合工大水輪機(jī)的模型試驗(yàn)指導(dǎo)書A(共13頁)

1、 水電站課程(kchng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書學(xué)生學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師：張禮兵范文瑩 吳成國實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：土水學(xué)院水力學(xué)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)時(shí)間：201 年 月實(shí)驗(yàn)成績：第一篇水輪機(jī)1、反擊式模型(mxng)水輪機(jī)效率(xio l)能量試驗(yàn)(shyn)模型水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)模比真機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)模小的多，費(fèi)用小，試驗(yàn)方便，可以根據(jù)需要隨意變動(dòng)工況。能在較短的時(shí)間內(nèi)測出模型水輪機(jī)的全面特性。將模型試驗(yàn)所得到的工況參數(shù)組成單位轉(zhuǎn)速和單位流量后，并分別以它們作為縱坐標(biāo)及橫坐標(biāo)，按效率相等工況點(diǎn)連線所得到的曲線圖稱為綜合特性曲線。此綜合特性曲線不僅表示了模型水輪機(jī)的工作性能，同樣地反映了與該模型水輪機(jī)幾何相似的所有不同尺寸，工作

2、在不同水頭下的同類型真實(shí)水輪機(jī)的工作特性。水輪機(jī)制造廠可從通過模型試驗(yàn)來檢驗(yàn)原型水力設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果，優(yōu)選出性能良好的水輪機(jī)，為制造原型水輪機(jī)提供依據(jù)，向用戶提供水輪機(jī)的保證參數(shù)。水電設(shè)計(jì)部門可根據(jù)模型試驗(yàn)資料，針對(duì)所設(shè)計(jì)的電廠的原始參數(shù)，合理地進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，并運(yùn)用相似定律利用模型試驗(yàn)所得出的綜合特性曲線，繪出水電站的運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線。為運(yùn)行部門提供發(fā)電依據(jù)，水電廠運(yùn)行部門可根據(jù)模型水輪機(jī)試驗(yàn)資料，分析水輪機(jī)設(shè)備的運(yùn)行特性，合理地?cái)M定水電廠機(jī)組的運(yùn)行方式，提高水電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。當(dāng)運(yùn)行中水輪機(jī)發(fā)生事故時(shí)，也可以根據(jù)模型的特性分析可能產(chǎn)生事故的原因。一、水輪機(jī)模型效率實(shí)驗(yàn)的意義按相似理論，模型

3、水輪機(jī)的工作完全能反映任何尺寸的原型水輪機(jī)。模型水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)模比真機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)模小的多，費(fèi)用小，試驗(yàn)方便，可以根據(jù)需要隨意變動(dòng)工況。能在較短的時(shí)間內(nèi)測出模型水輪機(jī)的全面特性。將模型試驗(yàn)所得到的工況參數(shù)組成單位轉(zhuǎn)速和單位流量后，并分別以它們作為縱坐標(biāo)及橫坐標(biāo)，按效率相等工況點(diǎn)連線所得到的曲線圖稱為綜合特性曲線。此綜合特性曲線不僅表示了模型水輪機(jī)的工作性能，同樣地反映了與該模型水輪機(jī)幾何相似的所有不同尺寸，工作在不同水頭下的同類型真實(shí)水輪機(jī)的工作特性。水輪機(jī)制造廠可從通過模型試驗(yàn)來檢驗(yàn)原型水力設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果，優(yōu)選出性能良好的水輪機(jī)，為制造原型水輪機(jī)提供依據(jù)，向用戶提供水輪機(jī)的保證參數(shù)。水電設(shè)計(jì)部門可

4、根據(jù)模型試驗(yàn)資料，針對(duì)所設(shè)計(jì)的電廠的原始參數(shù)，合理地進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，并運(yùn)用相似定律利用模型試驗(yàn)所得出的綜合特性曲線，繪出水電站的運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線。為運(yùn)行部門提供發(fā)電依據(jù)，水電廠運(yùn)行部門可根據(jù)模型水輪機(jī)試驗(yàn)資料，分析水輪機(jī)設(shè)備的運(yùn)行特性，合理地?cái)M定水電廠機(jī)組的運(yùn)行方式，提高水電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。當(dāng)運(yùn)行中水輪機(jī)發(fā)生事故時(shí)，也可以根據(jù)模型的特性分析可能產(chǎn)生事故的原因。二、實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成(z chn)水輪機(jī)效率是水輪機(jī)能量轉(zhuǎn)換(zhunhun)性能的主要綜合指標(biāo)，因此，模型水輪機(jī)的能量試驗(yàn)主要是確立模型水輪機(jī)在各種工況下的運(yùn)行效率。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)為開敞式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其組成結(jié)構(gòu)如圖一所示。它主要由下列(xili)

