水輪機(jī)復(fù)習(xí)大綱

1、水輪機(jī)總復(fù)習(xí)第一章、緒論基本概念1、水輪機(jī)的概念：將水流機(jī)械能轉(zhuǎn)換為固體旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的水力機(jī)械稱為水輪機(jī)。2、水力原動(dòng)機(jī)與水力工作機(jī)：利用水能做功的水力機(jī)械；把其他能量轉(zhuǎn)變?yōu)樗艿乃C(jī)械，如水泵。3、水輪機(jī)工作水頭：定義：水輪機(jī)的工作水頭是水輪機(jī)進(jìn)口與出口處單例重量水流的能地差值。水電站的毛水頭：考慮上下游的流速。水電站的靜水頭：上下游水位差。水電站的凈水頭：定義上等于毛水頭 -引水損失；計(jì)算時(shí)采用靜水頭-引水損失。另外，明確進(jìn)出口斷面的含義。4、水輪機(jī)的型式：沖擊與反擊；種類(lèi)： 7種，11種。5、沖擊與反擊的定義，區(qū)別：水能利用方式、結(jié)構(gòu)、水流系統(tǒng)壓力變化、進(jìn)水方式等。6、水輪機(jī)的基本結(jié)構(gòu)：

2、過(guò)流部件及作用，反擊與沖擊的區(qū)別，那些是必須部件，如沖擊式的噴嘴，反擊式的尾水管等。7、水輪機(jī)的工作參數(shù)的定義：流量、出力、效率、轉(zhuǎn)速。8、水輪機(jī)牌號(hào)的表示：反擊式、水斗式、雙擊式、斜擊式的表示方法，各部分的意義。特別注意沖擊式的表不。9、水輪機(jī)標(biāo)稱直徑Di的定義（各類(lèi)型水輪機(jī)）10、水輪機(jī)過(guò)流部件的名稱、作用?；竟?、水頭定義式、水頭計(jì)算式、水輪機(jī)功率及效率計(jì)算式。 三、基本計(jì)算水輪機(jī)功率的計(jì)算： P=9.81QH y （KW）水頭的計(jì)算:P11VP11V121 2gM22gZ P2 *Z Z 且Z 2Z1 Z 22g3、水輪機(jī)效率計(jì)算：Pr( kW ) 0/ Pg /%9 .81 QH

3、9 .81 QH第二章水輪機(jī)工作原理、基本概念1、轉(zhuǎn)輪中的流動(dòng)：復(fù)合運(yùn)動(dòng)：絕對(duì)運(yùn)動(dòng) =相對(duì)運(yùn)動(dòng)+牽連運(yùn)動(dòng)；V W U2、軸面、流面的概念：軸面上的流動(dòng)，軸面速度Vm及其分量；旋轉(zhuǎn)流面上的流動(dòng)，相對(duì)速度W及其分量Wm,Wu。3、速度三角形：三條邊（u ,w,v）其他分量（Vm,Vu ）;4、水輪機(jī)工況，最優(yōu)工況，非最優(yōu)工況，無(wú)撞擊進(jìn)口、法向出口。最優(yōu)進(jìn)出口狀態(tài)。無(wú)撞擊進(jìn)口的含義：相對(duì)速度與葉片進(jìn)口處骨線切線方向一致。法向出口：轉(zhuǎn)輪出口絕對(duì)速度V2與圓周方向垂直（Vu2=0）5、水輪機(jī)進(jìn)出口環(huán)量的概念：定義式，由哪些部件形成6、葉片排擠系數(shù)小，實(shí)質(zhì)是有效過(guò)流面積系數(shù)。Z6、葉片排擠系數(shù)小，實(shí)質(zhì)是有

