什么是水輪機用于水力發電？

更新時間：2024-12-26

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水力發電用水輪機是用于水壩等水力發電的水輪。通過安裝在瀑布、水壩等高處落下大量水的地方，或者急流等水流高速流動的地方，使水輪旋轉，將能量轉化為電能。

用于水力發電的水輪機分為脈沖式水輪機和反動式水輪機，兩者的區別在于葉片通過落水而旋轉的方式。脈沖式水輪機的一個例子是沖擊式水輪機，它利用下落和加速的水的速度能來旋轉葉片。另一方面，反動式渦輪機的例子包括混流式渦輪機和螺旋槳式渦輪機，它們利用水的速度和壓力來旋轉葉片。

以前，水輪機利用落水的勢能來旋轉葉片，但新型水輪機將水的勢能轉化為速度能，并通過將高速水施加到葉片上來旋轉水輪。

用于水力發電的水輪機有兩種類型：脈沖式水輪機和反動式水輪機，它們具有不同的旋轉葉片機構。沖擊式渦輪機的示例包括沖擊式渦輪機，反動式渦輪機的示例包括混流式渦輪機和螺旋槳式渦輪機。

用于水力發電的水輪機體積極其龐大，發電量很大，因此即使效率變化1%，對產量的影響也很大。因此，需要根據電廠規模、落水高度等條件，采用優化方法進行電廠設計。

沖擊式水輪機的典型例子是沖擊式水輪機。沖擊式水輪機是一種僅利用水速的水輪機，用于大水頭、高水速的發電廠。沖擊式水輪機利用流水管末端的細噴嘴，以強大的力量噴出水，撞擊水輪的葉片（轉輪），從而使水輪旋轉。

幾乎所有高水頭發電廠均采用沖擊式水輪機，其中最大的是瑞士布德隆電站，水頭約為1900米。另一方面，沖擊式水輪機的最大效率低于其他方法。

反應式水輪機的典型例子包括混流式水輪機和螺旋槳式水輪機。混流式水輪機是一種利用水速和壓力來旋轉轉輪的水輪機。落下的水進入蝸殼，形成旋流向內流，經過調節流量的活動葉片（導流），接觸轉輪，使水輪旋轉。

混流式水輪機約占日本水力發電大壩的70%，在于用途廣泛，水頭范圍從10米到300米。一個大型的例子是北陸電力公司的有峰第一發電廠，其水頭高達430米。

螺旋槳式水輪機的基本原理與混流式水輪機相同，落下的水經過殼體和導流燃燒器，然后接觸轉輪，引起水輪機旋轉。但螺旋槳式水輪機的轉輪形狀與混流式水輪機不同，形狀像船舶的螺旋槳。螺旋槳水輪機的水頭相對較小，常用于大流量的發電廠。

近年來，小功率輸出的發電廠（又稱微水力發電）增多，并采用小水頭、低能耗的反應式水輪機等發電機制。例如，微水力發電利用自來水、污水、農業用水等水流，采用螺旋槳式水輪機。

水力發電的水輪與發電機相連，水輪的旋轉也帶動發電機旋轉，產生電力。因此，用于水力發電的水輪也可以被認為是渦輪機的一種。

在水力發電中，水輪的轉速根據水量和水頭而變化，并且存在由于轉速波動而導致電力輸出不穩定的風險。因此，有必要減少水量變化引起的速度和壓力波動的影響。實際上，采取了諸如將空氣或水引入殼體內的渦流中心等對策。

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