水力機(jī)械原理與設(shè)計(jì)課件

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ第一章水力機(jī)械概述水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述第一節(jié)水力機(jī)械的定義

流體機(jī)械是指以流體為工作介質(zhì)的機(jī)械設(shè)備。流體機(jī)械的工作過程，是流體的能量與機(jī)械的機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換過程或是不同能量的流體之間能量傳遞的過程。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)：

能量傳遞的方向不同華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述

原動(dòng)機(jī)將流體的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能用于驅(qū)動(dòng)其他的機(jī)械設(shè)備。水輪機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)力機(jī)、各種液壓馬達(dá)和各種氣動(dòng)工具等。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述

工作機(jī)則將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流體的能量，以便將

流體輸送到高處

有更高壓力的空間

克服管路阻力將流體輸送到遠(yuǎn)處例如各種泵、風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)等。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述流體機(jī)械可分成容積式和葉片式：

取決于流體與機(jī)械相互作用的方式。華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述容積式流體機(jī)械：

工作介質(zhì)處于一個(gè)或多個(gè)封閉的工作腔中，工作腔的容積是變化的，機(jī)械與流體之間的相互作用力主要是靜壓力。華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述例如往復(fù)活塞式流體機(jī)械：活塞與缸體形成一個(gè)封閉工作腔，介質(zhì)與機(jī)械間的相互作用力為活塞表面的壓力。當(dāng)介質(zhì)推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，是原動(dòng)機(jī)。當(dāng)活塞推動(dòng)介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，是工作機(jī)。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述葉片式流體機(jī)械的特點(diǎn)：

具有一個(gè)帶有葉片（動(dòng)葉）的轉(zhuǎn)子（葉輪impeller或轉(zhuǎn)輪runer）；

工作時(shí)介質(zhì)對(duì)葉片連續(xù)繞流；

介質(zhì)作用于葉片的力是慣性力；

流體由殼體與靜止葉柵的引入。華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述

渦殼、固定導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述

泵體、葉輪、導(dǎo)葉華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述葉片式機(jī)器中流體圓周分速度的變化及其意義：原動(dòng)機(jī)：cu=0—

（渦殼）導(dǎo)葉—

cu—

葉輪—

cu=0工作機(jī)：

cu=0—

葉輪—

cu—

導(dǎo)葉（渦殼）—

cu=0華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述結(jié)論：

葉輪進(jìn)、出口cu的變化與葉輪所轉(zhuǎn)換的能量成正比；機(jī)器進(jìn)口處通常沒有cu

機(jī)器出口處，通常不希望有cu

通過動(dòng)葉與靜葉以及渦殼的配合，可以滿足以上要求。華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述

葉片式流體機(jī)械可分成反擊式和沖擊式：

取決于流體在葉輪內(nèi)的壓力與速度的變化情況華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述反擊式葉輪：流體的壓力和速度都發(fā)生變化，流體與葉片交換的能量中既有壓力能（勢(shì)能）也有速度能（動(dòng)能）；華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述反擊式機(jī)器包括：（軸流式、徑流式和混流式（斜流式））華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述軸流式機(jī)組華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述在反擊式機(jī)器中：原動(dòng)機(jī)靜葉：c↑，p↓，但p>0；葉輪（轉(zhuǎn)輪）中，c↓，p↓工作機(jī)葉輪（轉(zhuǎn)輪）中，c↑，p↑，靜葉中，c↓，p↑華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述沖擊式葉輪：

流體的壓力是不變的，流體與葉片交換的能量中只有速度能（動(dòng)能）。

原動(dòng)機(jī)靜葉：c↑，p↓至

p=0；葉輪（轉(zhuǎn)輪）中，c↓，p不變工作機(jī)無沖擊式?。?！華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述沖擊式水輪機(jī)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述沖擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪（水斗）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述水力機(jī)械：