4、效過(guò)流面積系數(shù)。Z1 ,排擠系數(shù)與葉片厚度、葉片數(shù)關(guān)系;2 R7、水輪機(jī)效率的幾個(gè)概念：水力效率、容積效率、機(jī)械效率、總效率。 二、基本理論1、水輪機(jī)工作原理：水流通過(guò)水輪機(jī)流道時(shí)，強(qiáng)迫水流的動(dòng)量矩發(fā)生變化，水流把能量傳遞給轉(zhuǎn)輪。水輪機(jī) 基本方程式導(dǎo)出的依據(jù)。2、水輪機(jī)基本方程式： 表達(dá)形式3種；意義：能量平衡式；水輪機(jī)做功的必要條件：進(jìn)口環(huán)量大于出口環(huán)量。3、水輪機(jī)變工況時(shí)效率下降的原因分析: 原因。3、水輪機(jī)變工況時(shí)效率下降的原因分析: 原因。水頭變化、導(dǎo)葉開(kāi)度變化；轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的協(xié)聯(lián)關(guān)系及高效區(qū)寬廣三、基本計(jì)算1-水輪機(jī)進(jìn)出口速度三角形的計(jì)算一一 度三角形。1:按導(dǎo)葉出口條件計(jì)算進(jìn)口速度

5、三角形，按出口葉片角計(jì)算出口速UiD1-水輪機(jī)進(jìn)出口速度三角形的計(jì)算一一 度三角形。1:按導(dǎo)葉出口條件計(jì)算進(jìn)口速度三角形，按出口葉片角計(jì)算出口速UiDn 60D 2n60Vm1Vm2Q心QF7o(HL )或 Vu iZctan Dboo(ZL )已知軸流式水輪機(jī)的參數(shù)為D1=0.7m, dh=0.28m, b=0.28m, Q=2m3/s, n=500r/min , o=55。t求 D=0.5 的圓柱層上（2b =25 ）的轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口速度三角形（繪出進(jìn)、出口速度三角形）。2-水輪機(jī)進(jìn)出口速度三角形的計(jì)算一一2:按法向出口和水輪機(jī)基本方程式計(jì)算進(jìn)出口速度三角形U1D 1n .Vm1QQ ； V

6、u 1F1gH60 U1U2D2nVm2Q .90 060;F2 ；2已知 ZZ560 LH 1130 水輪機(jī)的主要參數(shù)為：D1=11.3m, dh=0.4D1, H=18.6m, Q=1130m3/s, n=54.6r/min ,h 95% ,假定法向出口，試計(jì)算 D=10m圓柱層上的進(jìn)、出口水流速度三角形。3、速度三角形其他成分的計(jì)算。應(yīng)用三角形幾何關(guān)系。第三章水輪機(jī)相似原理一、基本概念1、水輪機(jī)相似的定義，水輪機(jī)相似三條件及其意義：幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似、動(dòng)力相似（力學(xué)）。2、水輪機(jī)工況相似的含義（運(yùn)動(dòng)相似 -宏觀流場(chǎng)相似），相應(yīng)的力學(xué)相似條件：壓力與慣性力相似。3、水輪機(jī)的相似律：?jiǎn)挝粎?shù)

7、分別相等。 n11和Q11分別相等。4、水輪機(jī)單位參數(shù)：nn、Q11P11的定義。5、水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速：定義式、其他表達(dá)式、單位制。特征比轉(zhuǎn)速。比轉(zhuǎn)速的意義：與水輪機(jī)性能、幾何形狀的關(guān)系。不同ns的水輪機(jī)應(yīng)用于不同水頭的原因（效率、空化、強(qiáng)度）二、基本理論1、水輪機(jī)相似律的導(dǎo)出：1）按力學(xué)相似：慣性力相似一一 斯托羅哈數(shù)一一 單位轉(zhuǎn)速壓力相似一一 歐拉數(shù)一一 單位流量；2）按運(yùn)動(dòng)相似一一 速度三角形相似一一 單位轉(zhuǎn)速、單位流量。2、水輪機(jī)效率修正：修正原因：粘性力不相似一一摩擦損失不同；不完全幾何相似，間隙與表面糙度不同。3、修正式的假設(shè)條件：摩擦損失為主、水力光滑區(qū)、圓管損失公式。4、修正式的適

