水輪機(jī)復(fù)習(xí)知識(shí)要點(diǎn)總結(jié)

水輪機(jī)原理及水力設(shè)計(jì)第一章1、 水輪機(jī)是一種將河流種隱蔽的水能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的原動(dòng)機(jī)，水流流過水輪機(jī)時(shí)，通過主軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)或者發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子將旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。2、 還擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪區(qū)內(nèi)的水流在通過轉(zhuǎn)輪葉片通道時(shí)，始終是連續(xù)布滿整個(gè)轉(zhuǎn)輪的有壓流淌，當(dāng)水流通過水輪機(jī)后其動(dòng)能和勢(shì)能大局部被轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。3、 機(jī)包括：混流式水輪機(jī)：水流從四周沿徑向進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，然后近似的以軸向流出轉(zhuǎn)輪，應(yīng)用水頭范圍較廣，約為20~700m，水頭較高。軸流式水輪機(jī)：水流在導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪之間由徑向流淌變?yōu)檩S向流淌，而在轉(zhuǎn)輪區(qū)分為軸流定漿式和軸流轉(zhuǎn)漿式兩種。40~200m。貫流式水輪機(jī)：依據(jù)其發(fā)電裝置形式不同，分為全貫流式和半貫流式兩類。4、沖擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪始終處于大氣中，來自壓力鋼管的高壓水流在進(jìn)入水輪機(jī)之前已轉(zhuǎn)變成高速自動(dòng)能大局部傳遞給輪葉，驅(qū)動(dòng)輪葉旋轉(zhuǎn)。5、沖擊式水輪機(jī)按射流沖擊轉(zhuǎn)輪方式的不同分為：水斗式水輪機(jī)、斜擊式水輪機(jī)、雙擊式水輪機(jī)三種。6、水頭：水輪機(jī)的水頭〔亦稱工作水頭m。7、各種水頭〔1〕Hma性影響?！?〕Hmim，是保證水輪機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的最小凈水頭?！?〕a：是在確定期間內(nèi)〔視水庫(kù)調(diào)整性能而定全部可能消滅的水輪機(jī)水頭的加權(quán)平均值，是水輪機(jī)在其附近運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的凈水頭?！?〕設(shè)計(jì)水頭Hr：是水輪機(jī)發(fā)出額定出力時(shí)所需要的最小凈水頭。8、流量：水輪機(jī)的流量是指單位時(shí)間內(nèi)通過水輪機(jī)某一過流斷面的水流體積，常用符號(hào)Q表示，常用單9P:水輪機(jī)出力是水輪機(jī)軸端輸出的功率，常用符號(hào)PKW。P

=QH=9.81QH(KW) t

P由于水輪機(jī)在總做中存在能量耗損nPn

其效率總是小于1.水輪機(jī)的出力P=Pnt=9.81OHt(KW) 或者是P=M 60

其中是水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，rad/s；M是水輪機(jī)主軸輸出的旋轉(zhuǎn)力矩，N.m；n是水輪機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。250cm。560500cm。600300cm。20120cm，20cm。11、水輪機(jī)的裝置形式：指水輪機(jī)主軸的不知形式與引水室形式相結(jié)合的總體。①還擊式水輪機(jī)的裝置形式：大型機(jī)組承受立軸布置形式，水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)軸直接連接；中高水混凝土蝸殼，彎肘形尾水管。②沖擊式水輪機(jī)的裝置形式:斜擊式和雙擊式水輪機(jī)由于機(jī)組容量小，一般都承受臥軸裝置型式，容量機(jī)組是臥式。其次章1、徑面：取紙平面為輻角0o的起始面，任意rz軸構(gòu)成的平面稱為經(jīng)面或徑面，常以m表示。軸面：0o和=180o的徑面稱為軸面。軸面投影：轉(zhuǎn)輪葉片是空間扭曲面，常將其投影到軸面上，得到的投影為軸面投影。2、水流在轉(zhuǎn)輪中的運(yùn)動(dòng)：水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪中的流淌是一種復(fù)合運(yùn)動(dòng)。水流質(zhì)點(diǎn)沿葉片的運(yùn)動(dòng)稱為相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的速度稱為相對(duì)速度，用符號(hào)W表示；水流質(zhì)點(diǎn)隨轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)稱為牽連運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的速度稱為牽連速度，用符號(hào)U表示；水流質(zhì)點(diǎn)對(duì)大地的運(yùn)動(dòng)稱為確定運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的速度稱為確定速度V表示。V=U+W。3、動(dòng)量矩定理：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)水流質(zhì)量對(duì)水輪機(jī)主軸的動(dòng)量矩變化應(yīng)等于作用在該質(zhì)量上全部外力對(duì)同一軸的力矩總和。只有圓周速度VU