5、裝置組成。（1）高位水箱。高位水箱2是一個(gè)具有自由水面的大容積儲(chǔ)水箱，試驗(yàn)時(shí)保持穩(wěn)定的上游水位。水箱由水泵1供水，通過高度可調(diào)節(jié)的溢流板4控制一定的水位，多余的水可從溢流板頂部排至集水池14。水流通過靜水柵3均勻而穩(wěn)定地進(jìn)入模型水輪機(jī)7。（2）測流段。測流段包括引水管6，電磁流量計(jì)12。（3）機(jī)組段。機(jī)組段包括引水管6，模型水輪機(jī)7，尾水管8，測功裝置5。（4）集水池。水流經(jīng)尾水槽9，通過排水管11流入集水池14，然后再用水泵1抽送至高位水箱2，形成試驗(yàn)過程中水的循環(huán)。三、實(shí)驗(yàn)步驟 （1）準(zhǔn)備階段。先將實(shí)驗(yàn)用水注入到集水箱14中（水位最高不能超過水箱擋水板），然后打開水泵1開始給高位水箱2蓄水

6、，當(dāng)高位水箱內(nèi)開始溢流時(shí)操作導(dǎo)葉電控裝置13使導(dǎo)葉打開一個(gè)較小開度，水輪機(jī)7開始工作，打開測功裝置5給水輪機(jī)提供一個(gè)穩(wěn)定的制動(dòng)負(fù)載，提升調(diào)節(jié)閘門10使尾水槽9的液面穩(wěn)定，當(dāng)試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定后打開電磁流量計(jì)和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，開始測量。 圖一 水輪機(jī)效率(xio l)實(shí)驗(yàn)臺(tái)示意圖1水泵(shubng)；2高位(o wi)水箱；3靜水柵；4溢流裝置；5測功裝置；6引水管；7模型水輪機(jī)；8尾水管；9尾水槽；10調(diào)節(jié)閘門；11排水管；12電磁流量計(jì)；13導(dǎo)葉電控裝置；14集水池；15操控臺(tái)；16扭矩轉(zhuǎn)速傳感器 （2）參數(shù)(cnsh)測量。模型(mxng)水輪機(jī)效率為 因此，確定水輪機(jī)效率，首先必須(bx)

7、準(zhǔn)確地測量出模型水輪機(jī)4個(gè)試驗(yàn)參數(shù)。1）測量水頭。模型試驗(yàn)水頭是上游高水箱水位與下游尾水槽水位之差。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)中=高位水箱水位H1-尾水槽水位H2+臺(tái)架高度差h2）測量流量。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用了電磁流量計(jì)來進(jìn)行流量測量，值可直接在儀表上讀出。3）測量轉(zhuǎn)速。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器來進(jìn)行流量測量，值可直接在儀表上讀出。4）測量功率。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)安裝有電渦流制動(dòng)器，其制動(dòng)力可平滑調(diào)節(jié)。給定一個(gè)制動(dòng)力矩，待系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)后可從轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀上讀得其轉(zhuǎn)矩值M，根據(jù)以下公式： (m )可求得功率。（3）綜合參數(shù)計(jì)算與試驗(yàn)成果整理綜合參數(shù)計(jì)算就是對(duì)模型水輪機(jī)的每一個(gè)工況，測出等參數(shù)后，計(jì)算出模型水輪機(jī)的值。效率 單位

8、轉(zhuǎn)速 單位流量 混流式水輪機(jī)能量試驗(yàn)一般選用810個(gè)導(dǎo)葉開度，分別在各個(gè)開度下進(jìn)行若個(gè)（510個(gè)）不同工況點(diǎn)的測試。試驗(yàn)可按如下步驟進(jìn)步：1）調(diào)整上、下游水位，得到穩(wěn)定的模型試驗(yàn)水頭。2）調(diào)整導(dǎo)葉在某一開度。3）用測功器改變轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速，一般速度間隔為100r/min作一個(gè)試驗(yàn)工況點(diǎn)。4）待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，記錄(jl)各參數(shù)()于表3-1中。表3-1 能量試驗(yàn)數(shù)據(jù)(shj)記錄計(jì)算表導(dǎo)葉開度(mm)工況點(diǎn)試 驗(yàn)序 號(hào)試驗(yàn)水頭(m)轉(zhuǎn)速(r/min)制動(dòng)力(N)軸功率(kW)堰頂水深(m)流 量(m3/s)單位流量(L/s)單位轉(zhuǎn)速(r/min)效率(%)備注a011234a021234a031234