以液體為工作介質(zhì)葉片式

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述水力機(jī)械的主要類型有：切擊式水輪機(jī)、雙擊式水輪機(jī)、混流式水輪機(jī)、斜流式水輪機(jī)、軸流式水輪機(jī)、離心泵、混流泵、斜流泵、軸流泵

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述第二節(jié)水力機(jī)械在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用

電力工業(yè)

水利工程

化學(xué)工業(yè)

石油工業(yè)

采礦工業(yè)

航天技術(shù)環(huán)保部門

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述第三節(jié)水力機(jī)械的主要性能參數(shù)

流量、水頭（揚(yáng)程）、轉(zhuǎn)速、效率、空蝕、水壓脈動(dòng)參數(shù)，稱為水力機(jī)械的性能參數(shù)。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述一、流量Q

單位時(shí)間內(nèi)通過機(jī)器的介質(zhì)的量（體積或質(zhì)量）稱為流量。體積流量

：?jiǎn)挝粸閙3／s、l／s或m3／h質(zhì)量流量：?jiǎn)挝粸閗g／s、kg／min或kg／h華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述二、水頭、揚(yáng)程

以液柱高度表示的機(jī)器進(jìn)、出口斷面單位數(shù)量液體能量的差值H水輪機(jī)中：稱為水頭葉片泵中：稱為揚(yáng)程單位：m（N·m／N＝m）

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述計(jì)算公式：±號(hào)是分別用于泵與水輪機(jī)，液體通過泵時(shí)吸收能量，而通過水輪機(jī)時(shí)釋放能量。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述電站水頭與電站靜水頭的關(guān)系：水輪機(jī)水頭與電站水頭的關(guān)系：

ΔH為引水管路的水力損失華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述泵裝置揚(yáng)程：

H——全部管路損失的總和

裝置揚(yáng)程：泵將單位重力液體介質(zhì)從下游容器抽送到上游容器所做的功。在系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，裝置揚(yáng)程必等于泵的揚(yáng)程。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述裝置靜揚(yáng)程

揚(yáng)程之間的關(guān)系

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述三、轉(zhuǎn)速n

轉(zhuǎn)速n是葉輪（轉(zhuǎn)輪）旋轉(zhuǎn)的速度。單位：轉(zhuǎn)每分（r／min）

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述四、功率P與效率

工作機(jī)（泵）：功率P為機(jī)器的輸入功率原動(dòng)機(jī)（水輪機(jī)）：功率P為機(jī)器的輸出功率單位：kW華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述單位時(shí)間內(nèi)通過機(jī)器的介質(zhì)的能量變化總量（流體功率）可表示為

損失的存在，機(jī)器功率與流體功率之間有一差值

P。用效率

來衡量損失的大小，則有

或華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述五、葉片式流體機(jī)械的特性曲線

水力機(jī)械的各個(gè)性能參數(shù)并不是固定的，在機(jī)器運(yùn)行過程中，將隨著環(huán)境和調(diào)節(jié)過程而變化。但各參數(shù)的變化并不是獨(dú)立的，而是相互關(guān)聯(lián)的。一般說來，可將水頭（揚(yáng)程）H、功率P和效率

視為轉(zhuǎn)速n和流量q的函數(shù)。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述泵性能曲線：注意工況的概念最優(yōu)工況設(shè)計(jì)工況華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述

第四節(jié)水力機(jī)械的結(jié)構(gòu)形式

一、葉輪的配置方式

多級(jí)配置

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述多流配置

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述二、水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述軸流式水輪機(jī)

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述導(dǎo)水機(jī)構(gòu)活動(dòng)導(dǎo)葉固定導(dǎo)葉轉(zhuǎn)輪蝸殼尾水管華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述貫流式水輪機(jī)

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述活動(dòng)導(dǎo)葉發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)輪葉片尾水管全貫流式：華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述燈泡貫流式水輪機(jī)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)輪尾水管轉(zhuǎn)輪活動(dòng)導(dǎo)葉華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述混流式水輪機(jī)

