水力機(jī)械原理與設(shè)計(jì)課件

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ第一章水力機(jī)械概述水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述第一節(jié)水力機(jī)械的定義

流體機(jī)械是指以流體為工作介質(zhì)的機(jī)械設(shè)備。流體機(jī)械的工作過(guò)程，是流體的能量與機(jī)械的機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換過(guò)程或是不同能量的流體之間能量傳遞的過(guò)程。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)：

能量傳遞的方向不同華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述

原動(dòng)機(jī)將流體的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能用于驅(qū)動(dòng)其他的機(jī)械設(shè)備。水輪機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)力機(jī)、各種液壓馬達(dá)和各種氣動(dòng)工具等。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述

工作機(jī)則將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流體的能量，以便將

流體輸送到高處

有更高壓力的空間

克服管路阻力將流體輸送到遠(yuǎn)處例如各種泵、風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)等。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述流體機(jī)械可分成容積式和葉片式：

取決于流體與機(jī)械相互作用的方式。華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述容積式流體機(jī)械：

工作介質(zhì)處于一個(gè)或多個(gè)封閉的工作腔中，工作腔的容積是變化的，機(jī)械與流體之間的相互作用力主要是靜壓力。華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述例如往復(fù)活塞式流體機(jī)械：活塞與缸體形成一個(gè)封閉工作腔，介質(zhì)與機(jī)械間的相互作用力為活塞表面的壓力。當(dāng)介質(zhì)推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，是原動(dòng)機(jī)。當(dāng)活塞推動(dòng)介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，是工作機(jī)。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述葉片式流體機(jī)械的特點(diǎn)：

具有一個(gè)帶有葉片（動(dòng)葉）的轉(zhuǎn)子（葉輪impeller或轉(zhuǎn)輪runer）；

工作時(shí)介質(zhì)對(duì)葉片連續(xù)繞流；

介質(zhì)作用于葉片的力是慣性力；

流體由殼體與靜止葉柵的引入。華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述

渦殼、固定導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述

泵體、葉輪、導(dǎo)葉華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述葉片式機(jī)器中流體圓周分速度的變化及其意義：原動(dòng)機(jī)：cu=0—

（渦殼）導(dǎo)葉—

cu—

葉輪—

cu=0工作機(jī)：

cu=0—

葉輪—

cu—

導(dǎo)葉（渦殼）—

cu=0華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述結(jié)論：

葉輪進(jìn)、出口cu的變化與葉輪所轉(zhuǎn)換的能量成正比；機(jī)器進(jìn)口處通常沒(méi)有cu

機(jī)器出口處，通常不希望有cu

通過(guò)動(dòng)葉與靜葉以及渦殼的配合，可以滿(mǎn)足以上要求。華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述

葉片式流體機(jī)械可分成反擊式和沖擊式：

取決于流體在葉輪內(nèi)的壓力與速度的變化情況華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述反擊式葉輪：流體的壓力和速度都發(fā)生變化，流體與葉片交換的能量中既有壓力能（勢(shì)能）也有速度能（動(dòng)能）；華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述反擊式機(jī)器包括：（軸流式、徑流式和混流式（斜流式））華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述軸流式機(jī)組華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述在反擊式機(jī)器中：原動(dòng)機(jī)靜葉：c↑，p↓，但p>0；葉輪（轉(zhuǎn)輪）中，c↓，p↓工作機(jī)葉輪（轉(zhuǎn)輪）中，c↑，p↑，靜葉中，c↓，p↑華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述沖擊式葉輪：

流體的壓力是不變的，流體與葉片交換的能量中只有速度能（動(dòng)能）。

原動(dòng)機(jī)靜葉：c↑，p↓至

p=0；葉輪（轉(zhuǎn)輪）中，c↓，p不變工作機(jī)無(wú)沖擊式！?。∪A中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述沖擊式水輪機(jī)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述沖擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪（水斗）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述水力機(jī)械：

以液體為工作介質(zhì)葉片式

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述水力機(jī)械的主要類(lèi)型有：切擊式水輪機(jī)、雙擊式水輪機(jī)、混流式水輪機(jī)、斜流式水輪機(jī)、軸流式水輪機(jī)、離心泵、混流泵、斜流泵、軸流泵

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述第二節(jié)水力機(jī)械在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用

電力工業(yè)

水利工程

化學(xué)工業(yè)

石油工業(yè)

采礦工業(yè)

航天技術(shù)環(huán)保部門(mén)

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述第三節(jié)水力機(jī)械的主要性能參數(shù)

流量、水頭（揚(yáng)程）、轉(zhuǎn)速、效率、空蝕、水壓脈動(dòng)參數(shù)，稱(chēng)為水力機(jī)械的性能參數(shù)。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述一、流量Q

單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)機(jī)器的介質(zhì)的量（體積或質(zhì)量）稱(chēng)為流量。體積流量

：?jiǎn)挝粸閙3／s、l／s或m3／h質(zhì)量流量：?jiǎn)挝粸閗g／s、kg／min或kg／h華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述二、水頭、揚(yáng)程

以液柱高度表示的機(jī)器進(jìn)、出口斷面單位數(shù)量液體能量的差值H水輪機(jī)中：稱(chēng)為水頭葉片泵中：稱(chēng)為揚(yáng)程單位：m（N·m／N＝m）

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述計(jì)算公式：±號(hào)是分別用于泵與水輪機(jī)，液體通過(guò)泵時(shí)吸收能量，而通過(guò)水輪機(jī)時(shí)釋放能量。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述電站水頭與電站靜水頭的關(guān)系：水輪機(jī)水頭與電站水頭的關(guān)系：

ΔH為引水管路的水力損失華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述泵裝置揚(yáng)程：

H——全部管路損失的總和

裝置揚(yáng)程：泵將單位重力液體介質(zhì)從下游容器抽送到上游容器所做的功。在系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，裝置揚(yáng)程必等于泵的揚(yáng)程。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述裝置靜揚(yáng)程

揚(yáng)程之間的關(guān)系

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述三、轉(zhuǎn)速n

轉(zhuǎn)速n是葉輪（轉(zhuǎn)輪）旋轉(zhuǎn)的速度。單位：轉(zhuǎn)每分（r／min）

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述四、功率P與效率

工作機(jī)（泵）：功率P為機(jī)器的輸入功率原動(dòng)機(jī)（水輪機(jī)）：功率P為機(jī)器的輸出功率單位：kW華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)機(jī)器的介質(zhì)的能量變化總量（流體功率）可表示為

損失的存在，機(jī)器功率與流體功率之間有一差值

P。用效率

來(lái)衡量損失的大小，則有

或華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述五、葉片式流體機(jī)械的特性曲線

水力機(jī)械的各個(gè)性能參數(shù)并不是固定的，在機(jī)器運(yùn)行過(guò)程中，將隨著環(huán)境和調(diào)節(jié)過(guò)程而變化。但各參數(shù)的變化并不是獨(dú)立的，而是相互關(guān)聯(lián)的。一般說(shuō)來(lái)，可將水頭（揚(yáng)程）H、功率P和效率

視為轉(zhuǎn)速n和流量q的函數(shù)。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述泵性能曲線：注意工況的概念最優(yōu)工況設(shè)計(jì)工況華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述

第四節(jié)水力機(jī)械的結(jié)構(gòu)形式

一、葉輪的配置方式

多級(jí)配置

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述多流配置

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述二、水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述軸流式水輪機(jī)

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述導(dǎo)水機(jī)構(gòu)活動(dòng)導(dǎo)葉固定導(dǎo)葉轉(zhuǎn)輪蝸殼尾水管華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述貫流式水輪機(jī)

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述活動(dòng)導(dǎo)葉發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)輪葉片尾水管全貫流式：華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述燈泡貫流式水輪機(jī)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)輪尾水管轉(zhuǎn)輪活動(dòng)導(dǎo)葉華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述混流式水輪機(jī)