8、用范圍：最優(yōu)工況一一 擴(kuò)大到其他工況。5、修正方法：固定葉片水輪機(jī)：等值修正；轉(zhuǎn)槳式：按角修正。四、基本計(jì)算模型一原型1:給出模型單位流量 Q1、單位轉(zhuǎn)速nn、單位出力 A及原型水頭H D求原型Q,n,P已知HL220-LJ-46模型水輪機(jī)的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速nii0=70r/min,單位流量 Qi=1n3/s,單位出力Pi=0.89kW,求原型水輪機(jī)HL220-LJ-550在H=64m時(shí)的車(chē)t速n,流量Q,出力P。（用一次式）模型一原型2:給出模型流量 Qm單位轉(zhuǎn)速n穆匹單位出力Pm及原型水頭H D1求原型Q,n,P已知模型水輪機(jī)HL160-LJ-25的參數(shù)為HM=2m, nM=382r/min,

9、 QM=53l/s, Pm=0.94KW,求原型水輪機(jī)HL160-LJ-210在H=64m時(shí)的轉(zhuǎn)速n,流量Q與出力P各為多少？注：可用一次近似式計(jì)算原型一原型：1）同一水輪機(jī)水頭變化（大壩加高）；2）水頭相同，直徑不同。1）某水電站裝置 HL220 LJ 550水輪機(jī)在低填階段設(shè)計(jì)水頭為H1=49m, n=88.3r/min , Qi =240m3/s,1=94%, P1=112MW,現(xiàn)計(jì)算將大壩加高，力口高后H=56m,求此時(shí)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，流量與出力 TOC o 1-5 h z 2）某電站的水頭為H=24m,該電站裝置兩種同系列但尺寸不同的水輪機(jī)，其中一種水輪機(jī)的型號(hào)為HL220LJ200，

10、轉(zhuǎn)速 n=150r/min, Q=32m3/s, P1=18600kw,在同樣水頭下，求另一種水輪機(jī) HL220 -LJ 100的轉(zhuǎn)速n2 、流量Q2與出力P2（假定兩水輪機(jī)效率相同，工況相似）。（注：可按一次近 似式計(jì)算）解：根據(jù)一次近似公式有：ni D 11n2 D 12:Q 1Q 2,H ik H 2D i2H iD 12H 2300 r / m TOC o 1-5 h z H1=H2=24m, D 11=200cm=2m, D 12=100cm=1m,由止匕：n n D 打化。200300 r / m21 D 121002Q2 Qi D；32 ! 8m3 /s HYPERLINK l

11、bookmark26 o Current Document D；223）某電站裝置一臺(tái) HL220-LJ-250水輪機(jī)，額定工況下n=166.6r/min ,出力20MW ,若電站擴(kuò)建另一臺(tái) 出力為80MW的水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪型號(hào)仍為 HL220,按與前水輪機(jī)相似工況條件（水頭不變），擴(kuò)建水輪機(jī)的轉(zhuǎn) 輪直徑與轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？P11P一；水頭不變，有P P11P一；水頭不變，有P DD 12 H1.5D 1BPb, PaD i80A艱202.55 .0mn11nD iH,水頭不變有naD iAn bD 1A n a2 .5166.683.3解:n5D 1BA 2 1 APbD 12B水輪機(jī)效率修正：混流

12、、轉(zhuǎn)槳水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速的計(jì)算：ns 一（m.kW）;ns 3.13nli八;Q11rH4五、基本公式單位轉(zhuǎn)速、單位流量、單位出力表達(dá)式（一次近似、二次近似）效率修正式：混流、軸流轉(zhuǎn)槳。單位參數(shù)修正式。比轉(zhuǎn)速計(jì)算式。第四章水輪機(jī)空化一、基本概念1、水輪機(jī)空化的特征：外部表現(xiàn)。2、水流空化與空蝕的定義；3、空化與沸騰的異同點(diǎn)；4、空化核的概念、存在型式；5、幾種空化的類(lèi)型：翼型空化、間隙空化、局部空化、空腔空化；6、水輪機(jī)空化系數(shù)、裝置空化系數(shù)、吸出高度的定義；各參數(shù)的意義； TOC o 1-5 h z 222例如空化系數(shù)：Ww2-w 2-是水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪形成的動(dòng)態(tài)真空的相對(duì)值，式子右邊第一項(xiàng)是葉片繞2g

