水輪機(jī)的相似原理及特性曲線省名師優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件市賽課百校聯(lián)賽優(yōu)質(zhì)課一等獎(jiǎng)?wù)n件

浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/第三章水輪機(jī)相同原理及特征曲線第一節(jié)水輪機(jī)相同原理概述

一、幾個(gè)基本概念

1、水輪機(jī)特征

水輪機(jī)在不一樣工況下運(yùn)行時(shí)，各運(yùn)行參數(shù)(H，Q，n，N，η，б)及這些參數(shù)之間關(guān)系，稱(chēng)水輪機(jī)特征。因?yàn)樗啓C(jī)水流條件復(fù)雜，研究水輪機(jī)特征需要理論與試驗(yàn)相結(jié)合。1/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/sdz2、模型試驗(yàn)原型：尺寸大，試驗(yàn)困難，不經(jīng)濟(jì)。模型：(D:250～460mm，H：2～6m)

3、相同理論研究相同水輪機(jī)之間存在相同規(guī)律，并確立這些參數(shù)之間換算關(guān)系理論。2/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/二、水輪機(jī)相同條件

1、幾何相同：過(guò)流通道幾何形狀相同

(1)過(guò)流通道對(duì)應(yīng)角相等：βe1＝βe1M

；βe2＝βe2M

；Φ＝ΦM……(2)對(duì)應(yīng)尺寸成百分比：D1/D1M＝b0/b0M＝a0/a0M＝…….(3)對(duì)應(yīng)部位相對(duì)糙率相等：△/D1＝△M/D1M

幾何相同一套水輪機(jī)系列——輪系。同一輪系水輪機(jī)才能建立運(yùn)動(dòng)相同和動(dòng)力相同。

3/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/

2、運(yùn)動(dòng)相同：

(1)過(guò)流通道對(duì)應(yīng)點(diǎn)速度方向相同。

(2)過(guò)流通道對(duì)應(yīng)點(diǎn)速度大小對(duì)成百分比，即速度三角形相同。

同一輪系水輪機(jī)，保持運(yùn)動(dòng)相同工作情況——相同工況

3、動(dòng)力相同(壓力、慣性力、重力、摩擦力等)

同一輪系水輪機(jī)，水流對(duì)應(yīng)點(diǎn)所受同名作用力方向相同、大小成百分比。4/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/第二節(jié)水輪機(jī)相同率、單位參數(shù)和比轉(zhuǎn)速一、水輪機(jī)相同定律

相同定律：水輪機(jī)在相同工況下運(yùn)行時(shí)，各工作參數(shù)(H、n、N、η)之間固定關(guān)系。建立模型與原型水輪機(jī)各個(gè)參數(shù)之間關(guān)系。

1、轉(zhuǎn)速相同律：即原型和模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)速之間關(guān)系。5/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/sdz2、流量相同律：幾何相同、相同工況下流量之間關(guān)系。(a=aM)3、出力相同律即原型和模型水輪機(jī)出力之間關(guān)系。

均為固定值，QM能夠測(cè)得，若η0M、ηsM、η0、ηj已知，可求出Q。6/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/二、單位參數(shù)(在不一樣輪系之間進(jìn)行比較)

將模型試驗(yàn)結(jié)果化成為D1M=1m，HM=1m標(biāo)準(zhǔn)情況下參數(shù)—單位參數(shù)，分別用表示。假定：

(實(shí)際上，原型效率大于模型效率，需修正)7/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/sdz1、單位流量

2、單位轉(zhuǎn)速

3、單位出力8/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/sdz通慣用Q1'，n1'表示水輪機(jī)運(yùn)行工況。當(dāng)幾何相同，單位流量和單位轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)相等時(shí)，兩個(gè)水輪機(jī)工況相同。對(duì)同一輪系水輪機(jī)在不一樣工況下單位參數(shù)分別為一常數(shù)(工況不一樣，單位參數(shù)不一樣)。單位參數(shù)由模型試驗(yàn)得出→原形水輪機(jī)參數(shù)(對(duì)應(yīng)工況)。水輪機(jī)在最優(yōu)工況下單位參數(shù)——最優(yōu)單位參數(shù)，用(Q'10,n'10,N'10)表示。9/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/三、水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速定義：同一輪系水輪機(jī)，當(dāng)其工作水頭H=1m，出力N=1kW時(shí)，所含有轉(zhuǎn)速。是表示水輪機(jī)特征一個(gè)綜合參數(shù)(與D1無(wú)關(guān))，能將水輪機(jī)各個(gè)參數(shù)n、H、N之間關(guān)系綜合反應(yīng)出來(lái)，代表了水輪機(jī)輪系特征。

