水輪機系由古代的水輪或水車演變而來。1827年法國工程師B.富爾內(nèi)隆制成 6馬力的反擊式水輪機。1849年經(jīng)美國工程師J.B.弗朗西斯設(shè)計改進形成了現(xiàn)代混流式水輪機，故稱為弗朗西斯水輪機。1850年出現(xiàn)沖擊式水輪機。到1880年美國工程師L.A.佩爾頓取得水斗型沖擊式水輪機的專利，世人稱之為佩爾頓水輪機。隨著水電開發(fā)的進展，水輪機的類型、性能和結(jié)構(gòu)日趨完善。1912年奧地利工程師V.卡普蘭設(shè)計出臺轉(zhuǎn)槳軸流式水輪機，故稱為卡普蘭水輪機。到20世紀40～50年代又相繼出現(xiàn)貫流式和斜流式水輪機，同時水輪機又發(fā)展為水泵水輪機，應用于抽水蓄能電站。水輪機的類型已能適應水電開發(fā)的不同任務和不同水頭的要求。中華人民共和國成立以后，很快建成中國的水輪機制造工業(yè)，擁有20多個水輪機制造廠，已生產(chǎn)出2000萬kW以上的水輪機裝備全國的水電站，并向國外出口。

　　水輪機按能量轉(zhuǎn)換特征分為兩類，即反擊式和沖擊式。而每一類水輪機又根據(jù)轉(zhuǎn)輪區(qū)內(nèi)水流的特征和轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)特征又分為多種形式。

　　一、根據(jù)水流能量轉(zhuǎn)換特征：有反擊式與沖擊式。

　　1、單位重量水體在轉(zhuǎn)輪進、出口的能量之差：

　　改寫此式：

　　2、水流勢能：

　　3、水流動能：

　　4、水輪機利用的能量為水流勢能和水流動能的總和：E_P+E_C=1

　　若Ep=0，Ec=1，這種利用水流動能的水輪機稱為沖擊式水輪機。

　　若0＜Ep<1，Ep＋Ev=1，這種同時利用水流動能和勢能的水輪機稱為反擊式水輪機。

　　二、根據(jù)水流進出轉(zhuǎn)輪的方向和轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)特征分：

　　水輪機是水輪發(fā)電成套設(shè)備的水輪機主機，水輪機與水輪發(fā)電機、調(diào)速器、勵磁系統(tǒng)和電站控制設(shè)備配套使用，組成水力發(fā)電站的主體。

　　水輪機是根據(jù)水的流量和水頭大小進行設(shè)計和制造的，作用是將水能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功，并帶動水輪發(fā)電機發(fā)電。水輪機的本體由水輪機轉(zhuǎn)輪、水輪機座環(huán)、水輪機蝸殼和水輪機主軸組成。除此以外，根據(jù)型號的不同，還配有附屬裝置和部件。不同型式的水輪機，其結(jié)構(gòu)和適用范圍不甚相同。

　　一、機組過速

　　機組帶負荷運行中突然甩負荷時，由于導葉不能瞬時關(guān)閉，在導葉關(guān)閉的過程中水輪機的轉(zhuǎn)速就可能增高20%~40%，甚至更高。當機組轉(zhuǎn)速升高至某一定值（其整定值由機組的轉(zhuǎn)動慣量而定，一般整定為140%額定轉(zhuǎn)速）以上，則機組出現(xiàn)過速事故。由于轉(zhuǎn)速的升高，機組轉(zhuǎn)動部分離心力急劇增大，引起機組擺度與振動顯著增大，甚至造成轉(zhuǎn)動部分與固定部分的碰撞。所以應防止機組過速。

　　為了防止機組發(fā)生過速事故，目前多數(shù)電站是設(shè)置過速限制器、事故電磁閥或事故油泵，并裝設(shè)水輪機主閥或快速閘門。這些裝置都通過機組事故保護回路自動控制。

　　1．機組發(fā)生過速時的現(xiàn)象有

　　1）機組噪音明顯增大。

　　2）發(fā)電機的負荷表指示為零，電壓表指示升高（過電壓保護可能動作）。

　　3）“水力機械事故”光字牌亮，過速保護動作，出現(xiàn)事故停機現(xiàn)象。

　　4）過速限制器動作，水輪機主閥（或快速閘門）全開位置紅燈熄滅（即正在關(guān)閉過程）。若過速保護采用事故油泵，則事故油泵起動泵油，關(guān)閉導水葉。

　　2．機組過速時的處理

　　1）通過現(xiàn)象判明機組已過速時，應監(jiān)視過速保護裝置能否正常動作，若過速保護拒動或動作不正常，應手動緊急停機，同時關(guān)閉水輪機主閥（或快速閘門）。

