水力机械+ 水电站 + 计算.docx

A、水轮机的主要类型一　反击式水轮机 ： 利用水流的势能和动能做功的水轮机 特征：转轮的叶片为空间扭曲面，流过转轮的水流是连续的，而且在同一时间内，　　　　　所有转轮叶片之间的流道都有水流通过，水流充满转轮室1.混流式：中、高水头（30-700m） 水流径入轴出 稳定，效率高（最大可达94%），高水头低流量三峡、龙羊峡、刘家峡2.轴流式：中、低水头 (3 - 80m) 水流轴入轴出(始终平行于主轴) （分 定桨式 和 转桨式） 低水头、高流量 轴流定浆式：(3-50m)叶片不能随工况的变化而转动高效率区较小，适用于水头变化不大的小型电站 轴流转浆式：(3-80m)叶片能随工况的变化而转动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度)适用于大型水电站3.斜流式：中向高水头发展（40-200m）水流斜进 转轮叶片随工况变化而转动， 效率高 (8-12片) 密云水库4.贯流式：低、超低水头 （ H<20m）， 水流由管道进口到尾水管出口都是轴向的 ， 水轮机的主轴装置成水平或倾斜 不设蜗壳,水流直贯转轮,适用小型河床电站 分全贯流式和半贯流式半贯流式又分：灯泡式、轴伸式、竖井式。

灯泡式贯流式：发电机组安装在密闭的灯泡体内，使用较广泛，机组结构紧凑，流道形状平直，水力效率高 轴伸式贯流式：发电机安装在外面，水轮机轴伸出到尾水管外面水头低、效率低、小型水电站 竖井式贯流式：发电机安装在竖井内 水头低、效率低、小型水电站二 冲击式水轮机 （水斗式、斜击式、双击式） ：利用水流的动能来做功的水轮机 特征：由喷管和转轮组成 1.水斗式: 特点是由喷嘴出来的射流沿圆周切线方向冲击转轮上的水斗作功 (100-2000m) 效率高、常用 分 卧轴（中、小型） 和 立轴（大型） 两种， 湖北天湖水电站 2.斜击式：由喷嘴出来的射流沿圆周斜向冲击转轮上的水斗α约为22.5˚，25-300m)效率低、小型水电站 3.双击式：水流两次冲击转轮 （5-80m ） 构造简单 ，效率低 ， 小型电站三、类型代号反击式：混流式 HL 中、高（30-700m）径入轴出 稳定，效率高，高水头低流量：三峡、龙羊峡、刘家峡轴流式 定桨 ZD 中、低 (3-50m) 轴入轴出 ,低水头高流量、叶片不可转，高效率区较小，小型水电站 转桨 ZZ 中、低 (3-80m) 轴入轴出 ,低水头高流量（双调）叶片可转（4-8片）：大型、湖北葛洲坝 斜流式 XL 中向高（40-200m） 斜进、效率高、叶片可转，（8-12片）： 密云水电站 贯流式：全贯流式 GD 半贯流式 GZ （ 灯泡式 P 、轴伸式 Z 、竖井式 S ）冲击式：水斗式 CJ（切击式）(100-2000m) 效率高、常用 。

分卧轴（中小型）和立轴（大型）两种，湖北天湖水电站 斜击式 XJ (α约为22.5˚，25-300m) 效率低 ， 小型电站 双击式 SJ （5-80m ）效率低 ， 小型电站B、水轮机的基本构造1.反击式水轮的四大部件，各部件的重要零件及其作用①进水部件--蜗 壳、座环：将水流引入转轮前的导水机构并形成一定的旋转量②导水部件--导 叶 作用：引水流进入转轮，改变导叶开度来改变流量调整出力，还用来截断水流 检修 调相运行 开停机③核心部件--转 轮 作用：将水流能量转变为旋转机械能④出水部件--尾水管 作用：排水至下游、回收转轮出口水流中的剩余能量2.冲击式水轮机的主要部件 ： 喷管，转轮，折流器，机壳，射流制动器等组成3座环包括：上冠 、叶片（14-19片） 、下环4水轮机停止运行时，用橡皮条密封间隙C、水轮机的型号及标称直径1. ① HL240 — LJ — 410 混流式水轮机，型号240（比转速)，立轴，金属蜗壳，转轮直径为410cm ② ZZ440 — LH —430 轴流转浆式水轮机，型号440，立轴，混凝土蜗壳，转轮直径430cm 2. ①GZ440—WP—750：表示贯流转浆式水轮机，转轮型号440，卧轴，灯泡式机组，转轮标称直径750cm。