13、H 2g流，葉片上流速分布不均勻形成的動(dòng)態(tài)真空，第二項(xiàng)是尾水管形成的動(dòng)態(tài)真空。7水輪機(jī)理論吸出高度的定義：葉片壓力最低點(diǎn)到下游水面的幾何高程（+,-）8、工程吸出高度的規(guī)定；不同水輪機(jī)不同，立式、臥式不同；9、吸出高度計(jì)算式各項(xiàng)的意義：Hs 10 E/900 （ ）h ;計(jì)算吸出高時(shí)空化系數(shù)修正的原因：1）不完全力學(xué)相似；2）能量法的因素；3）空化的尺寸效應(yīng)、水頭效應(yīng)，4）留安全余量；二、基本理論1、水流空化的機(jī)理：內(nèi)因、外因；2、空化的發(fā)生、發(fā)育與潰滅；3、空蝕的發(fā)生機(jī)制及破壞特征；4、空化與水輪機(jī)工況的關(guān)系；空化與安裝高的關(guān)系。5、空腔空化發(fā)生的原因與防止方法；6、水輪機(jī)空化的類(lèi)型與發(fā)生部

14、位：翼型空化、間隙空化、局部空化的易發(fā)部位。7、水輪機(jī)允許吸出高度的確定：保證葉片壓力最低點(diǎn)的壓力大于汽化壓力。8、空蝕的破壞特征（蜂窩狀，無(wú)金屬光澤），與泥沙磨損的區(qū)別；9、尾水管補(bǔ)氣裝置10、水輪機(jī)飛逸的概念，飛逸時(shí)的能量平衡；11、水輪機(jī)軸向水推力的產(chǎn)生原因，計(jì)算方法，用途；12、防治水輪機(jī)空化的措施：設(shè)計(jì)、運(yùn)行、材料、表面防護(hù)等； 三、基本計(jì)算1、吸出高度的計(jì)算2、空化發(fā)生與否的判斷：1）比較運(yùn)行吸出高度與實(shí)際吸出高度；2）比較空化系數(shù)與裝置空化系數(shù)。某水電站裝置的混流式水輪機(jī)安裝高程為450m,水輪機(jī)的空化系數(shù)為 0.13（原型），水輪機(jī)工作水頭為48m,若此時(shí)尾水位為446m,試判

15、斷水輪機(jī)是否會(huì)發(fā)生空化。（導(dǎo)葉高度bo=2m）解：水輪機(jī)允許吸出高度：Hsj=10-450/900-0.13*48=3.26m水輪機(jī)實(shí)際吸出高度： 安 尾 Hs bo / 2Hs安 bo / 2 尾 45014463 mHs Hsj ,不會(huì)發(fā)生空化。3、水輪機(jī)安裝高程計(jì)算：安 尾 Hs bo / 2 （或0 .41 D 1）HL160LJ520水輪機(jī)在設(shè)計(jì)工況下的空化系數(shù)為0.075,水輪機(jī)設(shè)計(jì)水頭 Hr為120m,若設(shè)計(jì)尾水位為 450m,且水輪機(jī)導(dǎo)葉相對(duì)高bo 0.25D1 ,試確定水輪機(jī)的安裝高程。 四、基本公式221、空化系數(shù)表達(dá)式：w k w 221、空化系數(shù)表達(dá)式：w k w 22

16、 gHPa Pv2、裝置空化系數(shù)表達(dá)式：2V22gH各項(xiàng)意義;Hs 10 E / 900Hs3、吸出高計(jì)算式； Hs=10-E/900-( b + b )H3、安裝高計(jì)算式：安 尾 Hs bo / 2（或0.41 D1）第五章混流式水輪機(jī)一、概念基本1、混流式水輪機(jī)的特點(diǎn)：1）流動(dòng)特點(diǎn)徑向流入軸向流出；2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：由上冠、葉片、下環(huán)組成，強(qiáng)度高；3）性能特點(diǎn)，葉片不可調(diào)，偏離設(shè)計(jì)工況效率降低。4）應(yīng)用特點(diǎn)：比轉(zhuǎn)速范圍廣 40350（m.kW），應(yīng)用于30700m水頭。2、混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的接構(gòu)：上冠、葉片、下環(huán)、泄水錐、上下止漏環(huán)、減壓板。3、空化與振動(dòng)：3055%負(fù)荷存在振動(dòng)區(qū)（空腔空化）