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述蝸殼尾水管轉(zhuǎn)輪活動(dòng)導(dǎo)葉固定導(dǎo)葉導(dǎo)水機(jī)構(gòu)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述斜流式水輪機(jī)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述切擊式水輪機(jī)

轉(zhuǎn)輪噴嘴噴針調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述三、葉片泵的結(jié)構(gòu)

用途廣泛，結(jié)構(gòu)種類繁多華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述單級(jí)單吸懸臂式離心泵

葉輪泵體（蝸殼）泵蓋懸架（軸承支架）軸華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述單級(jí)雙吸水平中開式離心泵

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述葉輪泵體軸華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述壓水室為雙渦殼華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述潛水電機(jī)葉輪蝸殼潛污泵華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述節(jié)段式多級(jí)泵

中段進(jìn)水段出水段平衡盤導(dǎo)葉葉輪華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述雙殼泵

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述雙殼體泵外殼體內(nèi)殼體（中段）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述蝸殼式多級(jí)泵（水平中開式多級(jí)泵）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述立式軸流泵

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述四、立式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

不同參數(shù)機(jī)組的結(jié)構(gòu)和尺寸差別很大，按照軸和軸承的數(shù)量和位置并從振動(dòng)試驗(yàn)角度將立式機(jī)組的主要結(jié)構(gòu)類型分為以下幾種：華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述特點(diǎn)：推力軸承位于發(fā)電機(jī)的上方，三個(gè)導(dǎo)軸承。運(yùn)行可靠，廠房高度高，機(jī)組結(jié)構(gòu)不夠緊湊。適用于轉(zhuǎn)速<200轉(zhuǎn)/分的中小型機(jī)組。懸垂式華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述傘式（推力軸承在下機(jī)架上）特點(diǎn)：推力軸承位于發(fā)電機(jī)的下面，有二個(gè)導(dǎo)軸承，上機(jī)架為非承重機(jī)架。機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，可以降低廠房地高度。適用于轉(zhuǎn)速較低的大型機(jī)組。華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述傘式（推力軸承在頂蓋上）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述半傘式（推力軸承在下機(jī)架上）特點(diǎn)：推力軸承位于發(fā)電機(jī)的下面，有三個(gè)導(dǎo)軸承，上機(jī)架為非承重機(jī)架。適用于大型機(jī)組。華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述半傘式（推力軸承在頂蓋上）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述第五節(jié)水力機(jī)械理論與設(shè)計(jì)方法的現(xiàn)狀與發(fā)展

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述一、水力機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)分析

準(zhǔn)三維解：將三維流動(dòng)簡(jiǎn)化為兩個(gè)相關(guān)二維流面，即s1、s2流面，在s1和s2流面上迭代求解。三維Euler解：將三維N-S方程中的粘性項(xiàng)略去，得到三維Euler方程，在求解域中解Euler方程。三維粘性解：從平均NS方程出發(fā)，輔以一定的湍流模式，求解平均NS方程。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述二、水力機(jī)械設(shè)計(jì)方法

一元理論：假定轉(zhuǎn)輪軸面速度沿過水?dāng)嗝婢鶆蚍植?。二元理論：假定轉(zhuǎn)輪軸面流為軸對(duì)稱有勢(shì)流動(dòng)?！耙辉搿崩碚摚赫J(rèn)為轉(zhuǎn)輪軸面流動(dòng)既不是均勻流動(dòng)也不是有勢(shì)流動(dòng)，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)直接給定軸面速度的分布規(guī)律。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法避免計(jì)算的困難，不得不引入一些簡(jiǎn)化條件，以求用簡(jiǎn)單的方法對(duì)流動(dòng)進(jìn)行分析計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上確定通流部件的幾何尺寸。由于這些簡(jiǎn)化而產(chǎn)生的誤差，則通過經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正或通過試驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。