　　2）若在緊急停機過程中，因剪斷銷剪斷或主配壓閥卡住等引起機組過速，此時即使轉(zhuǎn)速尚未達到過速保護動作的整定值，都應手動操作過速保護裝置，使導水葉及主閥迅速關(guān)閉。對于沒有設(shè)置水輪機主閥的機組，則應盡快關(guān)閉機組前的進水口閘門。

　　二、機組的軸承事故

　　1．巴氏合金軸承的溫度升高

　　一般機組的推力、上導、下導等軸承和水輪機導軸承都采用巴氏合金軸承，故利用稀油進行潤滑和冷卻。當它們中的任一軸承溫度升高至事故溫度時，則軸承溫度過高事故保護動作，進行緊急停機，以免燒壞軸瓦。

　　當軸承溫度高于整定值時，機旁盤“水力機械事故”光字牌亮，軸承溫度過高信號繼電器掉牌，事故軸承的膨脹型溫度計的黑針與紅針重合或超過紅針。在此以前，可能已出現(xiàn)過軸承溫度升高的故障信號；或者可能出現(xiàn)過冷卻水中斷及冷卻水壓力降低、軸承油位降低等信號。

　　當發(fā)生以上現(xiàn)象時，首先應對測量儀表的指示進行校核與分析。例如將膨脹型溫度計與電阻型溫度計兩者的讀數(shù)進行核對，將軸承溫度與軸承油溫進行比較鑒別。并察看軸承油面和冷卻水。若證明軸承溫度并未升高，確屬保護誤動作，則可復歸事故停機回路，啟動機組空轉(zhuǎn)，待進一步檢查落實無問題后，便可并網(wǎng)發(fā)電。當確認軸承溫度過高時，就必須查明實際原因，進行正確處理。

　　有許多因素可以導致巴氏合金軸承溫度升高，一般常見的原因及處理辦法如下：

　　1）潤滑油減少：由于軸承油槽密封不良，或排油閥門關(guān)閉不嚴密，造成大量漏油或甩油，潤滑油因減少而無法形成良好的油膜，致使軸承溫度升高，此時應視具體情況，對密封不良處進行處理，并對軸承補注潤滑油。

　　2）油變質(zhì)：軸承內(nèi)的潤滑油因使用時間較長，或油中有水份或其它酸性雜性，使油質(zhì)劣化，影響潤滑性能，這時應更換新油。尤其當軸承內(nèi)大量進水（例如冷卻器漏水等）時，使?jié)櫥�及冷卻的介質(zhì)改變，直接影響軸承的潤滑條件，會很快導致軸承燒毀，這時應立即停機處理滲水或漏水部位，并更換軸承油槽內(nèi)的油。

　　3）冷卻水中斷或冷卻水壓降低：冷卻水管堵塞、閥門的閥瓣損壞、管道內(nèi)進入空氣等都會影響冷卻器的過流量，使冷卻器不能正常發(fā)揮作用，引起軸承油溫升高，這時應立即投入機組備用冷卻水，或?qū)⒐艿琅艢�。若是冷卻水壓過低，應設(shè)法加大冷卻水量，使軸承溫度下降到正常值。

　　4）主軸承擺度增大：當主軸擺度增大時，軸與軸瓦間的磨擦力增加，發(fā)熱量增大，致使?jié)櫥瑮l件變壞，不能形成良好的油膜，這時應設(shè)法減小機組擺度。例如改變機組有功及無功負荷，使機組在振動較小的負荷區(qū)域內(nèi)運行，或者停機檢查各導軸承間隙有否大的變化，檢查各導軸瓦的推力螺栓有無松動。