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述蝸殼尾水管轉(zhuǎn)輪活動(dòng)導(dǎo)葉固定導(dǎo)葉導(dǎo)水機(jī)構(gòu)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述斜流式水輪機(jī)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述切擊式水輪機(jī)

轉(zhuǎn)輪噴嘴噴針調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述三、葉片泵的結(jié)構(gòu)

用途廣泛，結(jié)構(gòu)種類(lèi)繁多華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述單級(jí)單吸懸臂式離心泵

葉輪泵體（蝸殼）泵蓋懸架（軸承支架）軸華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述單級(jí)雙吸水平中開(kāi)式離心泵

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述葉輪泵體軸華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述壓水室為雙渦殼華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述潛水電機(jī)葉輪蝸殼潛污泵華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述節(jié)段式多級(jí)泵

中段進(jìn)水段出水段平衡盤(pán)導(dǎo)葉葉輪華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述雙殼泵

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述雙殼體泵外殼體內(nèi)殼體（中段）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述蝸殼式多級(jí)泵（水平中開(kāi)式多級(jí)泵）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述立式軸流泵

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述四、立式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

不同參數(shù)機(jī)組的結(jié)構(gòu)和尺寸差別很大，按照軸和軸承的數(shù)量和位置并從振動(dòng)試驗(yàn)角度將立式機(jī)組的主要結(jié)構(gòu)類(lèi)型分為以下幾種：華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述特點(diǎn)：推力軸承位于發(fā)電機(jī)的上方，三個(gè)導(dǎo)軸承。運(yùn)行可靠，廠房高度高，機(jī)組結(jié)構(gòu)不夠緊湊。適用于轉(zhuǎn)速<200轉(zhuǎn)/分的中小型機(jī)組。懸垂式華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述傘式（推力軸承在下機(jī)架上）特點(diǎn)：推力軸承位于發(fā)電機(jī)的下面，有二個(gè)導(dǎo)軸承，上機(jī)架為非承重機(jī)架。機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，可以降低廠房地高度。適用于轉(zhuǎn)速較低的大型機(jī)組。華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述傘式（推力軸承在頂蓋上）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述半傘式（推力軸承在下機(jī)架上）特點(diǎn)：推力軸承位于發(fā)電機(jī)的下面，有三個(gè)導(dǎo)軸承，上機(jī)架為非承重機(jī)架。適用于大型機(jī)組。華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述半傘式（推力軸承在頂蓋上）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述第五節(jié)水力機(jī)械理論與設(shè)計(jì)方法的現(xiàn)狀與發(fā)展

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述一、水力機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)分析

準(zhǔn)三維解：將三維流動(dòng)簡(jiǎn)化為兩個(gè)相關(guān)二維流面，即s1、s2流面，在s1和s2流面上迭代求解。三維Euler解：將三維N-S方程中的粘性項(xiàng)略去，得到三維Euler方程，在求解域中解Euler方程。三維粘性解：從平均NS方程出發(fā)，輔以一定的湍流模式，求解平均NS方程。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述二、水力機(jī)械設(shè)計(jì)方法

一元理論：假定轉(zhuǎn)輪軸面速度沿過(guò)水?dāng)嗝婢鶆蚍植?。二元理論：假定轉(zhuǎn)輪軸面流為軸對(duì)稱(chēng)有勢(shì)流動(dòng)?！耙辉搿崩碚摚赫J(rèn)為轉(zhuǎn)輪軸面流動(dòng)既不是均勻流動(dòng)也不是有勢(shì)流動(dòng)，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)直接給定軸面速度的分布規(guī)律。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法避免計(jì)算的困難，不得不引入一些簡(jiǎn)化條件，以求用簡(jiǎn)單的方法對(duì)流動(dòng)進(jìn)行分析計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上確定通流部件的幾何尺寸。由于這些簡(jiǎn)化而產(chǎn)生的誤差，則通過(guò)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正或通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。

一般的步驟為：簡(jiǎn)化——

經(jīng)驗(yàn)——

數(shù)表——

修正——模型試驗(yàn)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上，引入內(nèi)部流動(dòng)分析（CFD）、性能預(yù)估計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)理論、工質(zhì)物性計(jì)算以及強(qiáng)度計(jì)算和CAD、CAM等先進(jìn)技術(shù)，發(fā)展為現(xiàn)代水力機(jī)械的設(shè)計(jì)體系。直接用三元流動(dòng)分析方法求解反問(wèn)題在技術(shù)上尚有困難，所以實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)反復(fù)依次求解正、反問(wèn)題的過(guò)程。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述

軟件名稱(chēng) 功能和用途 適用部件SDRC-IDEAS實(shí)體造型幾何分析 水輪機(jī)所有部件

剛、強(qiáng)度分析

TASCflow

CFD求解前后處理器水輪機(jī)所有部件性能預(yù)測(cè)

ICEMCFD 通流部件網(wǎng)格劃分水輪機(jī)所有部件

bbX

轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)輪Turbogrid

轉(zhuǎn)輪網(wǎng)格劃分 轉(zhuǎn)輪SWINExcel通流部件設(shè)計(jì)蝸殼、固定導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉、尾水管

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換第二章葉片式流體機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換

第一節(jié)流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)分析一、葉輪流道（葉片）投影圖及主要尺寸華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換離心泵軸面投影圖華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換葉片表面方程：

＝

（r，z）工程中表達(dá)葉片表面的方法:投影圖圓柱坐標(biāo)系中的投影方法：旋轉(zhuǎn)投影軸面投影＋平面投影華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換葉輪的軸面投影圖:

反映了葉輪的總體尺寸和特征軸面投影圖平面投影圖華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換離心泵葉輪：主要尺寸：D1、D2、b1、b21—進(jìn)口；2—出口；D—直徑；b—寬度華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換混流（斜流）泵葉輪：主要尺寸：D1、D2、b1、b21—進(jìn)口；2—出口；D—直徑；b—寬度華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換水輪機(jī)的混流式轉(zhuǎn)輪主要尺寸：D1、D2、b0華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換軸流式水輪機(jī)：主要尺寸：D、Dh、b0華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換軸流泵葉輪：主要尺寸：D、Dh混流式轉(zhuǎn)輪的機(jī)構(gòu)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換cu能量頭cm流量二、葉輪中的流動(dòng)速度圓柱坐標(biāo)系中速度矢量及分解c＝cr+cz+cu=cm+cucm=cr+cz

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換流線與流面：流線：空間流線與軸面流線華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換流面：流線（軸對(duì)稱(chēng)假設(shè)）旋轉(zhuǎn)一周空間流面的展開(kāi)徑流式：

圓環(huán)面(平面)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換混流式：

圓錐面(展開(kāi)成平面)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換軸流式：

圓柱面(展開(kāi)成平面)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換軸面流動(dòng)的過(guò)流斷面

A=2

RcbqV＝Acm過(guò)水?dāng)嗝孢^(guò)水?dāng)嗝婢€華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換流網(wǎng)：軸面流線與cm的分布軸面流線過(guò)水?dāng)嗝婢€斷面質(zhì)心華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換流線流面軸面流線cm分布軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)一周軸面投影與軸面的交線幾個(gè)概念之間的關(guān)系三、絕對(duì)運(yùn)動(dòng)與相對(duì)運(yùn)動(dòng)絕對(duì)速度c牽連速度（圓周速度）u相對(duì)速度w速度三角形注意重點(diǎn)內(nèi)容?。?！HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換離心葉輪中的速度三角形華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換軸流式葉輪中的速度三角形華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換軸面速度的關(guān)系：cm＝wm圓周速度的關(guān)系：u＝cu－wu相對(duì)流動(dòng)角