ns隨工況改變，普通按Hr、Ne、ne確定該水輪機(jī)輪系特征參數(shù)。10/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/sdz水輪機(jī)牌號(hào)中轉(zhuǎn)輪型號(hào)，即是比轉(zhuǎn)速。不一樣輪系，有不一樣比轉(zhuǎn)速。當(dāng)前，各種類(lèi)型水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速大致范圍為：貫流式：ns=600-1000軸流式：ns=200-850斜流式：ns=150-350混流式：ns=50-300水斗式：ns=10-35(單噴嘴)11/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/sdz不一樣比轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)輪形狀12/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/sdz討論：相同水輪機(jī)，工況相同，ns相同。不一樣ns

，反應(yīng)不一樣輪系水輪機(jī)特征。當(dāng)H一定時(shí)：ns↑→N↑→n↑。機(jī)組尺寸縮小，投資降低，所以提升比轉(zhuǎn)速能夠降低造價(jià)。當(dāng)H和N一定時(shí)，ns越高，空蝕系數(shù)越大，需要增加廠房開(kāi)挖。比轉(zhuǎn)速增加，單位流量增加，b0/D1增大，葉片數(shù)目降低。13/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/第三節(jié)水輪機(jī)效率換算與單位參數(shù)修正一、效率換算經(jīng)驗(yàn)公式前面單位參數(shù)公式是假定在相同工況下，η=ηM，但實(shí)際上η>ηM(約2%～7%)。其原因是：→→其中Δ/D為相對(duì)粗糙度14/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/第三節(jié)水輪機(jī)效率換算與單位參數(shù)修正二、水輪機(jī)效率換算經(jīng)驗(yàn)公式

1、最優(yōu)工況下效率修正采取1963年國(guó)際電工委員會(huì)推薦公式：混流：

軸流：15/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/sdz2、普通工況HL、ZD：ZZ：注意：軸流式水輪機(jī)，每個(gè)葉片轉(zhuǎn)角都對(duì)應(yīng)一個(gè)最優(yōu)工況。三、單位參數(shù)修正最優(yōu)工況時(shí)：其它工況時(shí)：

16/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/第四節(jié)水輪機(jī)主要綜合特征曲線一、水輪機(jī)模型試驗(yàn)介紹目標(biāo)：確保水輪機(jī)在工作范圍內(nèi)高效率、穩(wěn)定運(yùn)行。研究水輪機(jī)在各種工況下能量特征、空蝕特征等。任務(wù)：水輪機(jī)模型試驗(yàn)是按一定百分比將原形水輪機(jī)縮小為模型水輪機(jī)，并采取較低模型水頭HM和較小QM進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)出各工況下工作參數(shù)，然后經(jīng)過(guò)相同公式換算和修正得出該輪系綜合參數(shù)。類(lèi)型：能量試驗(yàn)、空蝕試驗(yàn)、飛逸試驗(yàn)、軸向水推力試驗(yàn)等。17/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/綜合特征曲線是多參數(shù)之間關(guān)系曲線。以(n1',Q1')為坐標(biāo)場(chǎng)，繪制η、a0、б等值線。首先計(jì)算各個(gè)工況點(diǎn):

(1)等開(kāi)度線繪制

(2)等效率線繪制

(3)5%出力限制線繪制

(4)等汽蝕線繪制二、水輪機(jī)主要綜合特征曲線18/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/混流式水輪機(jī)模型綜合特征曲線19/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)模型綜合特征曲線ZZ440模型綜合曲線20/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/軸流定漿式水輪機(jī)模型綜合特征曲線21/24浙江水專(zhuān)國(guó)家精品課程《水電站》/沖擊式水輪機(jī)模型綜合特征曲線22/24浙江水專(zhuān)