽形的钢制叶片，而“鼠笼式水轮机”是条状的，如图3.6所示。转轮上的叶片数最大为37片，取决于转轮的尺寸。线性倾斜的叶片只产生很少的轴向力，因此不再需要带有复杂配件和润滑装置的加固止推轴承。对于宽度较大的叶轮，可以采用多个圆盘对叶片进行支撑。

图3.6 双击式水轮机转轮示意图

3.2.5 轴承

双击式水轮机配有调心滚子轴承，该轴承的优点为滚动阻力低、维护简单。轴承箱在设计时要防止水渗入轴承，防止润滑油与工作水流相接触。此外，轴承把转轮固定在水轮机壳的中心。除了每年要更换润滑油之外，不需要对轴承进行任何其他维护。

3.2.6 尾水管

与切击式水轮机类似，双击式水轮机是一种自由射流的水轮机。然而在中低水头时，为了利用全部的水头，可以安装一个尾水管。但尾水管中的水柱必须是可控的。调节空气阀可以调节水轮机机壳的吸入压力，进而控制水柱高度。这样可以对吸入压头为1至3米的水轮机进行优化，避免发生空化。

3.2.7 优点

由于成本低、调节性能好，双击式水轮机广泛应用于功率小于2000千瓦、水头低于200米的小型和微型水电机组中。

由于部分负荷时性能很好，双击式水轮机非常适合于不需要值班的发电厂。双击式水轮机的结构简单，维护起来比其他水轮机更容易；该水轮机仅有两个轴承需要维护，且仅有 3个转动部件。该水轮机的机械系统很简单，可以由当地的机修工进行修理。

另外一个优点是，双击式水轮机可以自我清理。随着水流流出转轮，叶子、杂草等将被带出转轮，减少损失。因此，尽管水轮机效率稍低，但比其他水轮机更可靠。通常不需要清理转轮，可以通过反转水流或改变转速进行自我清理。其他类型的水轮机更容易堵塞，虽然额定效率很高，但是功率损失也比较大。