作功，作用在水流質(zhì)量上的外力矩只有轉(zhuǎn)輪葉片對(duì)水流的作用力 V2V2 U2U2 W2W2產(chǎn)生力矩。Hs 〔Vr-Vr〕H 1 2 1 2 1 1 ，速度矩的變化是轉(zhuǎn)輪作g U11

U22

s 2g 2g 2g功的主要依據(jù)。轉(zhuǎn)輪的輸出功率主要打算于轉(zhuǎn)輪進(jìn)口與出口的速度環(huán)量變化。4、水輪機(jī)的效率：水輪機(jī)輸出功率與水流輸入功率之比稱為水輪機(jī)的效率，常用表示水輪機(jī)總效率是由水力效率、容積效率和機(jī)械效率組成：s

H hH②容積效率：在水輪機(jī)的運(yùn)行過程中有一小局部流量 q從水輪機(jī)的固定部件與旋轉(zhuǎn)部件之間的間隙中漏出，這局部流量沒有對(duì)轉(zhuǎn)輪作功，所以稱為容積損失,v

Q- qQ③機(jī)械效率：在扣除水力損失和容積損失之后，便可得出水流作用在轉(zhuǎn)輪上的有效功率Pe

.(H

s v

P-Pe Pe

水輪機(jī)的輸出功率PPe

-Pj

e

水輪機(jī)的總效率為j s v

P9.81QH5、 因而提高水輪機(jī)的效率主要是提高其水力效率。6、 無撞擊進(jìn)口工況：在某一工況下，在轉(zhuǎn)輪進(jìn)口速度三角形中，水流相對(duì)速度W1

的方向角

與轉(zhuǎn)輪葉1片的進(jìn)口角e1

一樣，即

=

，則水流平順的進(jìn)入轉(zhuǎn)輪而不發(fā)生撞擊和脫流現(xiàn)象，葉片進(jìn)口水力損失小從而也提高了水輪機(jī)的水力效率，此工況稱為無撞擊進(jìn)口工況。7、 法向出口工況在某一工況下在轉(zhuǎn)輪出口速度三角形里水流確定速度V的方向角 90o即V2 2 2垂直于U

時(shí)，V

0，2

0，水流離開轉(zhuǎn)輪后沒有旋轉(zhuǎn)并沿尾水管流出，不產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，從而提高了水輪機(jī)的水力效率，次工況稱為法向出口工況。8、 最優(yōu)工況：當(dāng)水輪機(jī)在= ， 90o的工況下工作時(shí)，則水流在轉(zhuǎn)輪進(jìn)口無撞擊損失，出口無1 e1 2渦流損失，此時(shí)水輪機(jī)的效率最高，稱為水輪機(jī)的最優(yōu)工況。9、 水斗葉片的出水角20，射流在斗葉上進(jìn)出口的轉(zhuǎn)向?yàn)?80度，并且轉(zhuǎn)輪的圓周速度U等于射流V010、 水斗式水輪機(jī)中的能量損失主要包括噴嘴將水流的壓能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，以及在轉(zhuǎn)輪中射流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)橹鬏S旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的過程中的損失，另外還有水流在轉(zhuǎn)輪出口的能量損失：①噴嘴損失：包括水流在噴管中的沿程水頭損失和局部轉(zhuǎn)彎、斷面變化〔與噴針的行程變化有V2關(guān)和分流等損失還包括射流的收縮和在空氣中的阻力損失合理的噴嘴 1.2.3.出口損失③容積損失