9、a041234a051234a0612342、不同(b tn)類型水輪機(jī)的工作原理演示試驗(yàn)一、燈泡式水輪機(jī)發(fā)電(fdin)演示實(shí)驗(yàn)(shyn)1、檢查上水箱、下水箱、尾水渠等部位(bwi)，確保有清潔無雜物；2、將實(shí)驗(yàn)用水注入下水池，加水到正常水位（液面離水池口不得小于40mm）；3、接通電源，合上空氣開關(guān)及漏電自動(dòng)保護(hù)器；4、將活動(dòng)導(dǎo)葉調(diào)到完全關(guān)閉狀態(tài)；5、將平板閘門關(guān)閉；6、打開水泵，對(duì)前池供水；7、當(dāng)前池水位穩(wěn)定到溢流水位時(shí)，按下“開閘”開關(guān)控制閘門慢慢提起到位，再將開關(guān)復(fù)位到“?！钡奈恢?；8、將活動(dòng)導(dǎo)葉手柄慢慢打開，增大過流水量，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪開始旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組開始發(fā)電。此時(shí)可觀察到發(fā)

10、電指示燈開始變亮，在電壓表上顯示發(fā)電電壓；9、水輪機(jī)運(yùn)行正常后，觀察水的變化，觀察轉(zhuǎn)輪下部泄水的氣蝕變化，逐步調(diào)節(jié)活動(dòng)導(dǎo)葉開度，觀察水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速與發(fā)電量的變化。10、停機(jī)。先將水泵電源關(guān)閉，待上水池的水排完后，將活動(dòng)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)到全關(guān)閉位置，并將閘門完全關(guān)閉。問答：活動(dòng)導(dǎo)葉剛打開時(shí)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪是否立即旋轉(zhuǎn)發(fā)電，為什么？二、水斗式水輪機(jī)發(fā)電演示實(shí)驗(yàn)檢查水箱內(nèi)部，確保有清潔無雜物；將實(shí)驗(yàn)用水注入下水池，加水到正常水位（離水池口40mm）；接通電源，合上空氣開關(guān)及自動(dòng)漏電保護(hù)裝置；打開水泵，對(duì)噴嘴(pnzu)提供壓力水；手動(dòng)調(diào)節(jié)噴針，使射流沖向水斗中央處的刃口(rn ku)，從而推動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)

11、電。此時(shí)可觀察到發(fā)電指示燈泡慢慢亮起來，電壓表顯示發(fā)電電壓；調(diào)節(jié)手輪向右旋轉(zhuǎn)，水輪機(jī)轉(zhuǎn)速加快；水輪向左旋轉(zhuǎn)，水輪機(jī)轉(zhuǎn)速下降， 觀察發(fā)電(fdin)指示燈泡亮度和電壓表表值的變化；停機(jī)。關(guān)閉水泵，水輪機(jī)逐漸停機(jī)，上部余水回流到下水箱；如果長時(shí)間不使用，請(qǐng)通過水箱底部閥門將水放空。問答：針閥行程與折流板動(dòng)作是否協(xié)聯(lián)，為什么？三、混流式水輪機(jī)發(fā)電演示實(shí)驗(yàn)檢查上水箱、下水箱、尾水渠，確保清潔無雜物；將實(shí)驗(yàn)用水注入下水池，加水到正常水位（離水池口40mm）；接通電源，合上空氣開關(guān)及自動(dòng)漏電保護(hù)器；將活動(dòng)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)到完全關(guān)閉狀態(tài)；將蝶閥關(guān)閉；打開水泵，開始對(duì)上水箱供水；當(dāng)上水箱水位穩(wěn)定到溢流位置時(shí)將蝶閥慢慢

