轴流转桨式水轮机转轮叶片转动机构的发展演变过程

王 鉴，王春雷

（哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨150040）

0 前言

19世纪末，混流式水轮机得到广泛应用，但在低负荷区运行时，其效率比较低且振动较大［1］。经过多年的运行及摸索，人们逐渐发现转轮的比转速ns越高，转轮在低负荷区运行时的效率会越高也越稳定，同时转轮下环与上冠直径比也越大。后来随着ns增大，混流式水轮机进一步发展到取消了转轮下环，成为叶片只焊接在上冠上而无下环的转轮，便产生了轴流定桨式水轮机 （以下简称定浆式水轮机）。然而，定桨式水轮机的最优效率区狭窄，限制了它的广泛应用。在不断追求水轮机的宽运行范围和高效率的过程中，人们发现当转轮叶片能和导叶协联转动并保持有利的组合位置时，则水轮机在较宽的运行范围内具有较高的效率，同时能保持较高的比转速［2，3］。1912～1916年，卡普兰 （Kaplan）教授用模型试验方法研究了转轮叶片和导叶可协联动作的水轮机工作过程，并提出了叶片可以转动的转轮结构，即轴流转桨式水轮机 （以下简称转桨式水轮机）。后来以卡普兰教授命名了这种转轮，即卡普兰式转轮。

1922年瑞典的枼拉·依待特水电站，水头为6.45m，安装了2台定桨式水轮机和1台转桨式水轮机，两者相比，定桨式最高效率点略优，而在低负荷和超负荷工况下，转桨式水轮机显示出了非常优异的性能。从此，转桨式水轮机在低水头电站得到了广泛应用并快速发展，从1924年的单机最大出力6000kW，发展到1930年单机最大出力约30000kW，再到1940年的65000kW，1955年的126000kW，2020年，单机最大出力已达到200000kW （我国的大藤峡水电站）。……