一般的步驟為：簡(jiǎn)化——

經(jīng)驗(yàn)——

數(shù)表——

修正——模型試驗(yàn)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上，引入內(nèi)部流動(dòng)分析（CFD）、性能預(yù)估計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)理論、工質(zhì)物性計(jì)算以及強(qiáng)度計(jì)算和CAD、CAM等先進(jìn)技術(shù)，發(fā)展為現(xiàn)代水力機(jī)械的設(shè)計(jì)體系。直接用三元流動(dòng)分析方法求解反問題在技術(shù)上尚有困難，所以實(shí)際的設(shè)計(jì)過程是一個(gè)反復(fù)依次求解正、反問題的過程。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械概述

軟件名稱 功能和用途 適用部件SDRC-IDEAS實(shí)體造型幾何分析 水輪機(jī)所有部件

剛、強(qiáng)度分析

TASCflow

CFD求解前后處理器水輪機(jī)所有部件性能預(yù)測(cè)

ICEMCFD 通流部件網(wǎng)格劃分水輪機(jī)所有部件

bbX

轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)輪Turbogrid

轉(zhuǎn)輪網(wǎng)格劃分 轉(zhuǎn)輪SWINExcel通流部件設(shè)計(jì)蝸殼、固定導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉、尾水管

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換第二章葉片式流體機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換

第一節(jié)流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)分析一、葉輪流道（葉片）投影圖及主要尺寸華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換離心泵軸面投影圖華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換葉片表面方程：

＝

（r，z）工程中表達(dá)葉片表面的方法:投影圖圓柱坐標(biāo)系中的投影方法：旋轉(zhuǎn)投影軸面投影＋平面投影華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換葉輪的軸面投影圖:

反映了葉輪的總體尺寸和特征軸面投影圖平面投影圖華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換離心泵葉輪：主要尺寸：D1、D2、b1、b21—進(jìn)口；2—出口；D—直徑；b—寬度華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換混流（斜流）泵葉輪：主要尺寸：D1、D2、b1、b21—進(jìn)口；2—出口；D—直徑；b—寬度華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換水輪機(jī)的混流式轉(zhuǎn)輪主要尺寸：D1、D2、b0華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換軸流式水輪機(jī)：主要尺寸：D、Dh、b0華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換軸流泵葉輪：主要尺寸：D、Dh混流式轉(zhuǎn)輪的機(jī)構(gòu)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換cu能量頭cm流量二、葉輪中的流動(dòng)速度圓柱坐標(biāo)系中速度矢量及分解c＝cr+cz+cu=cm+cucm=cr+cz

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換流線與流面：流線：空間流線與軸面流線華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換流面：流線（軸對(duì)稱假設(shè)）旋轉(zhuǎn)一周空間流面的展開徑流式：

圓環(huán)面(平面)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換混流式：

圓錐面(展開成平面)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換軸流式：

圓柱面(展開成平面)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換軸面流動(dòng)的過流斷面

A=2

RcbqV＝Acm過水?dāng)嗝孢^水?dāng)嗝婢€華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換流網(wǎng)：軸面流線與cm的分布軸面流線過水?dāng)嗝婢€斷面質(zhì)心華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換流線流面軸面流線cm分布軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)一周軸面投影與軸面的交線幾個(gè)概念之間的關(guān)系三、絕對(duì)運(yùn)動(dòng)與相對(duì)運(yùn)動(dòng)絕對(duì)速度c牽連速度（圓周速度）u相對(duì)速度w速度三角形注意重點(diǎn)內(nèi)容?。?！HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換離心葉輪中的速度三角形華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換軸流式葉輪中的速度三角形華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換軸面速度的關(guān)系：cm＝wm圓周速度的關(guān)系：u＝cu－wu相對(duì)流動(dòng)角