02gH

95%98%。④機(jī)械損失：除了主軸在軸承中的機(jī)械摩擦損失外尚應(yīng)包括轉(zhuǎn)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的風(fēng)阻損失。第三章發(fā)育形成空穴，這種現(xiàn)象稱為空化?？栈^程可以發(fā)生在液體內(nèi)部，也可以發(fā)生在固定邊界上。電化、熱力、化學(xué)等過程的作用。生在固定邊界上，空蝕只發(fā)生在固定邊界上。4、空蝕對(duì)金屬材料外表的侵蝕破壞有機(jī)械作用、化學(xué)作用和電化作用三種，以機(jī)械作用為主。5、空化空蝕隨水輪機(jī)的影響：①破壞水輪機(jī)的過流部件，如導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪、轉(zhuǎn)輪室、上下止漏環(huán)及尾水管。流的漏損和水力損失。③空化和空蝕嚴(yán)峻時(shí)，可能是機(jī)組產(chǎn)生猛烈的振動(dòng)、噪音及負(fù)荷波動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)組不能安全穩(wěn)定運(yùn)行。影響電力生產(chǎn)。6、水輪機(jī)為何產(chǎn)生空化空蝕？水輪機(jī)的工作介質(zhì)是液體，液體的致電并不像固體那樣圍繞固定位置振動(dòng)，而是質(zhì)點(diǎn)的位置遷移較簡(jiǎn)潔假設(shè)在某些地方流速增高了，依據(jù)水力學(xué)的能量方程可知，必定引起該處的局部壓力降低，假設(shè)該處水流速度增加很大，以致使壓力降低到在該水溫下的汽化壓力時(shí)，則此低壓區(qū)的水開頭汽化，便會(huì)產(chǎn)生氣蝕。7、水輪機(jī)空化與空蝕的類型：連接處四周。轉(zhuǎn)輪室的間隙處，葉片根部與輪轂間隙處，以及導(dǎo)水葉端面間隙處。的前方，還可能發(fā)生在葉片固定螺釘及密封螺釘處；混流式水輪機(jī)發(fā)生在轉(zhuǎn)輪上冠泄水孔后。④空腔空化和空蝕：一般發(fā)生在還擊式水輪機(jī)的尾水管處。又要空化系數(shù)小，是水輪機(jī)在運(yùn)行中不易發(fā)生氣蝕破壞。9、動(dòng)力真空和靜力真空：V2 W2-W2①動(dòng)力真空h 2 k 2

〔不要求記憶〕動(dòng)力真空值由水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪和尾水管所形成，它與v 2g 2g

ka水輪機(jī)各流速水頭、轉(zhuǎn)輪葉片和尾水管聚合外形有關(guān)，及與水輪機(jī)構(gòu)造及運(yùn)行工況有關(guān)。Hs

Z -Zk

又稱為吸出高度，它與水輪機(jī)安裝高程有關(guān)，取決與轉(zhuǎn)輪相對(duì)與下游水面的裝置高度，而與水輪機(jī)形式無關(guān)。11、 出高度的計(jì)算公式：Hs10.0-

