横流式水轮机
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①空气泄流阀
②导向扇叶
③水轮机壳体（图中所有灰色部分）
④转轮
⑤可拆卸的后侧外壳
⑥扇叶
⑦水流
⑧轴承
横流式水轮机（英语：Cross-Flow Turbine）又称为本吉式水轮机（英语：Bánki-Michell turbine）或是奥斯伯杰式水轮机（德语：Ossberger turbine）[1]是由澳大利亚机械工程师安东尼·米歇尔，匈牙利工程师多纳特本吉以及德国工程师弗里茨奥斯伯杰，所设计出的水轮机类型。米歇尔于1903年因为自身所设计的水轮发电机组而获得专利，并长年任职于韦茅斯生产公司时，制造了许多以他自己设计专利为基础的发电机组。奥斯伯杰的第一项专利认证在1933年获得（"自由喷气涡轮机" 1922年，帝国专利编号361593以及"横流式水轮机" 1933年，帝国专利编号615445），并且，他将其设计的这种水轮机订为标准产品。如今，奥斯伯杰透过成立公司来成为这种类型水轮机的领导制造商。
横流式水轮机不像大多数流体为径向或轴向流入的水轮机类型，而是流体直接通过水轮机的侧面或是直接穿过水轮机扇叶。作为一种水车衍生类型，水流自水轮机的边缘进入。后流入转轮之中，然后流体会从水轮机的相反侧离开机组。此种设计会使得流体流过转轮两次，从而获得额外的效益。当流体离开转轮后，也能够带走转轮上的杂物并且清理它。横流式水轮机属于一种低速装置，因此其适合安装于低水头，高流速的站点。
虽然该图中为简单起见仅显示一座喷嘴，不过最有效益的横流式水轮机通常会设置有两座喷嘴，并且其设置位置不会让水流互相干扰。
横流式水轮机其构造设计上通常会设有两座不同容量的水轮机，并且使用相同的轴承。水轮机转轮具有相同的直径，但不同的长度，能够使得在相同水压下应付不同的体积。更进一步划分，通常转轮的建置上，都会以1：2的体积来配置。调节单元部分也精细配置后，其水轮机的上游部分的导向叶片系统能够提供灵活的操作，使得水轮机仅需要取决于流量多寡来决定是33，66或100％的能量输出。由于横流式水轮机相对简单的结构设计，因此在运转成本上成本能够取得低运转成本的效益。
设计资讯
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横流式水轮机其主要结构上包括一支水平轴承的圆柱形水轮或转轮，以及设置成沿径向和切向组成的转轮扇叶（扇叶数最多37片）。转轮上扇叶，其边缘会被削制成尖锐状，以降低其对水流动的阻力。水轮机扇叶是安装在部分圆形状的横截面之中。其端部会焊接在圆盘壳体上，以形成像仓鼠笼的形状，也因为这样的构造，横流式水轮机有时也被戏称为“鼠笼水轮机”；其代替了轴承，使得横流式水轮机具有槽形的钢扇叶。
水流一开始会先从水轮机外部刘入水轮机之中。水轮机的调节装置，形如一片扇叶或舌片，来改变水流流入水轮机管路的截面流量。水会透过喷嘴被射向圆柱状的转轮。水进入转轮后，会以约45/120的角度传递动能，来推动圆柱状的扇叶。
调节装置会依照当下环境中所需要的电力，以及多少可用的水作为基础来控制进入水轮机的水流量。其控制比率为，水（0-100％）流入到0-100％×30/4扇叶中。水进入到两个座喷嘴是由两片导向扇叶来进行节流控制。这些分流和导引水流流动的控制，使得水流能够进入任何宽度的开口并顺利进入转轮。水轮机机壳边缘的导向扇叶通常状况下都为密封的状态，从而当进水量降低时，扇叶便能够立即切断供水。因此，导向扇叶是作为压力钢管和水轮机之间的重要阀门。而两片导向扇叶可透过控制杆来设定，向其自动或手动遥控扇叶的开关状态。
水轮机的几何结构（包含，喷嘴-转轮-轴承），确保了水射流是有功效的。水会在进入转轮时作功两次，但当水进入转轮后，大部分的功率都被第一转轮所接收，当水离开水轮机时，仅剩下⅓的能量传递到转轮上。
横流式水轮机水通过扇叶的通道共为两个方向：由外往内以及由内往外。大多数的水轮机都会装有两座喷嘴，并且会布置成两柱喷嘴喷流在转轮上并且不互相影响运转。然而，至关重要的要点是，其水轮机，水头和转轮速度必须要协调一致。
横流式水轮机是冲击式水轮机的类型，因此其在转轮中的水流压力是始终保持在恒定状态的。
优势
[编辑]横流式水轮机的运转最高效率与卡布兰式水轮机，法兰西斯式水轮机或佩尔顿式水轮机相比较为弱势。然而，横流式水轮机具有在不同的负载环境下，运转效率曲线相对平稳的优势。由于横流式水轮机将转轮和涡轮室一分为二，因此水轮机在保持其效率的同时，流体流动的负载从1/6变化到最大。
由于它具有造价低廉，和良好的调节的优点，横流式水轮机主要用于小型和不足两千千瓦的小型水力发电厂以及水头高度低于200米的站点。
其中，小型的川流式水力发电厂，特别是部分小型河川或季节性河川，它们会有阶段性的几个月，或是几个季节会有通水量大为减少的时候。这时如果这些发电厂内是安装横流式水轮机，其平顺的运转效率曲线能够让发电厂拥有比起其他水轮机类型来得更好的全年运转效率。如果发电厂内所安装的水轮发电机组具有极高的高峰发电效能，但在某些时段与负载其发电效率不佳之状况下，这样的水轮机发电机组比起具有平顺效率曲线的横流式水轮发电机组所收益的全年运转效率更为惨淡。
由于横流式水轮机优异的平顺负载表现，因此它非常适合安装于远端遥控而无人驻守的水力发电厂。并且，其结构简单使得它比其他类型的水轮机更易于维护；横流式水轮机，只有三个旋转组件，而最重要的保养重点上，只有两个轴承必须要较仔细维护而已。由于其过于简易的结构设计，因此在维护上，仅只需要安装站点当地的工程是或是技工便能够自行维护，不须额外聘请专门工程师或驻厂工程师。
另一个优点是，它可以随时清洁自己本身，当水离开了转轮时，由于其自身设计，也会将夹带在转轮中的树叶、草等一并带走，而不会留在转轮之中，以防止耗损的状况。因此，虽然横流式水轮机相对于于其他种类的水轮机来说效率较低，但相对地更为可靠。横流式水轮机大部分状况下，几乎都不需要清理水轮机转轮，因为其二次反向的水流以及速度的变化就会把异物带走，而其他种类的水轮机，虽然拥有较高的运转效能，但其因为无法自行清除转轮中异物的缺陷，而导致自身运转效率会因为转轮中的异物而耗损。
参见
[编辑]资料来源
[编辑]- ^ E.F. Lindsley, Water power for your home, Popular Science, May 1977, Vol. 210, No. 5 （页面存档备份，存于互联网档案馆）, 87-93.