卡普兰式水轮机的开发及应用探析

5.1.1 定桨式水轮机的开发

在大多数电站的厂址处，大量的水只在低水头时能够利用，此时混流式水轮机的尺寸将变得很大而不经济，为此开发了另外一种水轮机——轴流定桨式水轮机。

这种水轮机的主要部件，如蜗壳、固定导叶、活动导叶和尾水管，都与混流式水轮机类似，如图5.1所示。但是转轮在以下方面有所不同：

图5.1 轴流转桨式水轮机

① 轴流定桨式水轮机的转轮是轴流式的，水流平行于主轴进入和流出转轮，而混流式水轮机的转轮是混流的。

② 转轮叶片类似于螺旋桨的叶片。叶片是安装在转轮轮毂上的悬臂结构，叶片的外缘并没有连接在一起（转轮没有下环）。(www.xing528.com)

③ 叶片的数量在4至8之间，比混流式水轮机少得多。因此，叶片所占的空间也少，过流面积更大。

轴流定桨式水轮机在额定出力及邻近区间时效率很高，但在部分负荷时效率较低。因此，这种水轮机只能在出力恒定的电站中使用。

5.1.2 转桨式水轮机的开发

很多人都试图改变轴流定桨式水轮机在部分负荷时的效率，卡普兰成功地设计了一种转轮叶片可以旋转的轴流式水轮机，可以改变叶片的倾角以适应瞬时负荷的变化。轴流转桨式水轮机是根据维克多·卡普兰（1876—1924）教授的名字命名的。该水轮机的工作水头范围为5米至60米，特殊情况下可达到80米。该水轮机比转速为300～1000。

转轮叶片的倾角要不断地改变，因此必须提供一个与导叶操作机构类似的调节机构。因为转轮叶片每时每刻都在旋转，所以要求调节机构也要跟着随时转动。