水轮机复习知识要点总结

水轮机原理及水力设计第一章1、 水轮机是一种将河流种隐蔽的水能转换成旋转机械能的原动机，水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机或者发电机的转子将旋转的机械能转换成电能。2、 还击式水轮机转轮区内的水流在通过转轮叶片通道时，始终是连续布满整个转轮的有压流淌，当水流通过水轮机后其动能和势能大局部被转换成转轮的旋转机械能。3、 机包括：混流式水轮机：水流从四周沿径向进入转轮，然后近似的以轴向流出转轮，应用水头范围较广，约为20~700m，水头较高。轴流式水轮机：水流在导叶和转轮之间由径向流淌变为轴向流淌，而在转轮区分为轴流定浆式和轴流转浆式两种。40~200m。贯流式水轮机：依据其发电装置形式不同，分为全贯流式和半贯流式两类。4、冲击式水轮机的转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已转变成高速自动能大局部传递给轮叶，驱动轮叶旋转。5、冲击式水轮机按射流冲击转轮方式的不同分为：水斗式水轮机、斜击式水轮机、双击式水轮机三种。6、水头：水轮机的水头〔亦称工作水头m。7、各种水头〔1〕Hma性影响。〔2〕Hmim，是保证水轮机安全、稳定运行的最小净水头。〔3〕a：是在确定期间内〔视水库调整性能而定全部可能消灭的水轮机水头的加权平均值，是水轮机在其附近运行时间最长的净水头。〔4〕设计水头Hr：是水轮机发出额定出力时所需要的最小净水头。8、流量：水轮机的流量是指单位时间内通过水轮机某一过流断面的水流体积，常用符号Q表示，常用单9P:水轮机出力是水轮机轴端输出的功率，常用符号PKW。P

=QH=9.81QH(KW) t

P由于水轮机在总做中存在能量耗损nPn

其效率总是小于1.水轮机的出力P=Pnt=9.81OHt(KW) 或者是P=M 60

其中是水轮机的旋转速度，rad/s；M是水轮机主轴输出的旋转力矩，N.m；n是水轮机转速，r/min。250cm。560500cm。600300cm。20120cm，20cm。11、水轮机的装置形式：指水轮机主轴的不知形式与引水室形式相结合的总体。①还击式水轮机的装置形式：大型机组承受立轴布置形式，水轮机轴与发电机轴直接连接；中高水混凝土蜗壳，弯肘形尾水管。②冲击式水轮机的装置形式:斜击式和双击式水轮机由于机组容量小，一般都承受卧轴装置型式，容量机组是卧式。其次章1、径面：取纸平面为辐角0o的起始面，任意rz轴构成的平面称为经面或径面，常以m表示。轴面：0o和=180o的径面称为轴面。轴面投影：转轮叶片是空间扭曲面，常将其投影到轴面上，得到的投影为轴面投影。2、水流在转轮中的运动：水流进入转轮中的流淌是一种复合运动。水流质点沿叶片的运动称为相对运动，相应的速度称为相对速度，用符号W表示；水流质点随转轮的旋转运动称为牵连运动，相应的速度称为牵连速度，用符号U表示；水流质点对大地的运动称为确定运动，相应的速度称为确定速度V表示。V=U+W。3、动量矩定理：单位时间内水流质量对水轮机主轴的动量矩变化应等于作用在该质量上全部外力对同一轴的力矩总和。只有圆周速度VU

作功，作用在水流质量上的外力矩只有转轮叶片对水流的作用力 V2V2 U2U2 W2W2产生力矩。Hs 〔Vr-Vr〕H 1 2 1 2 1 1 ，速度矩的变化是转轮作g U11

U22

s 2g 2g 2g功的主要依据。转轮的输出功率主要打算于转轮进口与出口的速度环量变化。4、水轮机的效率：水轮机输出功率与水流输入功率之比称为水轮机的效率，常用表示水轮机总效率是由水力效率、容积效率和机械效率组成：s

H hH②容积效率：在水轮机的运行过程中有一小局部流量 q从水轮机的固定部件与旋转部件之间的间隙中漏出，这局部流量没有对转轮作功，所以称为容积损失,v

Q- qQ③机械效率：在扣除水力损失和容积损失之后，便可得出水流作用在转轮上的有效功率Pe

.(H

s v

P-Pe Pe

水轮机的输出功率PPe

-Pj

e

水轮机的总效率为j s v

P9.81QH5、 因而提高水轮机的效率主要是提高其水力效率。6、 无撞击进口工况：在某一工况下，在转轮进口速度三角形中，水流相对速度W1

的方向角

与转轮叶1片的进口角e1

一样，即

=

，则水流平顺的进入转轮而不发生撞击和脱流现象，叶片进口水力损失小从而也提高了水轮机的水力效率，此工况称为无撞击进口工况。7、 法向出口工况在某一工况下在转轮出口速度三角形里水流确定速度V的方向角 90o即V2 2 2垂直于U