900

-m

〕HHs

10.0-

900

-K H m12、各種不同型式水輪機(jī)的吸出高度：61〔可能考的畫圖題〕13、吸出高度與安裝高度的關(guān)系：①立軸混流式水輪機(jī)w

H bos 2

②立軸軸流式水輪機(jī) Hw s

XD1式中 —尾水位，mbo—導(dǎo)葉高度，m 式中—D轉(zhuǎn)輪直徑，X—軸流式水輪機(jī)構(gòu)造高度系數(shù)w 1Dw

H s

1確定水輪機(jī)安裝高程的水位通常為設(shè)計(jì)尾水位。214、水輪機(jī)抗空化與空蝕的措施：Hs

、水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速ns

、空化系數(shù) 。o比碳鋼抗空化性能優(yōu)越。氣。第四章1、水輪機(jī)系列：水輪機(jī)原型可以按比例縮小為模型，假設(shè)取不同的比例，則可得假設(shè)干個(gè)尺寸不同的水但成同一比列，這樣得到的一系列水輪機(jī)稱為水輪機(jī)系列。理論，稱為水輪機(jī)的相像理論。3、相像條件：①幾何相像：主要是指兩個(gè)水輪機(jī)過留局部幾何外形與外表糙度一樣，并且一切相應(yīng)的線性尺寸成比例。例，相應(yīng)的夾角相等，或者說相應(yīng)點(diǎn)處的速度三角形相像。且同名力方向全都，大小成比例。4、單位參數(shù)：為了比較時(shí)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，通常規(guī)定把模型試驗(yàn)成果都同意換算到轉(zhuǎn)輪直徑D=1m，1HS1m時(shí)的水輪機(jī)參數(shù)，這種參數(shù)被稱為單位參數(shù)。單位參數(shù)有單位轉(zhuǎn)速n11、單位流量Q11PnDn* 11

11HD2 HQ? HD2 H111

N N11 D2H3/215、 0 T0 M0 T M 06水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速n和P11 11

11

=常數(shù)，ns

nP11P11

n P〔比轉(zhuǎn)速凹凸水頭比轉(zhuǎn)速低高水頭〕nH5/4 者是最優(yōu)工況下的比轉(zhuǎn)速作為水輪機(jī)分類的特征參數(shù)?，F(xiàn)代各型水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速范圍約為：水斗式ns軸流式ns

=10—70 混流式ns=400—900 貫流式ns

=200—450 斜流式ns=600—1100

=60—350〔n空化系數(shù)與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系：

比轉(zhuǎn)速增加空化系數(shù)增加，從材料強(qiáng)度與抗空化性能條件著20230減小，比轉(zhuǎn)速不同轉(zhuǎn)輪樣式也不同。

1隨比轉(zhuǎn)速nDD D2

的增加而7、水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速：水輪機(jī)發(fā)電組在正常狀況下總是以額定轉(zhuǎn)度運(yùn)行。這時(shí)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和發(fā)輪機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速的大小與水輪機(jī)的飛逸特性有關(guān)，而飛逸特性一般用單位飛逸轉(zhuǎn)速n公式換算出相應(yīng)的單位飛逸轉(zhuǎn)速：

11R

表示，按轉(zhuǎn)速相像R 1Hn R 1H11R

n nR

11R

(r/min)HmaxHmax18、防飛逸措施主要有哪些？制動(dòng)葉片、導(dǎo)葉自關(guān)閉。第五章1、水輪機(jī)的線型特性曲線：水輪機(jī)各參數(shù)之間的相互關(guān)系比較簡(jiǎn)潔，為了明確某些參數(shù)之間的關(guān)系，是一元函數(shù)的關(guān)系，這種曲線成為水輪機(jī)的線型特性曲線。的樹立性能、力特性及其他性能。能的曲線繪于同一圖上，這種曲線稱為水輪機(jī)的綜合特性曲線。4、模型綜合特性曲線：以單位參數(shù)n、Q