絕對(duì)流動(dòng)角

速度三角形（重點(diǎn)內(nèi)容）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換速度三角形在空間的位置cwuwmwuwzwrcucmcrcz華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換四、兩類(lèi)相對(duì)流面的概念流面的定義：經(jīng)過(guò)任意一條不與流線重合的曲線上所有的點(diǎn)的流線的集合，稱(chēng)為流面。該任意曲線稱(chēng)為流面的生成線。兩類(lèi)相對(duì)流面的概念：（無(wú)窮多葉片，軸對(duì)稱(chēng)條件下）S1流面：生成線為垂直于葉輪軸線的平面上以軸線為圓心的圓（回轉(zhuǎn)面）S2流面：生成線為（葉片數(shù)無(wú)窮多時(shí)）葉片表面的任意曲線（葉片表面）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換葉輪機(jī)械三元流動(dòng)計(jì)算的創(chuàng)立：吳仲華1953準(zhǔn)三元解與全三元解；全三元條件下S1流面的翹曲及S2流面的定義；華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換第二節(jié)葉片式流體機(jī)械的基本方程式

葉輪的葉片數(shù)為無(wú)窮多，葉片無(wú)限薄。因此葉輪內(nèi)的流動(dòng)可以看作是軸對(duì)稱(chēng)的，并且相對(duì)速度的方向與葉片表面相切。相對(duì)流動(dòng)是定常的。軸面速度在過(guò)流斷面上均勻分布。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換1、泵進(jìn)口速度三角形作圖條件：已知機(jī)器尺寸、轉(zhuǎn)速和流量一、進(jìn)出口速度三角形華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換1）進(jìn)口邊圓周速度2）進(jìn)口邊軸面速度3）吸入室與進(jìn)口導(dǎo)流器的影響

cu1（或

1）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換阻塞系數(shù)（排擠系數(shù)）的概念：

＝A

／A無(wú)沖擊進(jìn)口：

1＝f（u1，cm1，

1）＝

b1華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換2、泵出口速度三角形作圖條件：1）出口邊圓周速度2）出口處軸面速度3）出口相對(duì)流動(dòng)角

2=

b2華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換軸面過(guò)流面積的計(jì)算：離心、軸流和混流式葉輪華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換3、反擊式水輪機(jī)進(jìn)口速度三角形作圖條件：

u1、cm1、cu1（

1）無(wú)沖擊進(jìn)口條件華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換4、反擊式水輪機(jī)出口速度三角形

作圖條件：

u2，cm2，

2＝

b2

2＝f（u2，cm2，

2）＝90

法向出口華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換5、沖擊式水輪機(jī)的進(jìn)、出口速度三角形

cwu

1）進(jìn)口作圖條件：cu1，cm1，u1

對(duì)切擊式，cm1＝02）出口作圖條件：u2，

2＝

b2，w1＝w2不滿(mǎn)流條件華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換斜擊式水輪機(jī)的進(jìn)、出口速度三角形華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換二、歐拉方程式推導(dǎo)條件：無(wú)窮葉片數(shù)；定常流動(dòng)；控制面單位時(shí)間流入的動(dòng)量矩L1＝qmcu1r1流出的動(dòng)量矩L2＝qmcu2r2根據(jù)動(dòng)量矩定理有作用力矩：1）控制面外流體的作用的力矩為零2）葉輪的作用力對(duì)軸的力矩M華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換因?yàn)?/p>

M

＝

gqVHth，可得歐拉方程水輪機(jī)：泵：歐拉方程的其他形式第二歐拉方程華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換討論：方程的意義與普遍性關(guān)于假設(shè)條件：

葉片無(wú)窮多；cm均勻分布對(duì)軸流式和混流式葉輪的運(yùn)用對(duì)軸流式：hth＝u（cup－cus）＝u

cu華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換第三節(jié)過(guò)流部件的作用原理過(guò)流部件（通流部件）＝固定元件葉輪與環(huán)境（機(jī)器或相鄰級(jí)進(jìn)、出口）之間的連接，影響葉輪的工作，決定了整機(jī)尺寸與重量。各部件的相互影響：

葉片式機(jī)械的可逆性，流動(dòng)方向與性能的關(guān)系華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換一、原動(dòng)機(jī)過(guò)流部件的作用原理1、水輪機(jī)的引水室引水室的作用：產(chǎn)生所需的cu1將水流均勻（軸對(duì)稱(chēng)）地（經(jīng)過(guò)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)）引入轉(zhuǎn)輪。華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換分類(lèi)：開(kāi)式與閉式華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換渦殼作用原理的要點(diǎn)：1、速度矩不變：cu·r＝K2、水流均勻進(jìn)入轉(zhuǎn)輪3、K值由進(jìn)口斷面確定：進(jìn)口斷面由于半徑r減小，所以cu1增加華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換固定導(dǎo)葉華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換固定導(dǎo)葉：

僅起支承作用，不應(yīng)對(duì)水流產(chǎn)生作用（阻力小，不改變環(huán)量）在自由流動(dòng)時(shí)所以，骨線應(yīng)為等角螺線2、水輪機(jī)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)（活動(dòng)導(dǎo)葉）導(dǎo)葉開(kāi)口與出流角開(kāi)口

a0mm出流角

0度作用：調(diào)節(jié)流量活動(dòng)導(dǎo)葉的翼型形狀：負(fù)曲率、對(duì)稱(chēng)、正曲率華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換流量調(diào)節(jié)方程當(dāng)導(dǎo)葉出口角一定時(shí)，出口速度為轉(zhuǎn)輪進(jìn)出口速度矩：華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換代入歐拉方程式并解出qV，可得調(diào)節(jié)流量的手段：

0、b0

、

b2混流式：

0軸流式：

0

、

0＋

b2實(shí)際的流量調(diào)節(jié)關(guān)系，由試驗(yàn)確定華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換3、水輪機(jī)尾水管作用：收集水流回收利用轉(zhuǎn)輪出口水流剩余的能量轉(zhuǎn)輪出口（2點(diǎn)）的能量：華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換無(wú)尾水管時(shí)：

p2＝pa（大氣壓）有尾水管時(shí)：靜力真空與動(dòng)力真空

恢復(fù)系數(shù)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)輪出口動(dòng)能的比重cu2的影響過(guò)大：產(chǎn)生渦帶。略帶：可以避免流動(dòng)分離，減小ΔH2-5。實(shí)際的最優(yōu)出口條件：

略帶正環(huán)量（cu2略大于零）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換4、噴嘴和噴管華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換

p

cw

w

p

c水輪機(jī)過(guò)流部件速度、壓力變化引水管路噴嘴轉(zhuǎn)輪引水管路渦殼、導(dǎo)葉轉(zhuǎn)輪尾水管華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換二、工作機(jī)過(guò)流部件的作用原理1、吸入室華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換吸入室的作用：向葉輪提供，速度大小合適、且分布均勻的入流。半螺旋形吸入室的工作原理吸入室由兩部分組成：渦殼形部分非渦形部分華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換在螺旋部分：在非螺旋部分：

cu1r1=0平均：

cu1r1=k

?

qV因?yàn)樗詀為比例系數(shù)，由吸水室的幾何形狀決定α1＝const.華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換不同吸入室對(duì)葉輪進(jìn)口速度方向的影響半螺旋吸入室：

1=const與流量無(wú)關(guān)其他各種吸入室：

1=90

cu1r1>0對(duì)葉輪Hth

的影響使Hth降低華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換2、壓水室與擴(kuò)壓元件華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換a、蝸殼蝸殼與葉輪之間，還可以有其他的擴(kuò)壓元件華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換b、無(wú)葉擴(kuò)壓器連續(xù)性方程：工作原理要點(diǎn)動(dòng)量矩定理：所以：特點(diǎn)：穩(wěn)定，變工況性能好，效率稍低華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換c、徑向?qū)~兩種考查方式：葉片、流道

4由葉片形狀決定特點(diǎn)：尺寸小，設(shè)計(jì)點(diǎn)效率高，變工況性能較差反導(dǎo)葉徑向?qū)~華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換3、進(jìn)口導(dǎo)流器（前導(dǎo)葉）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換導(dǎo)流器出口到葉輪進(jìn)口：由歐拉方程

當(dāng)流量和轉(zhuǎn)速不變時(shí)，u2cu2的值將保持不變（忽略壓力變化引起的出口體積流量的變化），此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)葉片，就可改變能量頭（或揚(yáng)程、壓力）的值，從而調(diào)節(jié)了工況。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換總結(jié)與對(duì)比wp吸入室葉輪擴(kuò)壓器出口管路c尾水管轉(zhuǎn)輪引水室壓力管路流體機(jī)械的可逆性擴(kuò)壓與收縮流動(dòng)的不同葉輪：擴(kuò)壓、收縮擴(kuò)壓流：擴(kuò)壓器尾水管收縮流：吸入室引水室華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換第五節(jié)變工況的流動(dòng)分析工況：

一組工作參數(shù)（qV、H、n、a0）及物性參數(shù)（R、

、pin、Tin）決定的一種工作狀況設(shè)計(jì)工況、最優(yōu)工況、非設(shè)計(jì)工況（非最優(yōu)工況）或偏離工況華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換一、不同工況下泵內(nèi)的流動(dòng)1、設(shè)計(jì)工況：進(jìn)口△的特征：

無(wú)沖擊進(jìn)口

1＝

b1出口△的特征：壓水室無(wú)沖擊進(jìn)口進(jìn)口：（cu1）由吸入室決定出口：

2＝

b2；作△時(shí)注意：2、流量變化時(shí)水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換HSJ華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室進(jìn)口速度三角形出口速度三角形進(jìn)口沖角

i＝

b1－

1能量頭隨流量變化qVH華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換3、轉(zhuǎn)速變化時(shí)進(jìn)口速度三角形出口速度三角形華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換4、導(dǎo)流器（前導(dǎo)葉）的影響華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換5、葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的情況進(jìn)口：適應(yīng)

1的變化，減小或消除沖角出口：保持

2不變變流量變轉(zhuǎn)速華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換

對(duì)于沒(méi)有可轉(zhuǎn)動(dòng)的前置導(dǎo)葉的工作機(jī)，當(dāng)給定了轉(zhuǎn)速和流量后，即可確定進(jìn)、出口速度三角形，從而確定了能量頭（揚(yáng)程），可見(jiàn)三個(gè)工況參數(shù)qV，hth和n不是獨(dú)立的，給定了其中兩個(gè)就可以確定第三個(gè)。實(shí)踐中，通常是給定流量和轉(zhuǎn)速。如果給定揚(yáng)程（能量頭、風(fēng)壓）求流量，理論上是可以的，但具體的計(jì)算復(fù)雜一些。小結(jié)：華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換二、不同工況下水輪機(jī)內(nèi)的流動(dòng)與工作機(jī)的區(qū)別：由于水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以在H、n不變的條件下改變流量，故水輪機(jī)比泵多一個(gè)決定工況的參數(shù)。在工程實(shí)際中，水輪機(jī)通常是在H、n不變的條件下，通過(guò)導(dǎo)葉來(lái)改變流量。華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換1、活動(dòng)導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪之間的流動(dòng)在導(dǎo)葉的出口到轉(zhuǎn)輪進(jìn)口前為自由流動(dòng)又由于所以

對(duì)于混流式：b1＝b0；A1＝2

b1r1；

1＝

0對(duì)于軸流式：A1與b0沒(méi)有直接關(guān)系，r1也是變數(shù)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換1、設(shè)計(jì)工況無(wú)沖擊進(jìn)口；法向出口2、流量變化：當(dāng)H、n一定時(shí)，通過(guò)改變導(dǎo)葉開(kāi)口來(lái)改變流量，所以在流量變化時(shí)，

1同時(shí)變化。沖角

i＝

1－

b1近似分析時(shí)，可認(rèn)為絕對(duì)速度的矢端沿圓弧移動(dòng)進(jìn)口華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換出口注意Cu2華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換3、H變化時(shí)當(dāng)a0、

及n都不變時(shí)H變化對(duì)出口△的影響？華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換4、n變化時(shí)△的變化對(duì)性能的影響：沖擊損失cu2對(duì)尾水管工作的影響cu2對(duì)Hth的影響華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換5、轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)：雙重調(diào)節(jié)（請(qǐng)回憶流量調(diào)節(jié)方程）轉(zhuǎn)速變化的情況？華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換總結(jié)：1、水輪機(jī)比泵多一個(gè)工況參數(shù)，故討論的方式亦有不同2、最優(yōu)工況下的法向出口條件3、導(dǎo)葉開(kāi)度在進(jìn)口速度三角形中的表現(xiàn)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換第六節(jié)流體機(jī)械內(nèi)的能量損失及效率流體機(jī)械的損失分類(lèi)：1、流動(dòng)損失（水力損失）

H（或

h、

p）：摩擦損失、沖擊損失、分離損失、二次流損失、葉端損失本質(zhì)上是壓力損失華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換2、泄漏損失（容積損失）

qV（

qm）：流量損失3、機(jī)械損失

P：軸承、軸封的摩擦損失

Pm和圓盤(pán)損失

Pr力矩或功率損失華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換一、流動(dòng)損失根本原因：介質(zhì)的粘性1、摩擦損失沿程損失阻力系數(shù)

：與雷諾數(shù)和管壁相對(duì)粗糙度的關(guān)系，試驗(yàn)測(cè)定華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換2、分離損失邊界層分離的原因（逆壓梯度）和影響分離的控制：1、擴(kuò)散角：可壓＜6

～7

，不可壓＜8

～12

2、擴(kuò)壓度：可壓w1／w2＝A2

2／A1

1，不可壓A2／A13、擴(kuò)散（擴(kuò)壓）因子其他的分離損失，轉(zhuǎn)彎、面積突變等華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換3、沖擊損失進(jìn)口沖擊引起葉片表面的流動(dòng)分離，但沖擊損失與流量的關(guān)系不同于分離損失沖擊速度沖擊損失華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換加速與減速?zèng)_擊工作機(jī)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換原動(dòng)機(jī)沖擊速度的大小:wsh∝qV－qVopt其他部件中的沖擊損失華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換4、二次流損失二次流的概念ac華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換5.葉端損失華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換6、按流動(dòng)損失與流量的關(guān)系分類(lèi)第一類(lèi)，正比于流量的平方第二類(lèi)，正比于流量與最優(yōu)流量的差的平方華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換二、容積（泄漏）損失內(nèi)部泄漏與外部泄漏間隙兩端的壓差離心泵的典型密封結(jié)構(gòu)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換三、圓盤(pán)摩檫損失（輪盤(pán)損失）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換開(kāi)式與閉式泵腔華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換四、流體機(jī)械的效率能量平衡圖華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換效率的定義：總效率；內(nèi)部損失與外部損失；內(nèi)效率；機(jī)械傳動(dòng)效率；圓盤(pán)效率；全壓效率與靜壓效率華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換第七節(jié)有限葉片數(shù)的影響假定Z＝∞

→

2＝

b2→速度三角形

→cu2∞→hth∞實(shí)際上，Z≠∞

→

2≠

b2→cu2，hth＝？華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換

2≠

b2（滑移現(xiàn)象）的原因：1、慣性作用對(duì)泵：

cu2指向－u，

2＜

b2華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換對(duì)水輪機(jī)：

cu2指向＋u，

2＞

b2華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換2、軸向旋渦（對(duì)徑流、混流式）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換3、粘性的影響出口后wm**＜wm*wu**＝wu*對(duì)二者形成相同方向的

對(duì)原動(dòng)機(jī)緩解了滑移現(xiàn)象華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換二、滑移系數(shù)考慮有限葉片數(shù)影響的方法：軸流式：解析或半解析法計(jì)算平面葉柵，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的翼型和葉柵計(jì)算方法（升力法）徑流式：用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)（滑移系數(shù)）修正無(wú)窮葉片數(shù)的計(jì)算結(jié)果混流式：兩種方法都可以用華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換滑移系數(shù)的三種定義1）利用

cu2與u22）利用hth與hth∞3）利用

H和Hth（減功系數(shù)）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換利用滑移系數(shù)進(jìn)行計(jì)算：經(jīng)驗(yàn)公式：1、Stodola式2、Pfleiderer式華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換利用滑移系數(shù)進(jìn)行計(jì)算的程序與概念：

cu2

b2

cu2

b2

cu2

2HHth

Hth

速度三角形歐拉方程對(duì)于原動(dòng)機(jī)，通常不進(jìn)行精確計(jì)算，只用2

～4

葉片角度修正考慮有限葉片數(shù)的影響華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換本章涉及的主要內(nèi)容

水力機(jī)械的流動(dòng)相似準(zhǔn)則

相似理論在水力機(jī)械中的應(yīng)用

水力機(jī)械的綜合判別數(shù)—比轉(zhuǎn)速HSJ第一節(jié)水力機(jī)械的流動(dòng)相似準(zhǔn)則一、水力機(jī)械的流動(dòng)相似條件

1、幾何相似：流體流動(dòng)空間幾何相似

HSJ3、動(dòng)力相似：相應(yīng)點(diǎn)上所受的力成比例

注意：以上三條是水力機(jī)械工況相似的必要和充分條件2、運(yùn)動(dòng)相似：滿(mǎn)足1且相應(yīng)點(diǎn)的速度三角形相似HSJ二、水力機(jī)械的流動(dòng)相似準(zhǔn)則水力機(jī)械的π

數(shù)基本定義：若干個(gè)工作參數(shù)可以組成的一組無(wú)量綱的數(shù)；目的：相等的π

數(shù)也反映了同系列水力機(jī)械的相似工況。選定五個(gè)參數(shù)：

1).直徑D（量綱：L）

2).有效水頭參數(shù)gHηh（量綱：L/T2·L）

3).轉(zhuǎn)速n（量綱：1/T）

4).水流密度ρ

（量綱：M/L3）

5).流量Q或功率N（量綱分別為：L3/T、ML2/T3)HSJ

取質(zhì)量（M）、長(zhǎng)度（L）和時(shí)間（T）作基本量綱

理由：可以表示所有參數(shù)的量綱自變量參數(shù)和基本量綱數(shù)相等，因此水力機(jī)械有（5-3）個(gè)基本π

數(shù)

為什么？取含M,L,T三個(gè)基本量綱的工作參數(shù)ρ

、D、n作自變量

1、當(dāng)依變量為gHηh時(shí)有：gHηh=f(ρ,D,n)

即有：由M0,L0,T0HSJ從而有：即所謂的壓力系數(shù)或水頭系數(shù)??！2、當(dāng)依變量為Q時(shí)即：則：同樣，由M0,L0,T0從而：流量系數(shù)！！是水力機(jī)械的兩個(gè)基本π

數(shù)HSJ3、將五個(gè)參數(shù)中的Q換成N，取自變量為請(qǐng)根據(jù)：無(wú)量綱數(shù)：引出：無(wú)量綱的水力機(jī)械比轉(zhuǎn)速：HSJ4、考慮一些其他的工作參數(shù)，如壓強(qiáng)P，速度v，表面張力σ等我們還可以得到如下的一些π

數(shù)：

表征液流壓力相似的歐拉數(shù)表征液流粘性力相似的雷諾數(shù)表征液流彈性力相似的柯西數(shù)表征液流重力相似的佛汝德數(shù)表征液流表面張力相似的韋伯?dāng)?shù)表征液流不定常慣性力相似的斯特魯哈數(shù)HSJ第二節(jié)相似理論在水力機(jī)械中的應(yīng)用一、水力機(jī)械的單元工作量單元轉(zhuǎn)速同系列的水力機(jī)械在相似工況下，

π1=常數(shù)引入的目的：真機(jī)和模型的相似換算（工況相似的依據(jù)）即：理解：1m直徑，1m有效水頭下機(jī)器的轉(zhuǎn)速，稱(chēng)為單元轉(zhuǎn)速，記為：（其中D1為轉(zhuǎn)輪直徑）HSJ單元流量同樣，根據(jù)將n帶入上式：理解：1m直徑，1m有效水頭下機(jī)器的流量，稱(chēng)為單元流量，記為：（其中D1為轉(zhuǎn)輪直徑）HSJ單元功率理解：1m直徑，1m有效水頭下機(jī)器的功率，稱(chēng)為單元功率，記為：（其中D1為轉(zhuǎn)輪直徑）HSJ以上我們從根本上討論了水力機(jī)械最重要的三個(gè)單元工作量，單元轉(zhuǎn)速、單元流量以及單元功率的由來(lái)。問(wèn)題：這些單元工作量有何具體用途？HSJ

結(jié)論：如果認(rèn)為同系列的水力機(jī)械在相似工況下水力效率相等，則單元參數(shù)為：?jiǎn)卧D(zhuǎn)速（單位轉(zhuǎn)速）單元流量（單位流量）單元功率（單位功率）

切記！切記?。SJ

前面的討論中一直認(rèn)為模型與原型的效率相等，但實(shí)際上，由于難以達(dá)到完全相似，二者的效率是有差別的。二、水力機(jī)械相似工況下的效率換算問(wèn)題：產(chǎn)生模型與真機(jī)效率不等的主要原因是什么？HSJ模型與真機(jī)效率不等的主要原因：模型和原型的尺寸不同由于尺寸不同，一方面使模型的雷諾數(shù)小于原型，這將使模型的效率低于原型；另一方面，當(dāng)模型和原型用同樣的工藝方法加工的時(shí)候，模型的表面相對(duì)粗糙度也要比原型大，這同樣使模型的效率下降；出于結(jié)構(gòu)方面的原因，尺寸相差較多的兩臺(tái)機(jī)器，其產(chǎn)生泄漏損失的間隙的相對(duì)值也難以完全相等，一般來(lái)說(shuō)模型的相對(duì)間隙值較大，故容積效率也較低。這種因尺寸不同而使得模型與原型的效率不等的現(xiàn)象，稱(chēng)為比例效應(yīng)。

HSJ水力機(jī)械的效率換算真機(jī)的效率難以測(cè)量，因此只有靠模型的效率來(lái)?yè)Q算。HSJ（一）泵的效率換算在泵中，常用的效率換算公式為莫迪公式：

為了考慮轉(zhuǎn)速或揚(yáng)程對(duì)雷諾數(shù)的影響，普弗萊德勒爾（Pfleiderer）和呂齊（Rütsch）推薦的公式為：系數(shù)的確定：式中Dsp和Dsm分別為原型和模型的進(jìn)口直徑。

HSJ（二）水輪機(jī)的效率換算依據(jù)：在低效率區(qū)，認(rèn)為模型與真機(jī)的相對(duì)損失相等，而在高效率區(qū)則與雷諾數(shù)有關(guān)。

對(duì)軸流式機(jī)組而言：

對(duì)混流式機(jī)組而言：HSJ注意：從不同的角度考慮，水力機(jī)械還有許多其他的效率換算公式，具體情況請(qǐng)參閱有關(guān)參考書(shū)。效率對(duì)相似換算的影響。HSJ第三節(jié)水力機(jī)械的綜合判別數(shù)—比轉(zhuǎn)速引入比轉(zhuǎn)速的目的：消去直徑D，便于應(yīng)用（水輪機(jī)）理解：相似流體機(jī)械在相似工況下工作時(shí)，當(dāng)水頭(揚(yáng)程)為1m，功率為1kW時(shí)流體機(jī)械所具有的轉(zhuǎn)速。HSJ回顧前面引入的比轉(zhuǎn)速的概念從量綱分析的角度得出的比轉(zhuǎn)速：簡(jiǎn)化為：HSJ由來(lái)：工程上以馬力（HP）或千瓦（kW）作為功率的單位（1HP=0.735kW，1kW=1.36HP）一、比轉(zhuǎn)速的兩種不同形式：當(dāng)功率以HP計(jì)時(shí)，比轉(zhuǎn)速的形式為：HSJ當(dāng)功率以kW計(jì)時(shí)，比轉(zhuǎn)速的形式為：在相似工況下，Ns（或ns）相等，我們近似認(rèn)為水力效率也相等。HSJ引入由單元參數(shù)表示的轉(zhuǎn)速、流量和功率：HSJ（二）不同比轉(zhuǎn)速的流體機(jī)械的應(yīng)用范圍ns大好還是小好？提高ns有無(wú)限制？ns提高的軌跡強(qiáng)度空化HSJ比轉(zhuǎn)速的流體機(jī)械葉片形狀的關(guān)系對(duì)水輪機(jī)而言：ns=60~100ns=100~220ns=220~350ns=350~420ns=400~1000混流式轉(zhuǎn)輪軸流式轉(zhuǎn)輪HSJ對(duì)水泵而言：ns=30~80ns=80~150ns=150~300ns=300~700ns=700~2000離心式葉輪軸流式葉輪HSJ不同比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)的應(yīng)用范圍HSJ本章涉及的主要內(nèi)容