絕對(duì)流動(dòng)角

速度三角形（重點(diǎn)內(nèi)容）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換速度三角形在空間的位置cwuwmwuwzwrcucmcrcz華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換四、兩類相對(duì)流面的概念流面的定義：經(jīng)過任意一條不與流線重合的曲線上所有的點(diǎn)的流線的集合，稱為流面。該任意曲線稱為流面的生成線。兩類相對(duì)流面的概念：（無窮多葉片，軸對(duì)稱條件下）S1流面：生成線為垂直于葉輪軸線的平面上以軸線為圓心的圓（回轉(zhuǎn)面）S2流面：生成線為（葉片數(shù)無窮多時(shí)）葉片表面的任意曲線（葉片表面）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換葉輪機(jī)械三元流動(dòng)計(jì)算的創(chuàng)立：吳仲華1953準(zhǔn)三元解與全三元解；全三元條件下S1流面的翹曲及S2流面的定義；華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換第二節(jié)葉片式流體機(jī)械的基本方程式

葉輪的葉片數(shù)為無窮多，葉片無限薄。因此葉輪內(nèi)的流動(dòng)可以看作是軸對(duì)稱的，并且相對(duì)速度的方向與葉片表面相切。相對(duì)流動(dòng)是定常的。軸面速度在過流斷面上均勻分布。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換1、泵進(jìn)口速度三角形作圖條件：已知機(jī)器尺寸、轉(zhuǎn)速和流量一、進(jìn)出口速度三角形華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換1）進(jìn)口邊圓周速度2）進(jìn)口邊軸面速度3）吸入室與進(jìn)口導(dǎo)流器的影響

cu1（或

1）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換阻塞系數(shù)（排擠系數(shù)）的概念：

＝A

／A無沖擊進(jìn)口：

1＝f（u1，cm1，

1）＝

b1華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換2、泵出口速度三角形作圖條件：1）出口邊圓周速度2）出口處軸面速度3）出口相對(duì)流動(dòng)角

2=

b2華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換軸面過流面積的計(jì)算：離心、軸流和混流式葉輪華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換3、反擊式水輪機(jī)進(jìn)口速度三角形作圖條件：

u1、cm1、cu1（

1）無沖擊進(jìn)口條件華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換4、反擊式水輪機(jī)出口速度三角形

作圖條件：

u2，cm2，

2＝

b2

2＝f（u2，cm2，

2）＝90

法向出口華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換5、沖擊式水輪機(jī)的進(jìn)、出口速度三角形

cwu

1）進(jìn)口作圖條件：cu1，cm1，u1

對(duì)切擊式，cm1＝02）出口作圖條件：u2，

2＝

b2，w1＝w2不滿流條件華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換斜擊式水輪機(jī)的進(jìn)、出口速度三角形華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換二、歐拉方程式推導(dǎo)條件：無窮葉片數(shù)；定常流動(dòng)；控制面單位時(shí)間流入的動(dòng)量矩L1＝qmcu1r1流出的動(dòng)量矩L2＝qmcu2r2根據(jù)動(dòng)量矩定理有作用力矩：1）控制面外流體的作用的力矩為零2）葉輪的作用力對(duì)軸的力矩M華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換因?yàn)?/p>

M

＝

gqVHth，可得歐拉方程水輪機(jī)：泵：歐拉方程的其他形式第二歐拉方程華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換討論：方程的意義與普遍性關(guān)于假設(shè)條件：

葉片無窮多；cm均勻分布對(duì)軸流式和混流式葉輪的運(yùn)用對(duì)軸流式：hth＝u（cup－cus）＝u

cu華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換第三節(jié)過流部件的作用原理過流部件（通流部件）＝固定元件葉輪與環(huán)境（機(jī)器或相鄰級(jí)進(jìn)、出口）之間的連接，影響葉輪的工作，決定了整機(jī)尺寸與重量。各部件的相互影響：

