水轮机水泵及辅助设备PPT课件

1、第1页/共77页三、典型例题分析四、本课程教学设计方案介绍六、如何实施本课程的实践环节五、课程考核说明二、本课程的重点、难点一、本课程的学习方法第2页/共77页一、本课程的学习方法内容多内容多理论性、实践性兼有理论性、实践性兼有“水、机、控水、机、控”全面全面多媒体一体化教材多媒体一体化教材1. 1. 本课程的特点本课程的特点第3页/共77页 本教材针对水利水电工程专业的个不同专业方向所编写的，适合于水利水电动力工程、水利建筑工程与农业水利工程方向，各专业方向根据要求选学不同的内容。第4页/共77页2. 2. 学习方法学习方法 自学为主，集中面自学为主，集中面授。自学、课堂学习、授。自学、课堂

2、学习、网上学习结合网上学习结合 自学自学: :基本概念基本概念, ,基本基本理论理论, ,基本计算基本计算, ,作业作业第5页/共77页集中面授集中面授: : 讲解课程的难点；讲解课程的难点； 分析典型例题；分析典型例题； 解答学员疑问；解答学员疑问； 检查学员作业；检查学员作业； 完成某些实践环节（实验）完成某些实践环节（实验）第6页/共77页3.3.多种媒体教材的应用多种媒体教材的应用以文字教材为主适当观看录像教材 返回第7页/共77页二、本课程的重点难点 工作原理，理论推导， 理论分析，水力设计。 基 本 概 念 ， 基 本 理 论 ，基 本 概 念 ， 基 本 理 论 ， 基本计算，基

3、本应用。基本计算，基本应用。 1. 课程的重点2. 课程的难点第8页/共77页 1. 课程重点 (1)基本概念 1）定义：对专业术语，技术参数的定义第9页/共77页例例: : 水轮机的工作水头水轮机的工作水头定义为定义为水轮机进、出口断面单位重水轮机进、出口断面单位重量水流的能量差。量水流的能量差。2gvpZ2gvpZH2IIIIIII2IIII第10页/共77页2 2）规定：对某些术语，）规定：对某些术语，参数的规定参数的规定 例：混流式水轮机转轮标称直径D1为转轮进口边的最大直径。第11页/共77页3 3）分类：根据某些）分类：根据某些特征对事物进行的特征对事物进行的类别定义。类别定义。

4、例：反击型水轮机为利用水流势能与动能工作的水轮机。第12页/共77页4)4)物理意义物理意义: :由某种由某种物理意义形成的概物理意义形成的概念。念。 例: 空化是常温下液体内部由于压力降低而形成的流体形态破坏,产生空泡或空穴。第13页/共77页需要掌握的基本概念需要掌握的基本概念: :第14页/共77页a.水轮机b.工作水头c.反击式水轮机 d.冲击式水轮机e.水流速度三角形f. 最优工况g. 无撞击进口h.法向出口i.空化j.空蚀k.空化核 l.空化系数m.吸出高度 n.水轮机安装 高程第15页/共77页o.几何相似p. 运动相似q.单位转速r.单位流量s.比转速t.飞逸转速u.设计水头v

5、.额定工况w.动力相似x.蜗壳包角 y.导叶开度z.导行相对开度a.转轮出口动能b.尾水管恢复系数c.尾水管高度第16页/共77页基本概念的学习方法：基本概念的学习方法：注意基本概念的严密性理解基本概念的意义应用基本概念分析问题第17页/共77页例：水轮机工作水头的概例：水轮机工作水头的概念念严格定义：水轮机进、出口断面单位重量水流的能量差值;含义：进、出口断面的规定，能量含哪几种;应用：水头的测量与计算。第18页/共77页(2)(2) 基本理论：基本理论：水轮机、水泵的基本理论：水轮机、水泵基本工作原理相似原理过流部件基本工作原理空化的理论第19页/共77页1 1）基本工作原理）基本工作原理

