【机械cax360第395期】水轮发电机是以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机。
水流经过水轮机时，将水能转换成机械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出。
是水电站生产电能的主要动力设备。
水轮发电机由水轮机驱动。
它的转子短粗，机组的起动、并网所需时间较短，运行调度灵活，除一般发电外，特别宜于作为调峰机组和事故备用机组。
水轮发电机组的最大容量已达80万千瓦。
01 水轮发电机结构▼水轮发电机由转子、定子、机架、推力轴承、导轴承、冷却器、制动器等主要部件组成。
定子主要由机座、铁芯和绕组等部件组成。
定子铁芯用冷轧硅钢片叠成，按制造和运输条件可做成整体和分瓣结构。
水轮发电机的转速将决定发出的交流电的频率，为保证频率的稳定，就必须稳定转子的转速。
通过交流电的频率信号采样，将其反馈到控制水轮机导叶开合角度的控制系统中，去控制水轮机的输出功率，通过反馈控制原理，就可以让发电机的转速稳定了。
02 水轮发电机分类▼冲击式水轮机是借助于特殊导水机构引出具有动能的自由射流，冲向转轮水斗，使转轮旋转做功，从而完成将水能转换成机械能的一种水力原动机。
▲冲击式水轮机当水斗节圆处的圆周速度约为射流速度的一半时，效率最高。
这种水轮机在负荷发生变化时，转轮的进水速度方向不变，加之这类水轮机都用于高水头电站，水头变化相对较小，速度变化不大，因而效率受负荷变化的影响较小，效率曲线比较平缓，最高效率超过91%。
斜击式水轮机主要由喷嘴和转轮等组成。
转轮由外轮圈、内轮毂和其问所固定的若干单碗形斗叶组成。
结构简单、造价低廉，但效率低。
斜击式水轮机工作时，水流从压力水管流经喷嘴，形成一股高速射流，射流与转轮平面成22.5°方向冲击着转轮叶片。
做功后的水流从轮叶出水边流出，沿尾水渠排至下游。
轴流式水轮机是由转轮体、叶片、泄水锥组成，叶片轴线与水轮机轴线垂直。
适用于中低水头、大流量的水电站。
应用水头约为3到80m，水流在导叶与转轮之间由径向流动变为轴向流动，而在转轮区内，水流保持轴向流动。
▲轴流式水轮机轴流式水轮机的叶片固定在转轮体上，叶片安放角度不能在运行中改变，效率曲线较陡，适用于负荷变化小或可以用调整机组运行台数来适应负荷变化的电站。
一般用于出力较小，水头较低以及水头变化幅度较小的水电站。
贯流式水轮机贯流式水轮机的引水部件、转轮、排水部件都在一条轴线上，水流一贯平直通过，故称为贯流式水轮机。
贯流式水轮机应用水头范围一般在2~25m，单机出力从几千瓦到几万千瓦。
▲贯流式水轮机混流式水轮机混流式水轮是由美国工程师弗朗西斯于1849年发明，水流从四周径向流入转轮，然后近似轴向流出转轮，转轮由上冠，下环和叶片组成。
混流式水轮发电机组结构紧凑，运行可靠，效率高，能适应很宽的水头范围，是目前应用最广泛的水轮机之一，大型混流式水轮一般应用于20-700M水头范围。
灯泡式水轮机灯泡式水轮发电机是指将发电机与轴承等布置在形似灯泡的密封壳体内的水轮发电机。
灯泡式水轮发电机与水轮机直轴连接并布置在流道内，其特点是结构布置紧凑、复杂，具有防潮防漏等特殊要求。
由于灯泡式水轮发电机装在水下流道内，停机时绕组容易受潮，因此其额定电压比一般水轮发电机低。
卡布兰式水轮机卡布兰式水轮机为一种转桨式型态的水轮机，其具有可变型态的扇叶。
它是由奥地利教授维克托·卡普兰于1913年所开发，他将可自动调整的螺旋桨叶片以及可自动调整的导叶组合以实现在大落差流量以及大水头高度差距上的高产能效益。