為縱、橫坐標(biāo)軸的特性曲線稱為模型綜合特性曲線。11 115H、P逸轉(zhuǎn)速〔出力即功率為零時(shí)的轉(zhuǎn)速。不行能按正常規(guī)律實(shí)現(xiàn)功率的調(diào)整，而且，在超過95%最大功率運(yùn)行時(shí)，效率隨流量的增加而降低，且效率降低的幅度超過流量增加的幅度，因此水輪機(jī)的出力反而減小了，從而是調(diào)速器對(duì)水輪機(jī)的調(diào)整性能較差。為了避開這些狀況并使水輪機(jī)具有確定的出力貯存，因此將水輪機(jī)限制在最大出力95%〔97%〕范圍內(nèi)運(yùn)行。8、沖擊式水輪機(jī)的過流量與水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān)，僅與噴嘴的開度有關(guān)，因此它的等開度線是與Q 坐標(biāo)11軸相垂直的直線。9、沖擊是水輪機(jī)的模型綜合特性曲線一般不表出力限制線，不標(biāo)注空化系數(shù)線。10、水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線是在轉(zhuǎn)輪直徑D和轉(zhuǎn)速nHP而繪1制的劇組等值線。第七至十章1、混流式水輪機(jī)的主要部件：主要過流部件一般為蝸殼、座環(huán)、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪及尾水管。流力氣、水力效率、容積效率、空蝕性能及工況穩(wěn)定等工作性能。3、止漏裝置的類型、適用水頭和優(yōu)缺點(diǎn)：①縫隙式止漏裝置：使用水頭H＜200m過時(shí)產(chǎn)生反復(fù)擴(kuò)大、收縮的現(xiàn)象，減低了水流壓力，使漏水量大大減小。②梳齒式止漏裝置：對(duì)于高水頭〔H＞200m〕混流式水輪機(jī)，需要承受梳齒式止漏裝置；水流通過梳齒式止漏裝置連接部件增大拉應(yīng)力。4、 減壓裝置的減壓作用：減小作用在上冠外面軸向水推力，降低機(jī)組推力軸承的負(fù)荷。5、 混流式水輪機(jī)的根本構(gòu)造：轉(zhuǎn)輪、支持蓋和頂蓋、槳葉密封裝置、水輪機(jī)導(dǎo)軸承、泄水錐、轉(zhuǎn)輪室。6、 水輪機(jī)對(duì)引水室的根本要求：① 盡可能削減水流在引水室中的水力損失以提高水輪機(jī)效率。② 保證水流均勻、軸對(duì)稱地進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)以提高運(yùn)行的穩(wěn)定性。③ 角進(jìn)入固定導(dǎo)葉和活動(dòng)導(dǎo)葉，減小導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的水力損失。④ 具有合理的端面外形和尺寸，以降低廠房投資，同時(shí)便于電站關(guān)心設(shè)備的布置。⑤ 具有必要的強(qiáng)度及適宜的材料，以保證惡狗上的牢靠性和抵抗水流的沖刷。7、還擊式水輪機(jī)引水室的類型：①開敞式引水室②罐式引水室③蝸殼式引水室〔金屬蝸殼和混泥土蝸殼〕8、蝸殼包角的定義：蝸殼自鼻端至進(jìn)口端面所包圍的角度稱為蝸殼的包角 。o根底上去，在構(gòu)造上要求有足夠的強(qiáng)度和剛度。10、還擊式水輪機(jī)尾水管的作用：①將轉(zhuǎn)輪出口處的水流引向下游。②利用下游水面至轉(zhuǎn)輪出口處的高程差，形成轉(zhuǎn)輪出口處的靜力真空。③利用轉(zhuǎn)輪出口處的水流淌能，將其轉(zhuǎn)換成為轉(zhuǎn)輪出口處的動(dòng)力真空。11、尾水管恢復(fù)系數(shù)：實(shí)際恢復(fù)的動(dòng)能與抱負(fù)恢復(fù)的動(dòng)能的比值稱為尾水管的恢復(fù)系數(shù)w

，即：2〕5V2-h V22〕5 2gw

w 2g 尾水管對(duì)軸流式水輪機(jī)比對(duì)混流式水輪機(jī)更重要。V222g12、尾水管的根本類型：①直錐形尾水管：是一中簡(jiǎn)潔的集中型尾水管制造簡(jiǎn)潔，內(nèi)部水均勻，阻力小，水力損失小，恢復(fù)系