合工大水轮机的模型试验指导书A(共13页)

1、 水电站课程(kchng)实验实验指导书学生学号：学生姓名：指导老师：张礼兵范文莹 吴成国实验地点：土水学院水力学实验室实验时间：201 年 月实验成绩：第一篇水轮机1、反击式模型(mxng)水轮机效率(xio l)能量试验(shyn)模型水轮机的运转规模比真机运转规模小的多，费用小，试验方便，可以根据需要随意变动工况。能在较短的时间内测出模型水轮机的全面特性。将模型试验所得到的工况参数组成单位转速和单位流量后，并分别以它们作为纵坐标及横坐标，按效率相等工况点连线所得到的曲线图称为综合特性曲线。此综合特性曲线不仅表示了模型水轮机的工作性能，同样地反映了与该模型水轮机几何相似的所有不同尺寸，工作

2、在不同水头下的同类型真实水轮机的工作特性。水轮机制造厂可从通过模型试验来检验原型水力设计计算的结果，优选出性能良好的水轮机，为制造原型水轮机提供依据，向用户提供水轮机的保证参数。水电设计部门可根据模型试验资料，针对所设计的电厂的原始参数，合理地进行选型设计，并运用相似定律利用模型试验所得出的综合特性曲线，绘出水电站的运转特性曲线。为运行部门提供发电依据，水电厂运行部门可根据模型水轮机试验资料，分析水轮机设备的运行特性，合理地拟定水电厂机组的运行方式，提高水电厂运行的经济性和可靠性。当运行中水轮机发生事故时，也可以根据模型的特性分析可能产生事故的原因。一、水轮机模型效率实验的意义按相似理论，模型

3、水轮机的工作完全能反映任何尺寸的原型水轮机。模型水轮机的运转规模比真机运转规模小的多，费用小，试验方便，可以根据需要随意变动工况。能在较短的时间内测出模型水轮机的全面特性。将模型试验所得到的工况参数组成单位转速和单位流量后，并分别以它们作为纵坐标及横坐标，按效率相等工况点连线所得到的曲线图称为综合特性曲线。此综合特性曲线不仅表示了模型水轮机的工作性能，同样地反映了与该模型水轮机几何相似的所有不同尺寸，工作在不同水头下的同类型真实水轮机的工作特性。水轮机制造厂可从通过模型试验来检验原型水力设计计算的结果，优选出性能良好的水轮机，为制造原型水轮机提供依据，向用户提供水轮机的保证参数。水电设计部门可

4、根据模型试验资料，针对所设计的电厂的原始参数，合理地进行选型设计，并运用相似定律利用模型试验所得出的综合特性曲线，绘出水电站的运转特性曲线。为运行部门提供发电依据，水电厂运行部门可根据模型水轮机试验资料，分析水轮机设备的运行特性，合理地拟定水电厂机组的运行方式，提高水电厂运行的经济性和可靠性。当运行中水轮机发生事故时，也可以根据模型的特性分析可能产生事故的原因。二、实验台的组成(z chn)水轮机效率是水轮机能量转换(zhunhun)性能的主要综合指标，因此，模型水轮机的能量试验主要是确立模型水轮机在各种工况下的运行效率。本实验台为开敞式实验平台，其组成结构如图一所示。它主要由下列(xili)

5、装置组成。（1）高位水箱。高位水箱2是一个具有自由水面的大容积储水箱，试验时保持稳定的上游水位。水箱由水泵1供水，通过高度可调节的溢流板4控制一定的水位，多余的水可从溢流板顶部排至集水池14。水流通过静水栅3均匀而稳定地进入模型水轮机7。（2）测流段。测流段包括引水管6，电磁流量计12。（3）机组段。机组段包括引水管6，模型水轮机7，尾水管8，测功装置5。（4）集水池。水流经尾水槽9，通过排水管11流入集水池14，然后再用水泵1抽送至高位水箱2，形成试验过程中水的循环。三、实验步骤 （1）准备阶段。先将实验用水注入到集水箱14中（水位最高不能超过水箱挡水板），然后打开水泵1开始给高位水箱2蓄水

6、，当高位水箱内开始溢流时操作导叶电控装置13使导叶打开一个较小开度，水轮机7开始工作，打开测功装置5给水轮机提供一个稳定的制动负载，提升调节闸门10使尾水槽9的液面稳定，当试验台运行稳定后打开电磁流量计和转矩转速传感器，开始测量。 图一 水轮机效率(xio l)实验台示意图1水泵(shubng)；2高位(o wi)水箱；3静水栅；4溢流装置；5测功装置；6引水管；7模型水轮机；8尾水管；9尾水槽；10调节闸门；11排水管；12电磁流量计；13导叶电控装置；14集水池；15操控台；16扭矩转速传感器 （2）参数(cnsh)测量。模型(mxng)水轮机效率为 因此，确定水轮机效率，首先必须(bx)

