軸流式水輪機

軸流式水輪機的使用水頭範圍一般為3-80m。軸流式水輪機轉輪由轉輪體、葉片、泄水錐組成，葉片數少於混流式，葉片軸線與水輪機軸線垂直。適用於中低水頭、大流量的水電站。在相同水頭下，其比轉速較混流式水輪機為高。應用水頭約為3到80m。水流在導葉與轉輪之間由徑向流動變為軸向流動，而在轉輪區內，水流保持軸向流動。

在同樣的水頭下，它的過流能力比混流式大，氣蝕性能較混流式差。根據其轉輪葉片在運行之中能否轉動，又可分為軸流轉槳式和軸流定槳式兩種。

軸流定槳式水輪機的葉片固定在轉輪體上，葉片安放角度不能在運行中改變，效率曲線較陡，適用於負荷變化小或可以用調整機組運行台數來適應負荷變化的電站。優點：結構簡單，造價較低。缺點：在偏離設計工況時效率會急劇下降。根據其特點，一般用於出力較小，水頭較低以及水頭變化幅度較小的水電站。

結構及其特點軸流式水輪機的結構比較複雜，主要部件包括蝸殼、座環、頂蓋、導水機構、轉輪室、轉輪、底環、尾水管、土軸(見水輪機主軸)、導軸承(見水輪機導軸承)等。

軸流式水輪機的蝸殼一般為混凝土澆築型，水頭較高時，亦用鋼製蝸殼。混凝土蝸殼是直接在廠房水下部分大體積混凝土中澆築成的蝸形空腔、斷面形狀一般為“T”形，鋼製蝸殼的斷面為圓形。轉輪室分為中環和下環兩個部分。

軸流式水輪機的轉輪包括轉輪體和葉片。定槳式轉輪葉片按一定角度固定於轉輪體上；轉槳式則在轉輪體內設有一套使葉片轉動的操作和傳動機構。轉輪體有圓柱形和球形兩種。轉輪葉片的數日一般為4~6個，小型低水頭水輪機也有採用3個葉片的。軸流轉槳式水輪機具有雙調節性能，即導水葉及轉輪葉片均可調節，而定槳式則只能調節導水葉。因而，軸流轉槳式水輪機能在水頭和負荷變化較大範圍內保持水輪機的運行穩定性和高效率，從而比定槳式應用得更為廣泛。

1912年，捷克人長普蘭提出一種帶外輪緣，葉片固定的軸流式水輪機，經過多年的逐步完善，發展成為現代的軸流轉槳式水輪機，亦稱卡普蘭式水輪機。軸流轉槳式水輪機是奧地利工程師卡普蘭在1920年發明的，故又稱卡普蘭水輪機。其轉輪葉片一般由裝在轉輪體內的油壓接力器操作，可按水頭和負荷變化作相應轉動，以保持活動導葉轉角和葉片轉角間的最優配合，從而提高平均效率，這類水輪機的最高效率有的已超過94%。但是，這種水輪機需要一個操作葉片轉動的機構，因而結構較複雜，造價較高，一般用於水頭、出力均有較大變化幅度的大中型水電站。

近年來，軸流式水輪機的應用不斷向高水頭、大尺寸發展。目前，使用水頭已達80 m以上，單機容量及轉輪尺寸都趨向增長。當前世界上使用水頭最大的大型軸流轉槳式水輪機是義大利的那門比亞(Nembia)水電站。最大水頭為88m;單機出力最大的是蘇聯的舒爾賓水電站；額定出力為230 MW;最大的軸流定槳式水輪機安裝在奈及利亞的凱因齊電站，單機額定出力131 MW，轉輪直徑8.54m。

中國的軸流式水輪機的設計製造技術也發展很快，已建成的葛洲壩水電站(見葛洲壩水利樞紐)安裝的兩種軸流轉槳式水輪機最大水頭為27m，單機額定出力分別為175和129 MW，轉輪直徑分別為11.3m和10.7m,前者為目前世界上同類水輪機轉輪直徑最大的。安裝在水口水電站的軸流轉槳式水輪機，其最大水頭為58m，單機額定出力為204MW，轉輪直徑為8m。