6、水轮机基本工作原理水流在水轮机中的运动水轮机基本方程式水泵基本方程式第20页/共77页2 2）相似原理）相似原理 水轮机相似条件 水轮机相似律 水轮机效率换算原理 水泵相似律第21页/共77页3 3）空化理论）空化理论 空化机理与空蚀机理 水轮机空化类型 水轮机空化系数与安装 高程第22页/共77页4 4）过流部件工作原理）过流部件工作原理 导水机构调节流量原理 尾水管回收转轮出口动 能原理第23页/共77页 5 5）特性曲线换算原理）特性曲线换算原理模型特性曲线 原型运转特性曲线第24页/共77页（3 3）基本计算基本计算1）理论计算 水流速度三角形的计算 水泵水轮机相似换算 第25页/共7

7、7页2 2）应用计算）应用计算 水轮机选型计算 油、气、水系统设备选择 计算 调速器选择计算 调节保证计算第26页/共77页3 3）水力设计计算）水力设计计算 蜗壳水力设计 尾水管水力设计第27页/共77页水轮机基本结构与工作原理水泵基本结构与工作原理油、气、水系统构成与工作原理调速器基本结构与工作原理(4)设备基本结构与工作原理第28页/共77页2. 2. 难点难点 理论上不易理解；涉及基础知识面广不易全面掌握；计算复杂；工作原理复杂。第29页/共77页 (1) (1) 理论上的难点理论上的难点1)水流运动分析,速度三角形计算2)水轮机基本方程式的理解3)水轮机变工况时的流态与性能变化4)水

8、轮机空化系数的推导与物理意义5)蜗壳水力计算公式的导出6)尾水管动能恢复原理7)水轮机特性与其类型及ns的关系第30页/共77页(2) (2) 计算上的难点计算上的难点1）特性曲线的换算2）蜗壳水力计算3）尾水管设计计算4）调节保证计算5）油、气、水设备选择计算第31页/共77页(3) (3) 设备结构与动作原设备结构与动作原理方面的难点理方面的难点1)水轮机主要部件与工作原理2)转桨式水轮机叶片操作机构3)调速器电气回路与液压机构返回第32页/共77页例1:水轮机工作水头的计算三. 典型例题分析2gvpZ2gvpZH2IIIIIII2IIII第33页/共77页Z ZI I = 500 m ,

9、 = 500 m , Z Z= 450 m , = 450 m , P P= 9.81= 9.8110104 4 PaPaQ Q = 16 m= 16 m3 3/s /sD D = 2.0 m = 2.0 m P Pa a = 0= 0数据:第34页/共77页解：解：2gvpZ2gvpZH2IIIIIII2IIII 0 00 04 45 50 01 1. .3 33 31 10 05 50 00 06 61 1. .3 33 3(mH2O)解题关键: a.理解水头公式 b.掌握参数单位换算第35页/共77页例例2: 2: 轴流式水轮机进、出轴流式水轮机进、出口速度三角形的计算口速度三角形的计算

10、 轴流式水轮机D1 = 1 m, dh= 0.4 m, b0=0.4 m, Q = 4 m3/s, n = 375r/min, 0=55o，求D = 0.75 m 圆柱面上转轮进、出口速度三角形的主要参数, 并绘制两三角形。（假定2b = 25o）第36页/共77页解：解：2 2h h2 21 1m2m2m1m1mmd dD D4 4QQv vv vv v6060DnDnu uu uu u2 21 114.7214.7260603753750.750.75(m/s)6060n nDDu u1 1第37页/共77页cotcotD DbbQQv v0 00 0u1u1c co ot t5 55 5

11、0 0. .7 75 50 0. .4 44 4(m/s)6.076.070.40.41 14 44 42 22 2(m/s)第38页/共77页21uu 2v2 2mv1w2w1v22222wvvum、线线 11111wvvvumu、1uv21mmvv 1mv解题关键:a.理解速度公式 b.注意易出错处第39页/共77页例例3: 3: 相似换算相似换算( (用模型用模型参数求原型参数参数求原型参数) ) 模型水轮机参数：HL220-LJ-46, n11=70 r/min, Q11=1.1 m3/s, D1M=0.64 m,HM=4 m, PM=14.83 kW。求原型水轮机HL220-LJ-5

