10.2.3.1 水轮机
水轮机是将水流能量转换为机械能的机器，是水电站的关键设备。按水流对水轮机的转轮作用方式的不同，把水轮机分为两大类：冲击式水轮机和反击式水轮机。冲击式水轮机的水流来自压力水管，经喷嘴射向水轮机转轮的叶片，是以水流的冲击力为主使转轮转动。反击式水轮机的水流来自引水室，经导叶流向转轮，它主要是利用水流流经转轮时在轮叶上产生的反作用力推动水轮机转动。
表10.1给出了水轮机的类型、适用范围及其特点。
表10.1 水轮机的类型、适用范围及其特点
1.反击式水轮机分轴流式、混流式、斜流式和贯流式四种
（1）轴流式。水流进入转轮叶片和流出转轮叶片的水流方向均为轴向。
（2）混流式。水流开始进入转轮叶片时为径向，流经转轮叶片时改变了方向，最后为轴向从叶片流出。
（3）斜流式。水流进入和流出转轮叶片时的方向均与水轮机主轴倾斜一定角度。
（4）贯流式。水流进入和流出水轮机的方向均与主轴方向一致，直贯整个水轮机流道。这种水轮机一般为卧式。
2.冲击式水轮机分水斗式（又称切击式）、斜击式和双击式三种
（1）水斗式。水流从喷嘴射出后，沿转轮圆周切线方向冲击水斗。
（2）斜击式。水流从喷嘴射出方向与转轮旋转平面成一斜角（一般α=22.5°）。从转轮的一侧喷射斗叶，从另一侧流出。
（3）双击式。从喷嘴射出的水流首先喷射在转轮上部叶片，对叶片进行第一次冲击；然后水流穿过转轮中心进入转轮下部，再对下部叶片进行第二次冲击。
轴流式和贯流式水轮机的转轮叶片安装在转轮体上。在工作过程中，叶片的安装角度不变者为定桨式的。另一种为转桨式的，它通过传动机构在运转过程中可以改变安装角，以便适应变动的水流条件，保持较高的效率。
10.2.3.2 发电机
水电站的电力设备很多，可分为一次设备和二次设备两大类。(www.daowen.com)
一次设备包括发电机、变压器、开关设备、互感器、母线及电缆等。通过这些设备，将水轮机产生的机械能转变为电能，并送给用户。
二次设备是用于对一次设备的工作进行监察、测量和操纵控制，如仪表、继电器、控制线路等。
1.发电机基本结构和工作原理
小水电站多数用同步发电机，用异步发电机的较少。下面简单介绍一下同步发电机的基本结构和工作原理。
发电机是将机械能转换为电能的设备，其最主要的组成部件是定子和转子。定子由铁芯和绕组组成，为了获得三相交流电，在定子铁芯内布置相隔120°的三相绕组，称作定子绕组。转子有磁极铁芯、磁极绕组和穿过铁芯的转轴，由可控硅或励磁机供直流电给磁极绕组，产生磁场。当转子在水轮机拖动下旋转时，便形成一个旋转磁场，该磁场与定子有相对运动，在定子三相绕组中感应出相位不同的三相对称的交流电，由接线送出。
2.发电机的主要技术参数
（1）额定功率。发电机在规定的条件下运转，能连续发出的功率（k W）。
（2）额定电压。发电机在正常工作条件下发出的电压（V）。考虑到电压的损失，它一般比用电设备的电压高5%，如用电设备额定电压为380V时，则发电机额定电压应为400V。
（3）额定电流。发电机在规定条件下运行，允许长期发出的线电流（A）。
（4）额定转速。发电机运行时规定的转速（r/min）。
（5）额定频率。中国规定为50Hz。
（6）额定励磁电流和励磁电压。发电机在正常运行情况下所需的励磁电流和励磁电压。
（7）额定功率因数。一般为0.8（是电流和电压相角差的余弦值）。
（8）额定容量。额定容量为1.73×额定电压×额定电流。它与额定功率的关系为：额定容量=额定功率/额定功率因数（k VA）。
（9）效率。是指发电机的额定功率与水轮机轴输出的功率之比，一般为0.97～0.98，小型的通常也大于0.91。
（10）飞逸转速。当水轮机的导水叶片完全开启而空转时，其转速为飞逸转速。小型水轮发电机的飞逸转速为额定转速的1.8～2.4倍。
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