7、准确地测量出模型水轮机4个试验参数。1）测量水头。模型试验水头是上游高水箱水位与下游尾水槽水位之差。本实验台中=高位水箱水位H1-尾水槽水位H2+台架高度差h2）测量流量。本实验台采用了电磁流量计来进行流量测量，值可直接在仪表上读出。3）测量转速。本实验台采用转矩转速传感器来进行流量测量，值可直接在仪表上读出。4）测量功率。本实验台安装有电涡流制动器，其制动力可平滑调节。给定一个制动力矩，待系统运行平稳后可从转矩转速测量仪上读得其转矩值M，根据以下公式： (m )可求得功率。（3）综合参数计算与试验成果整理综合参数计算就是对模型水轮机的每一个工况，测出等参数后，计算出模型水轮机的值。效率 单位

8、转速 单位流量 混流式水轮机能量试验一般选用810个导叶开度，分别在各个开度下进行若个（510个）不同工况点的测试。试验可按如下步骤进步：1）调整上、下游水位，得到稳定的模型试验水头。2）调整导叶在某一开度。3）用测功器改变转轮的转速，一般速度间隔为100r/min作一个试验工况点。4）待转速稳定后，记录(jl)各参数()于表3-1中。表3-1 能量试验数据(shj)记录计算表导叶开度(mm)工况点试 验序 号试验水头(m)转速(r/min)制动力(N)轴功率(kW)堰顶水深(m)流 量(m3/s)单位流量(L/s)单位转速(r/min)效率(%)备注a011234a021234a031234

9、a041234a051234a0612342、不同(b tn)类型水轮机的工作原理演示试验一、灯泡式水轮机发电(fdin)演示实验(shyn)1、检查上水箱、下水箱、尾水渠等部位(bwi)，确保有清洁无杂物；2、将实验用水注入下水池，加水到正常水位（液面离水池口不得小于40mm）；3、接通电源，合上空气开关及漏电自动保护器；4、将活动导叶调到完全关闭状态；5、将平板闸门关闭；6、打开水泵，对前池供水；7、当前池水位稳定到溢流水位时，按下“开闸”开关控制闸门慢慢提起到位，再将开关复位到“停”的位置；8、将活动导叶手柄慢慢打开，增大过流水量，水轮机转轮开始旋转，带动发电机组开始发电。此时可观察到发

10、电指示灯开始变亮，在电压表上显示发电电压；9、水轮机运行正常后，观察水的变化，观察转轮下部泄水的气蚀变化，逐步调节活动导叶开度，观察水轮机的转速与发电量的变化。10、停机。先将水泵电源关闭，待上水池的水排完后，将活动导叶调节到全关闭位置，并将闸门完全关闭。问答：活动导叶刚打开时水轮机转轮是否立即旋转发电，为什么？二、水斗式水轮机发电演示实验检查水箱内部，确保有清洁无杂物；将实验用水注入下水池，加水到正常水位（离水池口40mm）；接通电源，合上空气开关及自动漏电保护装置；打开水泵，对喷嘴(pnzu)提供压力水；手动调节喷针，使射流冲向水斗中央处的刃口(rn ku)，从而推动转轮转动，带动发电机发

11、电。此时可观察到发电指示灯泡慢慢亮起来，电压表显示发电电压；调节手轮向右旋转，水轮机转速加快；水轮向左旋转，水轮机转速下降， 观察发电(fdin)指示灯泡亮度和电压表表值的变化；停机。关闭水泵，水轮机逐渐停机，上部余水回流到下水箱；如果长时间不使用，请通过水箱底部阀门将水放空。问答：针阀行程与折流板动作是否协联，为什么？三、混流式水轮机发电演示实验检查上水箱、下水箱、尾水渠，确保清洁无杂物；将实验用水注入下水池，加水到正常水位（离水池口40mm）；接通电源，合上空气开关及自动漏电保护器；将活动导叶调节到完全关闭状态；将蝶阀关闭；打开水泵，开始对上水箱供水；当上水箱水位稳定到溢流位置时将蝶阀慢慢

12、打开后，蜗壳开始进水；将活动导叶手柄慢慢打开，增大过流水量，水轮机转轮开始旋转，带动发电机组开始发电。此时可观察到发电指示灯开始变亮，在电压表上显示发电电压；水轮机运行正常后，观察水的变化，观察转轮下部泄水的气蚀变化，逐步调节活动导叶开度，观察水轮机的转速与发电量的变化。停机。先将水泵电源关闭，待上水池的水排完后，将活动导叶调节到全关闭位置，并将闸门(zhmn)完全关闭。问答(wnd)：请说明(shumng)过流水量与发电指示灯亮度（电压）间的关系？四、轴流式水轮机发电演示实验检查上水箱、下水箱、尾水渠，确保清洁无杂物；将实验用水注入下水池，加水到正常水位（离水池口40mm）；接通电源，合上空