12、打開后，蝸殼開始進(jìn)水；將活動(dòng)導(dǎo)葉手柄慢慢打開，增大過流水量，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪開始旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組開始發(fā)電。此時(shí)可觀察到發(fā)電指示燈開始變亮，在電壓表上顯示發(fā)電電壓；水輪機(jī)運(yùn)行正常后，觀察水的變化，觀察轉(zhuǎn)輪下部泄水的氣蝕變化，逐步調(diào)節(jié)活動(dòng)導(dǎo)葉開度，觀察水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速與發(fā)電量的變化。停機(jī)。先將水泵電源關(guān)閉，待上水池的水排完后，將活動(dòng)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)到全關(guān)閉位置，并將閘門(zhmn)完全關(guān)閉。問答(wnd)：請(qǐng)說明(shumng)過流水量與發(fā)電指示燈亮度（電壓）間的關(guān)系？四、軸流式水輪機(jī)發(fā)電演示實(shí)驗(yàn)檢查上水箱、下水箱、尾水渠，確保清潔無雜物；將實(shí)驗(yàn)用水注入下水池，加水到正常水位（離水池口40mm）；接通電源，合上空

13、氣開關(guān)及自動(dòng)漏電保護(hù)器；將活動(dòng)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)到完全關(guān)閉狀態(tài)；將蝶閥關(guān)閉；打開水泵，開始對(duì)上水箱供水；當(dāng)上水箱水位穩(wěn)定到溢流位置時(shí)將蝶閥慢慢打開后，蝸殼開始進(jìn)水；將活動(dòng)導(dǎo)葉手柄慢慢打開，增大過流水量，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪開始旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組開始發(fā)電。此時(shí)可觀察到發(fā)電指示燈開始變亮，在電壓表上顯示發(fā)電電壓；水輪機(jī)運(yùn)行正常后，觀察水的變化，觀察轉(zhuǎn)輪下部泄水的氣蝕變化，逐步調(diào)節(jié)活動(dòng)導(dǎo)葉開度，觀察水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速與發(fā)電量的變化。停機(jī)。先將水泵電源關(guān)閉，待上水池的水排完后，將活動(dòng)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)到全關(guān)閉位置，并將閘門完全關(guān)閉。問答：試比較軸流式與混流式水流方向的差異。第二篇水電站輸水系統(tǒng)1、水錘(shu chu)調(diào)保和調(diào)壓室水位波

14、動(dòng)定量分析實(shí)驗(yàn)1.1實(shí)驗(yàn)(shyn)目的1）熟悉(shx)引水系統(tǒng)布置、試驗(yàn)裝置和設(shè)備。2）對(duì)水電站過渡過程中水錘壓力、導(dǎo)葉啟閉時(shí)間（及規(guī)律）的物理現(xiàn)象進(jìn)行定性認(rèn)識(shí)和定量分析。進(jìn)一步了解水電站水力過渡過程中的非恒定流現(xiàn)象和調(diào)壓室的基本型式、功用。3）加強(qiáng)對(duì)調(diào)壓室的作用、各種工況水位波動(dòng)過程的物理現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí)和定量分析計(jì)算能力。掌握水位、時(shí)間、周期等的測試方法。4）能夠判斷調(diào)壓室的設(shè)置條件，計(jì)算最小穩(wěn)定斷面，最高最低涌浪水位和穩(wěn)定周期。1.2實(shí)驗(yàn)原理及裝置1.2.1實(shí)驗(yàn)原理利用安裝在球閥上的電位器，配合電橋可以測出閥門的操作時(shí)間及變化規(guī)律。利用裝置在調(diào)壓室中的電容物位計(jì)，可以記錄調(diào)壓室中的水位

15、及其波動(dòng)過程；也可以通過粘貼在管壁上的刻度紙直接讀取水位值，使用秒表記錄水位波動(dòng)周期及穩(wěn)定時(shí)間。1）機(jī)組增負(fù)荷（或啟動(dòng)）演示，主要觀察調(diào)壓室水位波動(dòng)、機(jī)組轉(zhuǎn)速變化、引水道壓力變化等可見物理現(xiàn)象；2）機(jī)組甩負(fù)荷演示，主要觀察調(diào)壓室水位波動(dòng)、機(jī)組轉(zhuǎn)速變化、引水道壓力變化等可見物理現(xiàn)象；3）在采集系統(tǒng)顯示屏幕上觀察以上兩工況下各參數(shù)變化過程（包括：導(dǎo)葉開度、壓力引水系統(tǒng)典型部位水錘壓力、調(diào)壓室水位等的變化過程）；4）改變導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律（或時(shí)間），再做一次機(jī)組甩負(fù)荷演示，在采集系統(tǒng)顯示屏幕上觀察此次甩負(fù)荷工況的各參數(shù)變化過程，與前一甩負(fù)荷工況參數(shù)比較、分析。1.2.2實(shí)驗(yàn)裝置此為受校實(shí)驗(yàn)設(shè)備處基金資助(