　　2．水導軸承的潤滑水中斷

　　橡膠瓦水導軸承系用水進行潤滑，這類軸承俗稱水軸承。當水軸承潤滑水中斷時，其現(xiàn)象與上述油軸承相似，只是多顯示一個“軸承潤滑水中斷”信號。

　　（1）潤滑水中斷的原因與后果：由于水質(zhì)不潔或有雜物，致使取水濾網(wǎng)或過濾器堵塞，造成水壓降低；或自動供水閥門因某種原因誤關(guān)；當用水泵供水時，由于機械或電氣原因造成水泵供水中斷。這些都會引起潤滑水中斷事故。當潤滑水中斷或水量減少時，會使軸領(lǐng)與軸瓦間潤滑、冷卻條件變壞，甚至發(fā)生干磨擦，導致軸承燒毀，此時水輪機失去了徑向支承，造成振動和擺度急劇增大，有時會發(fā)生竄水現(xiàn)象，從而影響機組的正常運行。

　�。�2）處理方法：一般采取以下措施

　　1）當潤滑水中斷或水壓降低時，首先應投入備用水源，然后清掃取水濾網(wǎng)及過濾器，或查找潤滑水自動供水閥誤關(guān)閉的原因，處理完成后仍恢復原供水系統(tǒng)的正常供水。

　　2）若軸承采用水泵供水時，當出現(xiàn)水泵停止供水或其出口水壓下降而造成潤滑水中斷，應首先起動備用水泵供水，然后再查明水泵停止供水或其出口水壓下降的原因，并做相應處理；

　　3）當無法立即恢復供水時，為了不致造成事故擴大，應立即停機

　　(1)檢驗標準：出口發(fā)電設(shè)備中的水輪機及其零部件是在出廠檢驗合格的基礎(chǔ)上進行法定檢驗的。檢驗依據(jù)的標準主要有：JB626《水輪機基本技術(shù)條件》；JB3161-82《水輪機模型試驗規(guī)程》及有關(guān)的材料，材料試驗，主要零部件等標準。合同規(guī)定的國外檢驗標準或技術(shù)協(xié)議中規(guī)定的參數(shù)和經(jīng)濟、技術(shù)指標也是出口檢驗的依據(jù)。

　　(2)檢驗項目：水輪機檢驗項目是依據(jù)合同、技術(shù)協(xié)議和產(chǎn)品標準和出口要求而確定的。檢驗內(nèi)容主要包括：資料(設(shè)計和制造)的審查，一般外觀檢驗；性能及經(jīng)濟技術(shù)指標檢測和包裝質(zhì)量檢查等。

　�、儋Y料審查：主要審查設(shè)計和制造的依據(jù)、圖紙、產(chǎn)品說明書、合格證及有關(guān)材料的材質(zhì)報告，性能試驗報告以及必要的試驗、檢測數(shù)據(jù)；

　　②一般外觀質(zhì)量檢查：根據(jù)有關(guān)標準規(guī)定，對水輪機主體及附屬裝置，零部件進行外觀質(zhì)量的全面檢查。主要內(nèi)容有：產(chǎn)品規(guī)格、型號、外形尺寸、銘牌等是否貨證相符。外觀質(zhì)量上是否有殘損、銹蝕滲漏；涂漆顏色和質(zhì)量是否符合出口要求；傳動部件是否轉(zhuǎn)動靈活、運轉(zhuǎn)平衡；控制部分是否靈敏、可靠、準確；焊接件的成型質(zhì)量和焊縫質(zhì)量等；

　�、坌阅茉囼灒和ㄟ^試驗檢查產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)、性能指標和經(jīng)濟指標是否達到標準或合同規(guī)定。

　　a.主要零部件的材料性能、加工尺寸、精度、裝配質(zhì)量和性能；

　　b.水輪機及附屬管路的壓力試驗；

　　c.轉(zhuǎn)輪密封試驗；

　　d.空載運行試驗；

　　e.水輪機次帶負荷試驗；

　　f.甩負荷試驗；

　　g.帶負荷72h連續(xù)試驗；

　　h.調(diào)速系統(tǒng)及自動化裝置系統(tǒng)的試驗，應符合其專門的技術(shù)條件；

　　i.合同或技術(shù)協(xié)議規(guī)定的其他項目；

　　j.氣蝕破壞試驗；

　　k.水輪機的效率驗收試驗，可根據(jù)合同或技術(shù)協(xié)議規(guī)定，用模型或真機驗收。模型試驗的方法按模型試驗規(guī)程，在能量試驗臺和汽蝕試驗臺上進行。采用真機驗收時，可在機組運行一年后進行。

　　水輪機的有不同的類別，它的分類特點及適用如下表所示：