13、气开关及自动漏电保护器；将活动导叶调节到完全关闭状态；将蝶阀关闭；打开水泵，开始对上水箱供水；当上水箱水位稳定到溢流位置时将蝶阀慢慢打开后，蜗壳开始进水；将活动导叶手柄慢慢打开，增大过流水量，水轮机转轮开始旋转，带动发电机组开始发电。此时可观察到发电指示灯开始变亮，在电压表上显示发电电压；水轮机运行正常后，观察水的变化，观察转轮下部泄水的气蚀变化，逐步调节活动导叶开度，观察水轮机的转速与发电量的变化。停机。先将水泵电源关闭，待上水池的水排完后，将活动导叶调节到全关闭位置，并将闸门完全关闭。问答：试比较轴流式与混流式水流方向的差异。第二篇水电站输水系统1、水锤(shu chu)调保和调压室水位波

14、动定量分析实验1.1实验(shyn)目的1）熟悉(shx)引水系统布置、试验装置和设备。2）对水电站过渡过程中水锤压力、导叶启闭时间（及规律）的物理现象进行定性认识和定量分析。进一步了解水电站水力过渡过程中的非恒定流现象和调压室的基本型式、功用。3）加强对调压室的作用、各种工况水位波动过程的物理现象的感性认识和定量分析计算能力。掌握水位、时间、周期等的测试方法。4）能够判断调压室的设置条件，计算最小稳定断面，最高最低涌浪水位和稳定周期。1.2实验原理及装置1.2.1实验原理利用安装在球阀上的电位器，配合电桥可以测出阀门的操作时间及变化规律。利用装置在调压室中的电容物位计，可以记录调压室中的水位

15、及其波动过程；也可以通过粘贴在管壁上的刻度纸直接读取水位值，使用秒表记录水位波动周期及稳定时间。1）机组增负荷（或启动）演示，主要观察调压室水位波动、机组转速变化、引水道压力变化等可见物理现象；2）机组甩负荷演示，主要观察调压室水位波动、机组转速变化、引水道压力变化等可见物理现象；3）在采集系统显示屏幕上观察以上两工况下各参数变化过程（包括：导叶开度、压力引水系统典型部位水锤压力、调压室水位等的变化过程）；4）改变导叶关闭规律（或时间），再做一次机组甩负荷演示，在采集系统显示屏幕上观察此次甩负荷工况的各参数变化过程，与前一甩负荷工况参数比较、分析。1.2.2实验装置此为受校实验设备处基金资助(

16、zzh)的自制设备。1)水电站模型试验引水(ynshu)系统。包括上水库（水箱）、引水道、上游调压室、压力管道等；2)控制(kngzh)和数据采集、显示系统。包括测点传感器、控制和采集工控机、各参数动态显示和输出设备。1.3实验内容及实验步骤1.3.1实验内容1）无调压室下，模拟水电站机组甩负荷过渡时，通过计算机屏显观察压力变化过程及数值大小记录。水轮机引用流量由最大突然减小到零（相当于固定出力时突然丢弃全部负荷）的情况下，引水管路系统各点水锤压力变化过程，记录最大最小点；水轮机引用流量由零突然增大到最大（相当于固定出力时突然增全部负荷）的情况下，引水管路系统各点水锤压力变化过程，记录最大最小

17、点。2）在有圆筒式调压室下，模拟水电站机组增负荷过渡时，通过计算机屏显观察压力变化过程及数值大小记录。观察调压室水位在不同水位时，水轮机引用流量由最大突然减小到零（相当于固定出力时突然丢弃全部负荷）的情况下，引水管路系统各点水锤压力变化过程，记录最大最小点；水轮机引用流量由零突然增大到最大（相当于固定出力时突然增全部负荷）的情况下，引水管路系统各点水锤压力变化过程，记录最大最小点。同时观察圆筒式调压室的水位波动现象，并确定最低波动振幅及一个周期时间，观察调压室内水位波动衰减过程。1.3.2实验步骤1)熟悉系统构成：管道布置长度、管径、转弯角度，调压室的型式与尺寸等；熟悉仪器的操作方法；进行人员

18、(rnyun)分工。2)向上游(shngyu)水箱供水，并保持(boch)溢流，水位稳定。3)打开调压室进水阀，出水阀关闭，待稳定后，测出上游水位。4)打开出水阀，使调压室中保持一定高度的水位，待水流稳定后，测出流量、室内水位与上游水箱水位差（即除去流速水头时的水头损失）。5)快速关闭电磁阀，目测及仪器测量同时进行。主要记录最高波幅、关闭时间、第一负波的最小值和一个周期所需时间。6)调节出水阀开度，改变调压室水位，重复45步骤，进行另一组数据实验，如此三次。1.4实验成果分析与计算1)比较有无圆筒式调压室的水力现象、最高最低波动水位、波动过程及稳定时间等有何异同之处，并说明原因。2)对电测记录的波动过程线进行绘表对比，并按比例绘图(打印或手绘不同水位、不同关阀时间下，控制点及调压室水压变化图)。