葉片式機(jī)械的可逆性，流動(dòng)方向與性能的關(guān)系華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換一、原動(dòng)機(jī)過流部件的作用原理1、水輪機(jī)的引水室引水室的作用：產(chǎn)生所需的cu1將水流均勻（軸對(duì)稱）地（經(jīng)過導(dǎo)水機(jī)構(gòu)）引入轉(zhuǎn)輪。華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換分類：開式與閉式華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換渦殼作用原理的要點(diǎn)：1、速度矩不變：cu·r＝K2、水流均勻進(jìn)入轉(zhuǎn)輪3、K值由進(jìn)口斷面確定：進(jìn)口斷面由于半徑r減小，所以cu1增加華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換固定導(dǎo)葉華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換固定導(dǎo)葉：

僅起支承作用，不應(yīng)對(duì)水流產(chǎn)生作用（阻力小，不改變環(huán)量）在自由流動(dòng)時(shí)所以，骨線應(yīng)為等角螺線2、水輪機(jī)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)（活動(dòng)導(dǎo)葉）導(dǎo)葉開口與出流角開口

a0mm出流角

0度作用：調(diào)節(jié)流量活動(dòng)導(dǎo)葉的翼型形狀：負(fù)曲率、對(duì)稱、正曲率華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換流量調(diào)節(jié)方程當(dāng)導(dǎo)葉出口角一定時(shí)，出口速度為轉(zhuǎn)輪進(jìn)出口速度矩：華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換代入歐拉方程式并解出qV，可得調(diào)節(jié)流量的手段：

0、b0

、

b2混流式：

0軸流式：

0

、

0＋

b2實(shí)際的流量調(diào)節(jié)關(guān)系，由試驗(yàn)確定華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換3、水輪機(jī)尾水管作用：收集水流回收利用轉(zhuǎn)輪出口水流剩余的能量轉(zhuǎn)輪出口（2點(diǎn)）的能量：華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換無尾水管時(shí)：

p2＝pa（大氣壓）有尾水管時(shí)：靜力真空與動(dòng)力真空

恢復(fù)系數(shù)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)輪出口動(dòng)能的比重cu2的影響過大：產(chǎn)生渦帶。略帶：可以避免流動(dòng)分離，減小ΔH2-5。實(shí)際的最優(yōu)出口條件：

略帶正環(huán)量（cu2略大于零）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換4、噴嘴和噴管華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換

p

cw

w

p

c水輪機(jī)過流部件速度、壓力變化引水管路噴嘴轉(zhuǎn)輪引水管路渦殼、導(dǎo)葉轉(zhuǎn)輪尾水管華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換二、工作機(jī)過流部件的作用原理1、吸入室華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換吸入室的作用：向葉輪提供，速度大小合適、且分布均勻的入流。半螺旋形吸入室的工作原理吸入室由兩部分組成：渦殼形部分非渦形部分華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換在螺旋部分：在非螺旋部分：

cu1r1=0平均：

cu1r1=k

?

qV因?yàn)樗詀為比例系數(shù)，由吸水室的幾何形狀決定α1＝const.華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換不同吸入室對(duì)葉輪進(jìn)口速度方向的影響半螺旋吸入室：

1=const與流量無關(guān)其他各種吸入室：

1=90

cu1r1>0對(duì)葉輪Hth

的影響使Hth降低華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換2、壓水室與擴(kuò)壓元件華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換a、蝸殼蝸殼與葉輪之間，還可以有其他的擴(kuò)壓元件華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換b、無葉擴(kuò)壓器連續(xù)性方程：工作原理要點(diǎn)動(dòng)量矩定理：所以：特點(diǎn)：穩(wěn)定，變工況性能好，效率稍低華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換c、徑向?qū)~兩種考查方式：葉片、流道