②SJ40—W—50/40：表示双击式水轮机， 转轮型号40，卧轴布置，转轮标称直径50cm，转轮轴向长度40cm ③XLN—LJ—300 ：表示斜流可逆式水泵水轮机，转轮型号200，立轴布置，金属蜗壳，转轮标称直径300cm ④2CJ30——W—— 120/2×10 转轮型号为20，水斗式水轮机，卧轴，一根轴上装设两个转轮，转轮直径为120cm, 每个转轮两个喷嘴，设计射流直径为10cm3.①说出ZD600—LH—600中 轴流定桨式水轮机，比转速600，立轴，混凝土蜗壳，转轮直径为600cm②说出HL240—LJ—550中 混流式水轮机， 比转速240，立轴，金属蜗壳， 转轮直径为550cm③说出ZZ560—LH—1130中 轴流转桨式水轮机，比转速560，立轴，混凝土蜗壳，转轮直径为1130cmD、水轮机的效率及最优工况 1.水轮机的总效率是由：水力效率 、流量效率、机械效率组成 η=ηHηVηm2. 水力损失及水力效率 ηH 水力损失：蜗壳、导叶、转轮、尾水管 —— 沿程损失 旋涡、 脱流、 撞击 —— 局部损失 3. 流量损失及流量效率（容积效率） ηV 水流通过转动部分与非转动部分间隙直流入尾水管的流量为q，此部分流量不经过转轮作功，称漏损。

4. 机械损失和机械效率 ηm5.提高效率的有效方法是减小水头损失、流量损失、机械摩擦6.水轮机的最优工况的定义： 水轮机的最优工况是指效率η最高的工况 (一般情况下，对η起主要作用的是水力损失，流量损失和机械损失相对较小，且基本不变，在水力损失中撞击和涡流损失最大 )无撞击无涡流损失的水轮机工况，效率最高）E、水轮机的吸出高： G、水轮机的安装高程1）水轮机的安装高程是水电站非常重要的一个特征高程，在进行水电站厂房设计时，该高程是计算水电站厂房其他高程的基准值对于不同型式和不同装置方式的水轮机，它们的安装高程在工程上也都分别作了规定：对轴立反击式水轮机是指导叶中心高程；对卧轴混流式水轮机和贯流式水轮机是指主轴中心线高程 2）在确定了吸出高Hs（理论上，指轮叶压力最低点到下游水位的垂直高度）以后，按下列公式计算水轮机安装高程Za ：①立轴混流式水轮机:②立轴轴流式水轮机：③卧轴混流式和贯流式水轮机：3）确定安装高程的目的：选择合理的安装高程，既充分利用转轮出口的能量，又使之气蚀性能好4）安装高程的原则： ①保证在Zdmax 条件下，转轮不淹没 ②留有适当的安全储备 ③同时考虑布置要求5)冲击式水轮机是否需要根据吸出高度Hs确定安装高程？----- 答: 不需要。