时，V

0，2

0，水流离开转轮后没有旋转并沿尾水管流出，不产生涡流现象，从而提高了水轮机的水力效率，次工况称为法向出口工况。8、 最优工况：当水轮机在= ， 90o的工况下工作时，则水流在转轮进口无撞击损失，出口无1 e1 2涡流损失，此时水轮机的效率最高，称为水轮机的最优工况。9、 水斗叶片的出水角20，射流在斗叶上进出口的转向为180度，并且转轮的圆周速度U等于射流V010、 水斗式水轮机中的能量损失主要包括喷嘴将水流的压能转变为动能，以及在转轮中射流的动能转变为主轴旋转机械能的过程中的损失，另外还有水流在转轮出口的能量损失：①喷嘴损失：包括水流在喷管中的沿程水头损失和局部转弯、断面变化〔与喷针的行程变化有V2关和分流等损失还包括射流的收缩和在空气中的阻力损失合理的喷嘴 1.2.3.出口损失③容积损失

02gH

95%98%。④机械损失：除了主轴在轴承中的机械摩擦损失外尚应包括转轮在转动时的风阻损失。第三章发育形成空穴，这种现象称为空化。空化过程可以发生在液体内部，也可以发生在固定边界上。电化、热力、化学等过程的作用。生在固定边界上，空蚀只发生在固定边界上。4、空蚀对金属材料外表的侵蚀破坏有机械作用、化学作用和电化作用三种，以机械作用为主。5、空化空蚀随水轮机的影响：①破坏水轮机的过流部件，如导叶、转轮、转轮室、上下止漏环及尾水管。流的漏损和水力损失。③空化和空蚀严峻时，可能是机组产生猛烈的振动、噪音及负荷波动，导致机组不能安全稳定运行。影响电力生产。6、水轮机为何产生空化空蚀？水轮机的工作介质是液体，液体的致电并不像固体那样围绕固定位置振动，而是质点的位置迁移较简洁假设在某些地方流速增高了，依据水力学的能量方程可知，必定引起该处的局部压力降低，假设该处水流速度增加很大，以致使压力降低到在该水温下的汽化压力时，则此低压区的水开头汽化，便会产生气蚀。7、水轮机空化与空蚀的类型：连接处四周。转轮室的间隙处，叶片根部与轮毂间隙处，以及导水叶端面间隙处。的前方，还可能发生在叶片固定螺钉及密封螺钉处；混流式水轮机发生在转轮上冠泄水孔后。④空腔空化和空蚀：一般发生在还击式水轮机的尾水管处。又要空化系数小，是水轮机在运行中不易发生气蚀破坏。9、动力真空和静力真空：V2 W2-W2①动力真空h 2 k 2

〔不要求记忆〕动力真空值由水轮机的转轮和尾水管所形成，它与v 2g 2g

ka水轮机各流速水头、转轮叶片和尾水管聚合外形有关，及与水轮机构造及运行工况有关。Hs

Z -Zk

又称为吸出高度，它与水轮机安装高程有关，取决与转轮相对与下游水面的装置高度，而与水轮机形式无关。11、 出高度的计算公式：Hs10.0-

900

-m

〕HHs

10.0-

900

-K H m12、各种不同型式水轮机的吸出高度：61〔可能考的画图题〕13、吸出高度与安装高度的关系：①立轴混流式水轮机w

H bos 2

②立轴轴流式水轮机 Hw s

XD1式中 —尾水位，mbo—导叶高度，m 式中—D转轮直径，X—轴流式水轮机构造高度系数w 1Dw

H s

1确定水轮机安装高程的水位通常为设计尾水位。214、水轮机抗空化与空蚀的措施：Hs

、水轮机的比转速ns

、空化系数 。o比碳钢抗空化性能优越。气。第四章1、水轮机系列：水轮机原型可以按比例缩小为模型，假设取不同的比例，则可得假设干个尺寸不同的水但成同一比列，这样得到的一系列水轮机称为水轮机系列。理论，称为水轮机的相像理论。3、相像条件：①几何相像：主要是指两个水轮机过留局部几何外形与外表糙度一样，并且一切相应的线性尺寸成比例。例，相应的夹角相等，或者说相应点处的速度三角形相像。且同名力方向全都，大小成比例。4、单位参数：为了比较时有一个统一的标准，通常规定把模型试验成果都同意换算到转轮直径D=1m，1HS1m时的水轮机参数，这种参数被称为单位参数。单位参数有单位转速n11、单位流量Q11PnDn* 11