17、；4、混流式水輪機(jī)的引水室：40m，金屬蝸殼，包角3450。5、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的作用：調(diào)節(jié)流量、改變環(huán)量、開(kāi)關(guān)水輪機(jī)。6、導(dǎo)葉開(kāi)度的幾個(gè)概念：導(dǎo)葉開(kāi)度、相對(duì)開(kāi)度、最大開(kāi)度、最優(yōu)開(kāi)度。7、混流式轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)理論一元理論、二元理論。8、尾水管動(dòng)能恢復(fù)系數(shù)、尾水管損失、尾水管損失系數(shù)、尾水管相對(duì)損失；9、導(dǎo)葉三種不同形狀斷面：正曲率、負(fù)曲率、對(duì)稱；作用、應(yīng)用。10、與半蝸殼相配合 的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)用對(duì)稱形導(dǎo)葉，原因：蝸殼中流動(dòng)不均勻，有須增環(huán)量、有須減環(huán)量，折衷用對(duì)稱形。10、不同比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)出口動(dòng)能的大小及尾水管相對(duì)損失的大小。11、尾水管的類(lèi)型|:直錐、彎肘、喇叭12、彎肘尾水管的組成：直錐段、肘管段、水平擴(kuò)散

18、段；二、基本理論1、蝸殼流動(dòng)規(guī)律：有勢(shì)，軸對(duì)稱均勻流入，速度分布：Vu,Vr;2、蝸殼水力計(jì)算的理論依據(jù)；3、蝸殼包角大小與流態(tài)的關(guān)系；4、金屬蝸殼的斷面形狀：圓、橢圓，原因；5、金屬蝸殼與碟形邊座環(huán)聯(lián)接的原因；6、一元理論的特點(diǎn)，二元理論的特點(diǎn)。寫(xiě)出相應(yīng)表達(dá)式，如：二元理論軸面流網(wǎng)特點(diǎn)：r pC；7、尾水管恢復(fù)轉(zhuǎn)輪出口動(dòng)能的原理；8、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)流量原理；水輪機(jī)流量調(diào)節(jié)方程，可調(diào)節(jié)流量的參數(shù)：導(dǎo)水機(jī)構(gòu)參數(shù)、水輪機(jī)工作參數(shù)；水輪機(jī)流量調(diào)節(jié)的三種途徑：導(dǎo)水機(jī)構(gòu)高度、導(dǎo)葉出口角、葉片角度、雙調(diào)（導(dǎo)葉開(kāi)度與葉片角）；9、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的水力損失：與導(dǎo)水機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)的關(guān)系，與工況的關(guān)系，與水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速的關(guān)系

19、（低比速水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)損失大于高比速水輪機(jī)）；10、尾水管參數(shù)選擇的原則：考慮恢復(fù)系數(shù)、空腔空化，深度選擇時(shí)，高比速選大值、定槳選大值。三、基本計(jì)算1、尾水管恢復(fù)系數(shù)計(jì)算：某水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪出口平均流速V2=6m/s,尾水管出口流速 V5=1.25m/s,水輪機(jī)工作水頭H=10m ,若尾水管內(nèi)的水力損失為0.5m水頭，求尾水管的相對(duì)水力損失與恢復(fù)系數(shù) W 。V22藥wI (hn 2-g)V22gV22藥wI (hn 2-g)V22g黑(0.5篇)61961.84 0.58 68.5%1.842、導(dǎo)葉開(kāi)度的計(jì)算:a。D1 ZomomDim ZO第六章軸流式水輪機(jī)一、基本概念1、軸流式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)輪如螺旋槳、葉片斷面空氣動(dòng)力翼型、葉片可做成可調(diào) 2、性能特點(diǎn)：?jiǎn)挝涣髁看?，過(guò)流能力強(qiáng)，單位轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)速高，比轉(zhuǎn)速高，空化系數(shù)大。3、混凝土蝸殼斷面形狀：四種形式，優(yōu)缺點(diǎn)（水力性能、對(duì)機(jī)組水平、平面尺寸的影響、對(duì)設(shè)備布置及開(kāi)挖量的 影響。4、外蝸殼包角的選擇，包角的影響（水力性能