4由葉片形狀決定特點(diǎn)：尺寸小，設(shè)計(jì)點(diǎn)效率高，變工況性能較差反導(dǎo)葉徑向?qū)~華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換3、進(jìn)口導(dǎo)流器（前導(dǎo)葉）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換導(dǎo)流器出口到葉輪進(jìn)口：由歐拉方程

當(dāng)流量和轉(zhuǎn)速不變時(shí)，u2cu2的值將保持不變（忽略壓力變化引起的出口體積流量的變化），此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)葉片，就可改變能量頭（或揚(yáng)程、壓力）的值，從而調(diào)節(jié)了工況。

華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換總結(jié)與對(duì)比wp吸入室葉輪擴(kuò)壓器出口管路c尾水管轉(zhuǎn)輪引水室壓力管路流體機(jī)械的可逆性擴(kuò)壓與收縮流動(dòng)的不同葉輪：擴(kuò)壓、收縮擴(kuò)壓流：擴(kuò)壓器尾水管收縮流：吸入室引水室華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換第五節(jié)變工況的流動(dòng)分析工況：

一組工作參數(shù)（qV、H、n、a0）及物性參數(shù)（R、

、pin、Tin）決定的一種工作狀況設(shè)計(jì)工況、最優(yōu)工況、非設(shè)計(jì)工況（非最優(yōu)工況）或偏離工況華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換一、不同工況下泵內(nèi)的流動(dòng)1、設(shè)計(jì)工況：進(jìn)口△的特征：

無沖擊進(jìn)口

1＝

b1出口△的特征：壓水室無沖擊進(jìn)口進(jìn)口：（cu1）由吸入室決定出口：

2＝

b2；作△時(shí)注意：2、流量變化時(shí)水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換HSJ華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室進(jìn)口速度三角形出口速度三角形進(jìn)口沖角

i＝

b1－

1能量頭隨流量變化qVH華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換3、轉(zhuǎn)速變化時(shí)進(jìn)口速度三角形出口速度三角形華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換4、導(dǎo)流器（前導(dǎo)葉）的影響華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換5、葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的情況進(jìn)口：適應(yīng)

1的變化，減小或消除沖角出口：保持

2不變變流量變轉(zhuǎn)速華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換

對(duì)于沒有可轉(zhuǎn)動(dòng)的前置導(dǎo)葉的工作機(jī)，當(dāng)給定了轉(zhuǎn)速和流量后，即可確定進(jìn)、出口速度三角形，從而確定了能量頭（揚(yáng)程），可見三個(gè)工況參數(shù)qV，hth和n不是獨(dú)立的，給定了其中兩個(gè)就可以確定第三個(gè)。實(shí)踐中，通常是給定流量和轉(zhuǎn)速。如果給定揚(yáng)程（能量頭、風(fēng)壓）求流量，理論上是可以的，但具體的計(jì)算復(fù)雜一些。小結(jié)：華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換二、不同工況下水輪機(jī)內(nèi)的流動(dòng)與工作機(jī)的區(qū)別：由于水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以在H、n不變的條件下改變流量，故水輪機(jī)比泵多一個(gè)決定工況的參數(shù)。在工程實(shí)際中，水輪機(jī)通常是在H、n不變的條件下，通過導(dǎo)葉來改變流量。華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換1、活動(dòng)導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪之間的流動(dòng)在導(dǎo)葉的出口到轉(zhuǎn)輪進(jìn)口前為自由流動(dòng)又由于所以

對(duì)于混流式：b1＝b0；A1＝2

b1r1；

1＝

0對(duì)于軸流式：A1與b0沒有直接關(guān)系，r1也是變數(shù)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換1、設(shè)計(jì)工況無沖擊進(jìn)口；法向出口2、流量變化：當(dāng)H、n一定時(shí)，通過改變導(dǎo)葉開口來改變流量，所以在流量變化時(shí)，