11HD2 HQ• HD2 H111

N N11 D2H3/215、 0 T0 M0 T M 06水轮机的比转速n和P11 11

11

=常数，ns

nP11P11

n P〔比转速凹凸水头比转速低高水头〕nH5/4 者是最优工况下的比转速作为水轮机分类的特征参数。现代各型水轮机的比转速范围约为：水斗式ns轴流式ns

=10—70 混流式ns=400—900 贯流式ns

=200—450 斜流式ns=600—1100

=60—350〔n空化系数与比转速的关系：

比转速增加空化系数增加，从材料强度与抗空化性能条件着20230减小，比转速不同转轮样式也不同。

1随比转速nDD D2

的增加而7、水轮机的飞逸转速：水轮机发电组在正常状况下总是以额定转度运行。这时水轮机的转动力矩和发轮机飞逸转速的大小与水轮机的飞逸特性有关，而飞逸特性一般用单位飞逸转速n公式换算出相应的单位飞逸转速：

11R

表示，按转速相像R 1Hn R 1H11R

n nR

11R

(r/min)HmaxHmax18、防飞逸措施主要有哪些？制动叶片、导叶自关闭。第五章1、水轮机的线型特性曲线：水轮机各参数之间的相互关系比较简洁，为了明确某些参数之间的关系，是一元函数的关系，这种曲线成为水轮机的线型特性曲线。的树立性能、力特性及其他性能。能的曲线绘于同一图上，这种曲线称为水轮机的综合特性曲线。4、模型综合特性曲线：以单位参数n、Q

为纵、横坐标轴的特性曲线称为模型综合特性曲线。11 115H、P逸转速〔出力即功率为零时的转速。不行能按正常规律实现功率的调整，而且，在超过95%最大功率运行时，效率随流量的增加而降低，且效率降低的幅度超过流量增加的幅度，因此水轮机的出力反而减小了，从而是调速器对水轮机的调整性能较差。为了避开这些状况并使水轮机具有确定的出力贮存，因此将水轮机限制在最大出力95%〔97%〕范围内运行。8、冲击式水轮机的过流量与水轮机的转速无关，仅与喷嘴的开度有关，因此它的等开度线是与Q 坐标11轴相垂直的直线。9、冲击是水轮机的模型综合特性曲线一般不表出力限制线，不标注空化系数线。10、水轮机运转综合特性曲线是在转轮直径D和转速nHP而绘1制的剧组等值线。第七至十章1、混流式水轮机的主要部件：主要过流部件一般为蜗壳、座环、导水机构、转轮及尾水管。流力气、水力效率、容积效率、空蚀性能及工况稳定等工作性能。3、止漏装置的类型、适用水头和优缺点：①缝隙式止漏装置：使用水头H＜200m过时产生反复扩大、收缩的现象，减低了水流压力，使漏水量大大减小。②梳齿式止漏装置：对于高水头〔H＞200m〕混流式水轮机，需要承受梳齿式止漏装置；水流通过梳齿式止漏装置连接部件增大拉应力。4、 减压装置的减压作用：减小作用在上冠外面轴向水推力，降低机组推力轴承的负荷。5、 混流式水轮机的根本构造：转轮、支持盖和顶盖、桨叶密封装置、水轮机导轴承、泄水锥、转轮室。6、 水轮机对引水室的根本要求：① 尽可能削减水流在引水室中的水力损失以提高水轮机效率。② 保证水流均匀、轴对称地进入导水机构以提高运行的稳定性。③ 角进入固定导叶和活动导叶，减小导水机构的水力损失。④ 具有合理的端面外形和尺寸，以降低厂房投资，同时便于电站关心设备的布置。⑤ 具有必要的强度及适宜的材料，以保证恶狗上的牢靠性和抵抗水流的冲刷。7、还击式水轮机引水室的类型：①开敞式引水室②罐式引水室③蜗壳式引水室〔金属蜗壳和混泥土蜗壳〕8、蜗壳包角的定义：蜗壳自鼻端至进口端面所包围的角度称为蜗壳的包角 。o根底上去，在构造上要求有足够的强度和刚度。10、还击式水轮机尾水管的作用：①将转轮出口处的水流引向下游。②利用下游水面至转轮出口处的高程差，形成转轮出口处的静力真空。③利用转轮出口处的水流淌能，将其转换成为转轮出口处的动力真空。11、尾水管恢复系数：实际恢复的动能与抱负恢复的动能的比值称为尾水管的恢复系数w

，即：2〕5V2-h V22〕5 2gw

w 2g 尾水管对轴流式水轮机比对混流式水轮机更重要。V222g12、尾水管的根本类型：①直锥形尾水管：是一中简洁的集中型尾水管制造简洁，内部水均匀，阻力小，水力损失小，恢复系