12、50在H = 49 m时的转速n,流量Q和出力P。第40页/共77页解解: :应用一次近似式计算应用一次近似式计算HHnDnDn n1 11111HHDDQQQQ2 21 11 11 1HHD DQQQQ2 21 11 11 189895.55.549497070DDHHn nn n1 11111(r/min)23323349495.55.51.11.12 2(m3/s)第41页/共77页1 11 12 21 1MM1 1. .5 5MMMMMMQQD D9 9. .8 81 1HH/ /P P1 1. .1 10 0. .4 46 64 49 9. .8 81 11 14 4. .8 83

13、3/ /2 21 1. .5 5. .8 81 12 20.871.871D DD D1 11 15 51P1P1M1MMMP P09 9. .8 81 1QQHHP P9 97 75 51 14 4. .8 87 71 14 49 92 23 33 39 9. .8 81 1(kW)解题关键解题关键: : a. a.掌握相似律公式掌握相似律公式 b.b.掌握效率修正公式掌握效率修正公式第42页/共77页例例4: 4: 相似换算相似换算( (原型之原型之间的换算间的换算) ) 已知HL220-LJ-550水轮机在H HA A=49 m时n nA A=89 r/min, QQA A = 233

14、m3/s, P PA A=100 MW, 求同一水轮机在H HB B=64 m时(相似工况)下的转速n nB B、流量QQB B与出力P PB B。第43页/共77页解解：同一水轮机：同一水轮机D D1A1A=D D1B1B由水轮机相似公式：B B1 1A A1 1H HnDnDH HnDnDB B2 21 1A A2 21 1H HD DQQH HD DQQ和得10210249495.55.581815.55.56464HHnDnDD DHHn nA A1 11B1BB BB B(r/min)第44页/共77页A A2 21 1B B2 21B1BB BHHD DQQHHD DQQ26626

15、649495.55.523323364645.55.52 22 2(m3/s). .8 89 93 3) )HH9 9. .8 81 1QQ/ /P P( (A AA AA AA A0B BA A假定所以BBBBH9.81QP1 14 49 9. .8 89 93 36 64 42 26 66 69 9. .8 81 1(MW)第45页/共77页例例5: 5: 水轮机选型及参水轮机选型及参数计算数计算 己知某电站的水头范围Hmin =30 m, Hr=40 m, Hav=45 m, Hmax=52 m, 单机容量Pr =3400 kW,选择水轮机型号并计算水轮机直径D1和转速n。第46页/共7

16、7页 从水轮机型谱中选择水轮机，从水轮机型谱中选择水轮机，根据工作水头范围，选择根据工作水头范围，选择HL220HL220型水轮机，单位参数型水轮机，单位参数n n1111=71 r/min, =71 r/min, QQ1111=1.14 m=1.14 m3 3/s, /s, 小型水轮机效率取小型水轮机效率取=85%=85%。则。则解：r r11111.51.5r rr r1 1QQ9.81H9.81HP PD D第47页/共77页0.850.851.141.1440409.819.8134003400D D1.51.51 11 1. .1 19 9(m)1.21.2D D1 1m397397

17、1.21.245457171D DH Hn nn n1 1avav110110(r/min)取同步转速 n = 428.6 r/min解题关键解题关键: : a. a.记住记住D D1 1, , n n计算公式计算公式 b. b. D D1 1, , n n计算用工况参数计算用工况参数 返回第48页/共77页1. 1.多种媒体教材的配置多种媒体教材的配置四. 本课程教学设计方案介绍 文字教材:水轮机、水泵及辅助设备,陈德新, 杨建设主编, 中央电大出版社出版。 录像教材:水轮机、水泵及辅助设备,杨建设主讲, 中央电大音像出版社出版。 CAI课件: 制作中。第49页/共77页2. 2. 辅助教学