16、zzh)的自制設(shè)備。1)水電站模型試驗(yàn)引水(ynshu)系統(tǒng)。包括上水庫（水箱）、引水道、上游調(diào)壓室、壓力管道等；2)控制(kngzh)和數(shù)據(jù)采集、顯示系統(tǒng)。包括測點(diǎn)傳感器、控制和采集工控機(jī)、各參數(shù)動(dòng)態(tài)顯示和輸出設(shè)備。1.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)步驟1.3.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）無調(diào)壓室下，模擬水電站機(jī)組甩負(fù)荷過渡時(shí)，通過計(jì)算機(jī)屏顯觀察壓力變化過程及數(shù)值大小記錄。水輪機(jī)引用流量由最大突然減小到零（相當(dāng)于固定出力時(shí)突然丟棄全部負(fù)荷）的情況下，引水管路系統(tǒng)各點(diǎn)水錘壓力變化過程，記錄最大最小點(diǎn)；水輪機(jī)引用流量由零突然增大到最大（相當(dāng)于固定出力時(shí)突然增全部負(fù)荷）的情況下，引水管路系統(tǒng)各點(diǎn)水錘壓力變化過程，記錄最大最小

17、點(diǎn)。2）在有圓筒式調(diào)壓室下，模擬水電站機(jī)組增負(fù)荷過渡時(shí)，通過計(jì)算機(jī)屏顯觀察壓力變化過程及數(shù)值大小記錄。觀察調(diào)壓室水位在不同水位時(shí)，水輪機(jī)引用流量由最大突然減小到零（相當(dāng)于固定出力時(shí)突然丟棄全部負(fù)荷）的情況下，引水管路系統(tǒng)各點(diǎn)水錘壓力變化過程，記錄最大最小點(diǎn)；水輪機(jī)引用流量由零突然增大到最大（相當(dāng)于固定出力時(shí)突然增全部負(fù)荷）的情況下，引水管路系統(tǒng)各點(diǎn)水錘壓力變化過程，記錄最大最小點(diǎn)。同時(shí)觀察圓筒式調(diào)壓室的水位波動(dòng)現(xiàn)象，并確定最低波動(dòng)振幅及一個(gè)周期時(shí)間，觀察調(diào)壓室內(nèi)水位波動(dòng)衰減過程。1.3.2實(shí)驗(yàn)步驟1)熟悉系統(tǒng)構(gòu)成：管道布置長度、管徑、轉(zhuǎn)彎角度，調(diào)壓室的型式與尺寸等；熟悉儀器的操作方法；進(jìn)行人員

18、(rnyun)分工。2)向上游(shngyu)水箱供水，并保持(boch)溢流，水位穩(wěn)定。3)打開調(diào)壓室進(jìn)水閥，出水閥關(guān)閉，待穩(wěn)定后，測出上游水位。4)打開出水閥，使調(diào)壓室中保持一定高度的水位，待水流穩(wěn)定后，測出流量、室內(nèi)水位與上游水箱水位差（即除去流速水頭時(shí)的水頭損失）。5)快速關(guān)閉電磁閥，目測及儀器測量同時(shí)進(jìn)行。主要記錄最高波幅、關(guān)閉時(shí)間、第一負(fù)波的最小值和一個(gè)周期所需時(shí)間。6)調(diào)節(jié)出水閥開度，改變調(diào)壓室水位，重復(fù)45步驟，進(jìn)行另一組數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)，如此三次。1.4實(shí)驗(yàn)成果分析與計(jì)算1)比較有無圓筒式調(diào)壓室的水力現(xiàn)象、最高最低波動(dòng)水位、波動(dòng)過程及穩(wěn)定時(shí)間等有何異同之處，并說明原因。2)對(duì)電測記錄的波動(dòng)過程線進(jìn)行繪表對(duì)比，并按比例繪圖(打印或手繪不同水位、不同關(guān)閥時(shí)間下，控制點(diǎn)及調(diào)壓室水壓變化圖)。