葉片式水力機(jī)械的空化與空蝕機(jī)理水力機(jī)械的空化參數(shù)空化與空蝕的防護(hù)與改善措施HSJ第一節(jié)

葉片式水力機(jī)械的空化與空蝕機(jī)理（一）空化現(xiàn)象基本定義由于壓力的變化而導(dǎo)致的液流內(nèi)的空泡的產(chǎn)生、發(fā)展和潰滅過(guò)程以及由此而產(chǎn)生的一系列物理和化學(xué)變化，稱(chēng)為空化

一、空化及空蝕機(jī)理HSJ空化發(fā)展過(guò)程壓力降低汽化空泡形成壓力升高空泡潰滅材料破壞外特性下降HSJ（二）空化初生液體的抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)最大26~27Mpa理論值160~325Mpa

＝7.4×10－2

N／m初生空泡的平衡條件2

r

＋

r2p＝

r2pva空化核HSJ（三）空蝕破壞機(jī)理任何固體材料（包括化學(xué)惰性的、非導(dǎo)電的、甚至高強(qiáng)度的），在任何液體（包括海水、淡水、化學(xué)惰性液體、甚至金屬性液體如汞、鈉等）的一定動(dòng)力條件作用下，都能引起空蝕破壞。微射流理論射流速度100～300

m/s壓力7.05

108

Pa微射流直徑2~3

m沖抗直徑2~20

m沖擊次數(shù)

100~1000/s-cm2其他因素：HSJ微射流HSJ（四）空化現(xiàn)象的分類(lèi)（按形態(tài)和產(chǎn)生原因）1）游動(dòng)型空化2）固定型空化3）旋渦型空化4）振動(dòng)型空化HSJ旋渦型空化HSJ泵葉輪的空化HSJ二、空化數(shù)翼型的壓力系數(shù)最低壓力點(diǎn)HSJ空化開(kāi)始K的意義環(huán)境參數(shù)p0↑，pva↓，w0↓，則K↑對(duì)既定的翼型，產(chǎn)生空化的可能性↓Ki的意義翼型特性參數(shù)與工況有關(guān)對(duì)既定翼型的既定工況是常數(shù)p0－pmin↑，w0↓，Ki↑，對(duì)既定環(huán)境,產(chǎn)生空化的可能性↑翼型的空化性能的指標(biāo)。HSJ空化發(fā)展條件K＞Ki，不產(chǎn)生空化K＝Ki，開(kāi)始空化（空化初生）K＜Ki，空化發(fā)展（加劇）空化的相似準(zhǔn)則Sr，K，KiHSJ三空蝕破壞類(lèi)型及對(duì)性能的影響（一）空化和空蝕破壞類(lèi)型（按發(fā)生的部位）分類(lèi)1、翼型空化和空蝕IIHSJ泵葉輪的翼型空蝕HSJ2、間隙空化和空蝕HSJ3、空腔空化和空蝕4、局部空化和空蝕水輪機(jī)空蝕量合格的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)HSJ（二）空化與空蝕對(duì)葉片式水力機(jī)械性能的影響1、機(jī)器能量特性惡化2、引起振動(dòng)和噪聲3、材料破壞HSJ第二節(jié)水力機(jī)械的空化參數(shù)一、有因次空化參數(shù)（一）轉(zhuǎn)輪葉片上的最低壓力轉(zhuǎn)輪的低壓側(cè)L機(jī)器的低壓側(cè)S葉片最低壓力點(diǎn)KHSJ逐步利用0、S、L、K間的伯努利方程可得用HS代替ZK并令:最后得:HSJ（二）空化余量裝置的有效空化余量

ha是與機(jī)器外部環(huán)境（裝置）有關(guān)的參數(shù)。是機(jī)器低壓側(cè)液體總能頭（折算到基準(zhǔn)面）超過(guò)液體汽化壓力的部分，它表示了外部環(huán)境（裝置）給機(jī)器提供的避免發(fā)生空化的條件。根據(jù)伯努利方程，

ha的數(shù)值可以根據(jù)下游水面的參數(shù)計(jì)算。hahr基準(zhǔn)面水力機(jī)械必需空化余量

hr是一個(gè)只與機(jī)器內(nèi)部流動(dòng)有關(guān)的參數(shù)，對(duì)于既定的機(jī)器的既定工況是常數(shù)。它表示由于液體流動(dòng)而引起的葉片上最低壓力點(diǎn)處相對(duì)于機(jī)器低壓側(cè)壓力的降低，稱(chēng)為動(dòng)壓降。它是水力機(jī)械內(nèi)部空化性能的度量，而與機(jī)器的安裝位置和液體性質(zhì)無(wú)關(guān)。在一定的外界條件下，

hr的值越小，pK的值越高，則發(fā)生空化的可能性就越小。

HSJNPSH（NetPositiveSuction

Head）cavitationmarginha的計(jì)算對(duì)水輪機(jī)空化的發(fā)生過(guò)程

ha>hr

無(wú)空化

ha=hr

空化初生

ha<hr

空化發(fā)展HSJ

hr的測(cè)量能量法臨界值的確定安全余量[

hr]=

hcr+K根據(jù)：空化初生時(shí)，

hr=

haHSJ（三）吸出（入）真空度[HV]的值由試驗(yàn)確定HSJ二、無(wú)因次空化參數(shù)（一）空化（或空蝕）系數(shù)裝置空化系數(shù)水力機(jī)械空化系數(shù)初生空化條件

p＝

空化相似準(zhǔn)則

p＋

HSJ（二）空化（或空蝕）比轉(zhuǎn)速∵h(yuǎn)r正比于H∴可定義效率為主：C=600~800；兼顧效率和空化：C=800~1100；空化性能為主：C=1100~1600；特殊要求（例如對(duì)火箭推進(jìn)泵）：C＞5500。HSJ吸入比轉(zhuǎn)速無(wú)量綱HSJ三、泵的空化性能與入流角度的關(guān)系這一部分內(nèi)容不再講述，有興趣可參閱有關(guān)書(shū)籍。HSJ四、水力機(jī)械的安裝高度水輪機(jī)安全余量的選擇：關(guān)系重大HSJ吸出高基準(zhǔn)與安裝基準(zhǔn)HSJ泵的吸入高基準(zhǔn)面與安裝高程基準(zhǔn)面相同HSJ用允許吸入真空度計(jì)算非標(biāo)準(zhǔn)狀況下允許吸入真空度的換算HSJ第三節(jié)空化與空蝕的防護(hù)與改善措施一、設(shè)計(jì)1、合理確定葉輪低壓側(cè)的幾何尺寸DScLwL最優(yōu)值：HSJ2、下環(huán)（前蓋板）圓弧半徑和進(jìn)口邊位置4、采用誘導(dǎo)輪3、采用雙吸葉輪HSJ誘導(dǎo)輪HSJ5、采用超空化翼型HSJ超空化螺旋槳HSJ二、制造1、提高加工精度和表面光潔度2、采用耐空蝕破壞的材料3、表面處理提高材料耐空蝕性能三、安裝合理確定吸出（入）高度四、運(yùn)行適當(dāng)限制運(yùn)行工況（水輪機(jī)的補(bǔ)氣）HSJ運(yùn)行工況HSJ五、維修