18、手段辅助教学手段网络教学直播课堂:中国教育台2套,两次电话答疑第50页/共77页3.3.教学辅导安排教学辅导安排(1)辅导教师提前制订教学辅导计划，组织辅导；(2)面授以辅导答疑为主，同时收缴并批改作业； (3)收集学生的学习问题与难点，与主讲教师联系取得解答。第51页/共77页4.4.学员自学安排建议学员自学安排建议(1)制订并执行自学计划; (2)认真、独立完成作业与自 测，并及时上交辅导教师; (3)充分利用多种媒体教材; (4)按规定参加集中面授。第52页/共77页5.5.面授辅导安排建面授辅导安排建议议面授30学时；学员自学完教材第一编后安排3天， 讲解水轮机与水泵部分;学员自学完教

19、材第二编后安排3天，讲解辅助设备与水轮机调节部分;两次面授合并为一次时，自学完全部课程后进行，时间6天。第53页/共77页6.6.教学质量过程控制教学质量过程控制认真组织教学,辅导与答疑;定期批改作业,检查学习进度与学习质量;从严考核,严格把关。返回第54页/共77页1. 1.考核方式：考核方式：平时成绩占平时成绩占20%20%，期末考试占期末考试占80%80%。五五. . 课程考核说明课程考核说明第55页/共77页2.考试范围：按课程使用说明中规定的范围各专业方向采用不同的考题：水动方向: 全部内容 (1-10章)其他方向: 选做(试卷上有说明) (1-7章, 1-8章)第56页/共77页3

20、.3.命题原则命题原则按基本概念、基本理论、 基本计算类别命题；容易：中等：较难题目比例 = 30：50：20第57页/共77页4.4.考试方式考试方式闭卷；120分钟；可带计算器。第58页/共77页5.5.试题形式及解答要求试题形式及解答要求判断题判断题 (15(15分分, 15, 15题题) )；填空题填空题 (30(30分分, 15, 15题题3030空空) )；简答题简答题 (15(15分分, 3, 3题题) )；计算题计算题 (40(40分分, 2, 2题题) )(1) 题型第59页/共77页1) 1) 判断题判断题(2) 解题要点例1：尾水管是反击式水轮 机的必要部件。（对） 考核

21、基本知识第60页/共77页例例2 2：水轮机工作水头是电：水轮机工作水头是电站上、下游水位差。（错）站上、下游水位差。（错） 考核基本概念考核基本概念例3：水轮机进口水流环量必须大于出口水流环量才能正常工作。（对） 考核基本理论第61页/共77页2) 2) 填空题填空题例1:水电站中通过(水轮机)和(发电机)把水流能量转变为电能。例2: 轴流式水轮机有(定桨式)和(转桨式)两种类型。 考核基本知识第62页/共77页例例3: 3: 水轮机空化系数是转水轮机空化系数是转轮轮( (动态真空动态真空) )的相对值。的相对值。例4: 理论吸出高度是转轮(叶片压力最低点)到下游水面的几何距离。 考核基本概

22、念第63页/共77页例例5: 5: 水轮机工况相似的判水轮机工况相似的判据是据是( (n n1111) )和和( (QQ1111) )分别相等。分别相等。例6: 两台泵并联运行的目的是为了增大抽水(流量)。 考核基本理论第64页/共77页3) 3) 简答题简答题 (基本知识,基本概念,基本理论)例1: 反击式水轮要有哪些主要过 流部件? 各自的作用是什么?例2: 空化与沸腾有什么区别?例3: 水轮机偏离设计工况时效率 下降的原因是什么? 第65页/共77页4) 4) 基本计算基本计算a.掌握基本计算公式及其各参数的意义H H900900E E1010H HMMS S例:第66页/共77页b.b

23、.掌握基本理论掌握基本理论例: 已知模型水轮机参数 n11, Q11, P11, 求原型水轮机的n, Q, P等(给出D1, H)。HHnDnDn n1 111111 11111DDHHn nn nHHDDQQQQ2 21 11 11 1HHD DQQQQ2 21 11 11 1第67页/共77页c.c.用基本理论进行计用基本理论进行计算与分析算与分析例例: : 某电站引水管长某电站引水管长L L = = 1000 m, 水流初速度水流初速度v0 = 2 m/s，水锤波传，水锤波传递速度为递速度为 800 m/s, ,导叶全关时间导叶全关时间T Ts = 2 s, 求水轮机甩负荷时的水压上求水轮机甩负荷时的水压上升值升值 H。第68页/共77页解: