水力渦輪機(jī)是用于水壩和其他設(shè)施的水力發(fā)電的渦輪機(jī)。它們被安裝在大量水從高處落下的地方，例如瀑布或水壩，或者大量水以高速流動(dòng)的地方，例如急流，以旋轉(zhuǎn)水輪機(jī)并將能量轉(zhuǎn)化為電能。

水力渦輪機(jī)分為沖擊式渦輪機(jī)和反擊式渦輪機(jī)，兩者的區(qū)別在于水落下時(shí)葉片旋轉(zhuǎn)的方式不同。沖擊式渦輪機(jī)的一個(gè)例子是佩爾頓式渦輪機(jī)，它利用下落、加速的水的動(dòng)能來旋轉(zhuǎn)葉片。另一方面，反作用式渦輪機(jī)的例子包括弗朗西斯式渦輪機(jī)和螺旋槳式渦輪機(jī)，它們利用水的速度和壓力來旋轉(zhuǎn)葉片。

水輪機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)

早期的水輪機(jī)是利用落水的勢(shì)能帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，而現(xiàn)代水輪機(jī)則是將水的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，利用高速水流沖擊葉片，使水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

水力渦輪機(jī)有兩種類型：沖擊式渦輪機(jī)和反擊式渦輪機(jī)，它們的葉片旋轉(zhuǎn)機(jī)制不同。沖擊式渦輪機(jī)的一個(gè)例子是佩爾頓式渦輪機(jī)，反作用式渦輪機(jī)的一個(gè)例子是弗朗西斯式渦輪機(jī)或螺旋槳式渦輪機(jī)。

水力渦輪機(jī)體積巨大，發(fā)電量巨大，因此即使效率發(fā)生 1% 的變化也會(huì)對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生重大影響。因此，需要根據(jù)電站規(guī)模、落水高度等條件，采用優(yōu)化方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

沖擊式渦輪機(jī)

沖擊式水輪機(jī)的一個(gè)典型例子是佩爾頓式水輪機(jī)。佩爾頓式水輪機(jī)是一種僅利用水速的水輪機(jī)，用于水頭大、水速高的發(fā)電廠。在佩爾頓式水輪機(jī)中，水管的末端有一個(gè)細(xì)長的噴嘴，水以巨大的力量噴射出來，沖擊稱為轉(zhuǎn)輪的渦輪葉片，從而使渦輪旋轉(zhuǎn)。

幾乎所有大型水頭發(fā)電廠都采用沖擊式水輪機(jī)，其中最大的是瑞士的Beudron發(fā)電廠，水頭約1900米。另一方面，佩爾頓式水輪機(jī)的最大效率低于其他方法。

反作用輪

弗朗西斯式渦輪機(jī)和螺旋槳式渦輪機(jī)是反作用式渦輪機(jī)的典型例子。弗朗西斯水輪機(jī)是一種利用水的速度和壓力來旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪的水輪機(jī)。落下的水進(jìn)入蝸殼，形成向內(nèi)的旋轉(zhuǎn)流，經(jīng)過調(diào)節(jié)流速的可移動(dòng)導(dǎo)葉，與轉(zhuǎn)輪接觸，并使渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)。

日本約70%的水力發(fā)電站大壩均采用弗朗西斯式水輪機(jī)，其特點(diǎn)是能夠在10米至300米的水位范圍內(nèi)使用。其中較大的一個(gè)電廠是北陸電力公司的有峰第一電廠，落差 430 米。

螺旋槳式渦輪機(jī)的基本原理與弗朗西斯式渦輪機(jī)相同，落水通過殼體和導(dǎo)流孔，然后接觸轉(zhuǎn)輪，從而引起渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)。但螺旋槳式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪形狀與弗朗西斯式水輪機(jī)不同，其形狀類似輪船的螺旋槳。螺旋槳式渦輪機(jī)水頭較小，常用于流量較大的發(fā)電廠。

近年來，發(fā)電量較小的發(fā)電站（也稱為微型水電站）的數(shù)量不斷增加，它們采用的是反擊式水輪機(jī)等水頭小、能量小的發(fā)電裝置。微型水力發(fā)電利用自來水、下水道系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)用水等的水的流動(dòng)，采用螺旋槳式渦輪機(jī)。

水力渦輪機(jī)和水輪

用于水力發(fā)電的水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)相連，水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生電能。因此，水力渦輪機(jī)也可以被視為一種渦輪機(jī)。

在水力發(fā)電中，渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)速根據(jù)水量和水頭的變化而變化，轉(zhuǎn)速的波動(dòng)會(huì)帶來電力輸出不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)。因此，必須減少這種水量變化所引起的速度和壓力波動(dòng)的影響。實(shí)際應(yīng)用中，采取向殼體渦中心注入空氣或水等措施。