采用耐空蝕材料補(bǔ)焊表面噴、涂耐空蝕材料HSJ第四章內(nèi)容總結(jié)空化與空蝕機(jī)理空化現(xiàn)象空化核子空化數(shù)對(duì)外特性的影響潰滅過(guò)程臨界壓力空化的分類(lèi)水力機(jī)械空化參數(shù)NPSHrsS(c)HVNPSHaspNPSHcrscr空化相似律NPSHr=K·H

r=constS(C)=const比例效應(yīng)基準(zhǔn)面粘性空化核子拉應(yīng)力時(shí)間空化與空蝕的防護(hù)設(shè)計(jì)葉輪幾何尺寸誘導(dǎo)輪超空化翼型制造加工精度材料安裝吸入高度運(yùn)行維修安全工況補(bǔ)焊表面噴涂HSJ第五章水力機(jī)械的模型試驗(yàn)及特性曲線HSJ本章講述的主要內(nèi)容：第一節(jié)水力機(jī)械模型試驗(yàn)的意義和任務(wù)第二節(jié)水力機(jī)械特性曲線的定義和分類(lèi)第三節(jié)模型試驗(yàn)及特性曲線的繪制第四節(jié)水力機(jī)械與管網(wǎng)系統(tǒng)的聯(lián)合工作第五節(jié)泵的串聯(lián)和并聯(lián)運(yùn)行第六節(jié)水力機(jī)械的工況調(diào)節(jié)第一節(jié)水力機(jī)械模型試驗(yàn)的意義和任務(wù)HSJ一、水力機(jī)械的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法：理論與試驗(yàn)相結(jié)合的方法理解：水力機(jī)械過(guò)流通道內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律目前還不能利用數(shù)學(xué)的方法完全解決，因此設(shè)計(jì)時(shí)，必須引入一些假設(shè)進(jìn)行簡(jiǎn)化。設(shè)計(jì)對(duì)給定計(jì)算工況（即設(shè)計(jì)工況）下進(jìn)行。在非設(shè)計(jì)工況下，流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生脫流或轉(zhuǎn)輪低壓側(cè)的強(qiáng)烈旋渦等，進(jìn)行流動(dòng)分析更加困難。因此除了在理論上進(jìn)行探索之外，還必須通過(guò)試驗(yàn)來(lái)修正和補(bǔ)充。試驗(yàn)工作必須有理論進(jìn)行指導(dǎo)。二、水力機(jī)械的模型試驗(yàn)HSJ1、進(jìn)行真機(jī)的全特性試驗(yàn)不可能，真機(jī)試驗(yàn)多為驗(yàn)收試驗(yàn)、專(zhuān)題研究試驗(yàn)及改進(jìn)性試驗(yàn)。但有些情況：如制造質(zhì)量的檢驗(yàn)；實(shí)際運(yùn)行情況（振動(dòng)、軸承發(fā)熱、漏水等）以及泥沙磨損和汽蝕程度等，則只有在真機(jī)上才能觀察到。2、為得到水力機(jī)械的全特性，模型水力試驗(yàn)的任務(wù)包括：

確定水力機(jī)械各工況下的效率及汽蝕系數(shù)（即能量特性和汽蝕特性）確定水力機(jī)械某些部件的力特性（如導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪的力特性）確定水力機(jī)械在非設(shè)計(jì)工況下的壓力脈動(dòng)和不穩(wěn)定性（水輪機(jī)）確定過(guò)流部件的液流結(jié)構(gòu)水力試驗(yàn)是設(shè)計(jì)水力機(jī)械的一個(gè)重要手段HSJ三、水力機(jī)械的模型試驗(yàn)必須遵循水力機(jī)械的相似準(zhǔn)則四、新轉(zhuǎn)輪的出現(xiàn)，一般要經(jīng)過(guò)下面的程序：

根據(jù)給定的參數(shù)（Q，H,σ及n），設(shè)計(jì)出一些模型轉(zhuǎn)輪方案。由于工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的不同組合以及不同的計(jì)算方法，這些方案彼此不同。對(duì)各種方案進(jìn)行試驗(yàn)，給出模型轉(zhuǎn)輪的全特性。其中性能最好的就是我們要求的模型轉(zhuǎn)輪。HSJ第二節(jié)水力機(jī)械特性曲線的定義和分類(lèi)f（a0，

，

，qV，H，n，P，

，

）＝0決定工況的參數(shù)：2～5綜合特性曲線和線型特性曲線全工況（四象限）特性曲線力特性曲線和飛逸特性曲線HSJ一、線型特性曲線（一）水泵的工作特性曲線（二）水輪機(jī)的工作特性曲線H、n＝const，qV＝f（a0）P、

＝f（qV）1）空載流量qVxx2）最優(yōu)流量qV03）極限功率Pnp與極限流量4）功率限制P=gqVHHSJ（三）水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速特性曲線H、a0、

＝constqV、M、P、

＝f（n）飛逸轉(zhuǎn)速nR流量隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律模型試驗(yàn)曲線HSJ（四）不同比轉(zhuǎn)速機(jī)器工作特性曲線的比較效率隨流量（或負(fù)荷）變化的規(guī)律平均運(yùn)行效率影響效率曲線形狀的因素功率限制問(wèn)題HSJ泵的比較HSJ二、綜合特性曲線自變量＝2（一）工作機(jī)的綜合特性曲線1、變轉(zhuǎn)速曲線HSJ變?nèi)~片角曲線HSJ（二）原動(dòng)機(jī)（水輪機(jī)）的綜合特性曲線1、綜合特性曲線等效率線等開(kāi)度線等空化系數(shù)線功率限制線HSJ2、運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線功率限制線：電機(jī)功率限制水輪機(jī)功率限制混流式：Pmax軸流轉(zhuǎn)槳：a0HSJ各種水輪機(jī)的綜合特性曲線低比速混流式HSJ切擊式水輪機(jī)HSJ軸流定槳HSJ軸流轉(zhuǎn)槳HSJ3、綜合特性曲線與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系HSJ第三節(jié)模型試驗(yàn)及特性曲線的繪制一、試驗(yàn)裝置與測(cè)量方法（略）二、試驗(yàn)程序1、水泵的能量試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：測(cè)定qV、H、ptF、P、

程序：低比速?gòu)膓V＝0開(kāi)始，高比速?gòu)膓V＝max開(kāi)始用閥門(mén)調(diào)節(jié)流量，造成不同的工況對(duì)每一個(gè)工況點(diǎn)，測(cè)定各參數(shù)將測(cè)量結(jié)果換算到額定轉(zhuǎn)速HSJ2、水輪機(jī)能量試驗(yàn)程序1、試驗(yàn)過(guò)程中H

基本不變2、在一系列a0下進(jìn)行試驗(yàn)3、在每一a0個(gè)下通過(guò)改變負(fù)荷改變轉(zhuǎn)速（工況）4、將數(shù)據(jù)換算成單位參數(shù)（n11、Q11、P11、

）5、在一個(gè)a0下測(cè)量的數(shù)據(jù)可以繪制轉(zhuǎn)速特性曲線對(duì)轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，應(yīng)在每一個(gè)葉片角度下進(jìn)行上述測(cè)量H、a0＝constHSJ3、泵的空化試驗(yàn)程序（開(kāi)式臺(tái)）1、在能量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定試驗(yàn)工況點(diǎn)2、將進(jìn)口閥全開(kāi)，通過(guò)出口閥將流量調(diào)到指定值3、用進(jìn)口閥增加真空度，同時(shí)用出口閥保持流量不變4、記錄各測(cè)量參數(shù)，計(jì)算H5、不斷增加真空度，直至H