H、水轮机汽蚀 产生的重要原因：流速、压力←防护措施从此入手1）汽蚀现象：表面粗糙无光泽---麻点，蜂窝状------破坏 ; 引起机组强烈震动-----共振------运行不稳定2）汽蚀定义-------汽泡在溃灭过程中，由于汽泡中心压力发生周期性变化，使周围的水流质点发生巨大的反复冲击， 对水轮机过流金属表面产生机械剥蚀和化学腐蚀破坏的现象，称水轮机的汽蚀 3）汽蚀类型：①翼形(叶片)汽蚀(主要汽蚀类型)：由于水轮机的翼形设计不合理或者水轮机的安装高程不合适，形成绝对值较大的负压，当背面的负压降低到汽化压力以下时，便产生了汽蚀是反击式水轮机的主要汽蚀形式还有当水轮机偏离最优工况运行时，混流式水轮机因入流冲角太大，造成脱流，在叶片头部也会发生汽蚀 破坏降低效率，甚至断流②间隙汽蚀：当水流通过间隙和较小的通道时，局部流速增大，压力降低而产生的汽蚀③空腔汽蚀：非最优工况时，尾水管中形成一种对称真汽涡带，在尾水管进口处产生汽蚀破坏，可能造成尾水管振动（噪音）④局部汽蚀： 过流表面在某些地方凹凸不平，诱发水流出现旋涡、脱流而产生汽蚀4）防止汽蚀的措施;(流速和压力是产生汽蚀最重要的两个原因，因此要控制流速和压力的急剧变化。

) ①设计制造方面： 合理选叶型 ②工程措施：合理选择安装高程，防沙、排沙 ③运行方面：避开低负荷、低水头运行，合理调度，必要时向尾水管补气 5）汽蚀会引起的后果--------1.发生振动和噪音 2.影响水轮机的效率和出力 3.影响水轮机的寿命6）对于水轮机的不同工况汽蚀系数是不是一个确定的值?为什么? 不是一个确定的值，因为汽蚀系数与k点的相对速度，转轮出口速度有关，不同的工况下这两个数是不同的7)汽蚀系数的定义： 为确切地反应水轮机的汽蚀特性并便于在不同工况之间和不同水轮机之间进行汽蚀性能的比较，将真空动力值除以水轮机工作水头H，用一无因次的相对系数σ来表示，即 ，称为水轮机的汽蚀系数性质：① σ为一无因次的相对系数， ② 当K点的相对速度Wk越大，转轮出口速度V2愈大，则汽蚀系数σ值愈大，③ 尾水管的动能恢复系数ηｗ愈大，σ值亦愈大， ④ 几何相似的水轮机，在相似工况下，其σ值亦是相同的I、 水轮机的相似原理及特性曲线1.水轮机的运行参数：水头H ，流量Q,转数n，出力N，效率η，汽蚀系数σ；及参数之间的关系，称为特性2.水轮机的相似条件有哪些?具体是指什么而言? （几何、运动、动力) 答：水轮机的相似条件有几何相似、运动相似和动力相似。

①几何相似：指原型水轮机和模型水轮机过流通道的所有对应角相等，对应尺寸成比例 ②运动相似：指同一轮系的水轮机，水流在过流部分同一个对应点的速度三角形相似， 也就是说，对应点上同名速度的方向相同，速度大小成比例 ③动力相似：指原型水轮机和模型水轮机过流部件对应点作用的同名力方向相同，大小对应成比3.比转数 : →→水轮机特性的的综合性参数一个与水轮机直径无关的常数4.同一个系列的水轮机是指什么而言的---------指具有相同的比转速5.不同比转速的水轮机之间的差异主要是什么? 答：水轮机的比转速不同，其过流通道的几何形状也随之发生变化，比转速越高，水轮机过流能力越大，导叶的相对高度也越大，要求转轮的过流通道越开阔，则转轮的叶片数目就越少另外，由于空蚀系数随着比转速的增大而增大，为了减小转轮出口流速以降低空蚀系数，对混流式水轮机则相对应的是水轮机的直径比增大，对轴流式水轮机则相应使轮毂比减小7简述水轮机基本方程式的物理意义? 答：水轮机基本方程式是反映水能转变为水轮机转轮旋转机械能的一个能量平衡方程式，从理论上揭示了水轮机利用水能作功的原理水流通过水轮机时，水流和转轮叶片相互作用，转轮的叶片迫使水流动量矩发生变化，水流在其动量矩改变的同时，以反作用力作用于叶。