明顯降低6、將數(shù)據(jù)換算為額定轉(zhuǎn)速7、作H＝HPSH曲線8、計(jì)算NPSHcrqV＝constHSJ3、水輪機(jī)的空化試驗(yàn)程序（閉式臺(tái)）1、根據(jù)能量試驗(yàn)結(jié)果，確定若干空化試驗(yàn)的n112、在每一個(gè)n11下，選定若干試驗(yàn)開(kāi)口a03、調(diào)整工況參數(shù)為指定值并使之穩(wěn)定4、用真空泵逐步降低整個(gè)系統(tǒng)的壓力，并保持H、n、qV不變5、測(cè)量并記錄能量指標(biāo)與真空度的關(guān)系6、繪制

、P＝f（

）曲線7、根據(jù)曲線確定

crHSJ二、流體機(jī)械綜合特性曲線的繪制等效率線和等開(kāi)度線（一）定槳式水輪機(jī)HSJ功率限制線HSJ等空化系數(shù)線根據(jù)空化試驗(yàn)結(jié)果HSJ（二）轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)綜合特性曲線的繪制不同

角的定槳性能協(xié)聯(lián)工況的概念協(xié)聯(lián)曲線的求得HSJ第四節(jié)水力機(jī)械與管網(wǎng)系統(tǒng)的聯(lián)合工作

機(jī)器的實(shí)際運(yùn)行工況：為了確定流體機(jī)械的實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)及其變化，必需研究管網(wǎng)的特性以及機(jī)器特性與管網(wǎng)特性的相互作用。一、管網(wǎng)特性曲線管網(wǎng)能量頭（裝置揚(yáng)程、管網(wǎng)阻力）管網(wǎng)系統(tǒng)：HSJ管網(wǎng)特性曲線Hst和

k

均可為零HSJ二、流體機(jī)械與管網(wǎng)系統(tǒng)的聯(lián)合工作決定機(jī)器的實(shí)際工作點(diǎn)（工況點(diǎn)）的條件：能量平衡和質(zhì)量平衡平衡點(diǎn)工況的調(diào)節(jié)HSJ穩(wěn)定與不穩(wěn)定工況穩(wěn)定條件的判據(jù)特性曲線的穩(wěn)定性HSJ第五節(jié)流體機(jī)械的串聯(lián)和并聯(lián)運(yùn)行HSJ一、工作機(jī)的串聯(lián)運(yùn)行（一）輸送不可壓介質(zhì)時(shí)的機(jī)器特性、qV＝qV1＝qV2H=H1+H2目的：p

NPSHa搭配條件：最佳工況點(diǎn)的流量相等或相近機(jī)器特性不變HSJ（二）輸送可壓縮介質(zhì)時(shí)的機(jī)器特性總特性不等于兩機(jī)器的和HSJ多級(jí)機(jī)器的特性

冷卻的影響HSJ串聯(lián)機(jī)器在管網(wǎng)中的工況點(diǎn)HSJHSJHSJ第六節(jié)水力機(jī)械的工況調(diào)節(jié)HSJHSJHSJHSJ第六章葉片式流體機(jī)械的選型第一節(jié)流體機(jī)械產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化與系列化一個(gè)矛盾用戶(hù)：性能參數(shù)的多樣性?xún)r(jià)格低、質(zhì)量可靠維修方便制造商：滿(mǎn)足多樣要求：?jiǎn)渭蛐∨可a(chǎn)，價(jià)格、質(zhì)量、維修難以保證滿(mǎn)足價(jià)格、質(zhì)量、維修要求：大批量生產(chǎn)，參數(shù)難以滿(mǎn)足不同用戶(hù)要求解決辦法：三化（標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化）HSJ流體機(jī)械的系列型譜主要考慮因素：流動(dòng)特性和結(jié)構(gòu)（強(qiáng)度、材料）型譜的主要內(nèi)容：1）模型的數(shù)量模型、“系列”

和

“型式”2）葉輪的標(biāo)準(zhǔn)直徑“品種”確定品種數(shù)量的依據(jù)：效率降低值HSJ第二節(jié)中、小型水輪機(jī)的系列型譜一、水輪機(jī)型號(hào)的編制方法水輪機(jī)型式＋轉(zhuǎn)輪型號(hào)（比轉(zhuǎn)速）——主軸布置型式＋引水室的特征——轉(zhuǎn)輪直徑HSJ主軸布置型式和引水室特征代表符號(hào)

沖擊式水輪機(jī)直徑表示：標(biāo)稱(chēng)直徑：直徑射流數(shù)×射流直徑型號(hào)示例：

HL220－LJ－5502CJ30－W－1202×10HSJ二、中小型軸流式、混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的系列型譜表6-5混流式入譜轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)

HSJ標(biāo)準(zhǔn)直徑系列HSJ三、中小型軸流式、混流式水輪機(jī)產(chǎn)品系列型譜HSJ第三節(jié)水輪機(jī)的選型計(jì)算一、原始資料，選型任務(wù)及原則（一）水輪機(jī)選型的原始資料

1）水電站的水頭和流量：

Hmax、Hmin：運(yùn)行范圍內(nèi)的最大與最小水頭；

設(shè)計(jì)水頭Hd：最高效率點(diǎn)的凈水頭；

額定水頭Hr：能發(fā)出額定功率的最小凈水頭； 加權(quán)平均水頭Hw，加權(quán)平均值；

最大流量qVmax：流經(jīng)電站的流量的最大值；

額定流量qVr：額定水頭、轉(zhuǎn)速，功率時(shí)的流量。HSJ2）上下游水位標(biāo)高（海拔高程）。3）水電站的裝機(jī)容量，機(jī)組臺(tái)數(shù)，及初步選擇的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型號(hào)、參數(shù)、直徑和轉(zhuǎn)速。4）調(diào)節(jié)保證要求值。5）水電站的水質(zhì)資料，如河流含砂量及砂粒大小等。6）水輪機(jī)輸水管道尺寸及布置情況。7）水電站允許的最大挖深值。8）運(yùn)輸及安裝條件。原始資料，選型任務(wù)及原則HSJ系統(tǒng)的負(fù)荷分配9）水電站的運(yùn)行情況，如水電站在電力系統(tǒng)中擔(dān)任峰荷或基荷的情況，是否要作調(diào)相機(jī)運(yùn)行等。HSJ（二）選型計(jì)算的任務(wù)1）水輪機(jī)的類(lèi)型和轉(zhuǎn)輪型號(hào)。2）水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。3）保證發(fā)出額定功率的轉(zhuǎn)輪直徑。4）水輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和飛逸轉(zhuǎn)速。5）所有運(yùn)行水頭和功率下水輪機(jī)的效率和吸出高度值，即繪出水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線。6）軸向推力及葉片力矩的計(jì)算。7）調(diào)節(jié)保證計(jì)算。8）輔助設(shè)備的選擇。HSJ（三）選型的一般原則電站的水輪機(jī)選型是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，對(duì)工程的綜合效益有重大影響主要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素：工程的綜合利用：發(fā)電、航運(yùn)、防洪、灌溉、養(yǎng)殖、旅游機(jī)組：效率、空化、穩(wěn)定性、尺寸、價(jià)格土建：工程造價(jià)、施工難度、工期制造：設(shè)計(jì)、毛坯、加工運(yùn)輸：安裝：水力角度：HSJ

max，

av；NPSH；D；n；成本；比速系數(shù)：在保證安全的條件下

nSHSJ二、用系列型譜使用范圍圖和系列使用范圍圖選型HSJZZ500系列使用范圍圖HSJ三、根據(jù)綜合特性曲線進(jìn)行選型計(jì)算1、選擇水輪機(jī)的系列（水頭段）2、轉(zhuǎn)輪直徑：參數(shù)：P

：?jiǎn)螜C(jī)額定功率（考慮電機(jī)效率）Q11：混流式——5%功率限制線orHS