1同時(shí)變化。沖角

i＝

1－

b1近似分析時(shí)，可認(rèn)為絕對(duì)速度的矢端沿圓弧移動(dòng)進(jìn)口華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換出口注意Cu2華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換3、H變化時(shí)當(dāng)a0、

及n都不變時(shí)H變化對(duì)出口△的影響？華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換4、n變化時(shí)△的變化對(duì)性能的影響：沖擊損失cu2對(duì)尾水管工作的影響cu2對(duì)Hth的影響華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換5、轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)：雙重調(diào)節(jié)（請(qǐng)回憶流量調(diào)節(jié)方程）轉(zhuǎn)速變化的情況？華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換總結(jié)：1、水輪機(jī)比泵多一個(gè)工況參數(shù)，故討論的方式亦有不同2、最優(yōu)工況下的法向出口條件3、導(dǎo)葉開度在進(jìn)口速度三角形中的表現(xiàn)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換第六節(jié)流體機(jī)械內(nèi)的能量損失及效率流體機(jī)械的損失分類：1、流動(dòng)損失（水力損失）

H（或

h、

p）：摩擦損失、沖擊損失、分離損失、二次流損失、葉端損失本質(zhì)上是壓力損失華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換2、泄漏損失（容積損失）

qV（

qm）：流量損失3、機(jī)械損失

P：軸承、軸封的摩擦損失

Pm和圓盤損失

Pr力矩或功率損失華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換一、流動(dòng)損失根本原因：介質(zhì)的粘性1、摩擦損失沿程損失阻力系數(shù)

：與雷諾數(shù)和管壁相對(duì)粗糙度的關(guān)系，試驗(yàn)測(cè)定華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換2、分離損失邊界層分離的原因（逆壓梯度）和影響分離的控制：1、擴(kuò)散角：可壓＜6

～7

，不可壓＜8

～12

2、擴(kuò)壓度：可壓w1／w2＝A2

2／A1

1，不可壓A2／A13、擴(kuò)散（擴(kuò)壓）因子其他的分離損失，轉(zhuǎn)彎、面積突變等華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換3、沖擊損失進(jìn)口沖擊引起葉片表面的流動(dòng)分離，但沖擊損失與流量的關(guān)系不同于分離損失沖擊速度沖擊損失華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換加速與減速?zèng)_擊工作機(jī)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換原動(dòng)機(jī)沖擊速度的大小:wsh∝qV－qVopt其他部件中的沖擊損失華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換4、二次流損失二次流的概念ac華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換5.葉端損失華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換6、按流動(dòng)損失與流量的關(guān)系分類第一類，正比于流量的平方第二類，正比于流量與最優(yōu)流量的差的平方華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換二、容積（泄漏）損失內(nèi)部泄漏與外部泄漏間隙兩端的壓差離心泵的典型密封結(jié)構(gòu)華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換三、圓盤摩檫損失（輪盤損失）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換開式與閉式泵腔華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換四、流體機(jī)械的效率能量平衡圖華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換效率的定義：總效率；內(nèi)部損失與外部損失；內(nèi)效率；機(jī)械傳動(dòng)效率；圓盤效率；全壓效率與靜壓效率華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換第七節(jié)有限葉片數(shù)的影響假定Z＝∞

→

2＝

b2→速度三角形

→cu2∞→hth∞實(shí)際上，Z≠∞

→

2≠

b2→cu2，hth＝？華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換

2≠

b2（滑移現(xiàn)象）的原因：1、慣性作用對(duì)泵：

cu2指向－u，

2＜

b2華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換對(duì)水輪機(jī)：

cu2指向＋u，

2＞

b2華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換2、軸向旋渦（對(duì)徑流、混流式）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換3、粘性的影響出口后wm**＜wm*wu**＝wu*對(duì)二者形成相同方向的

對(duì)原動(dòng)機(jī)緩解了滑移現(xiàn)象華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換二、滑移系數(shù)考慮有限葉片數(shù)影響的方法：軸流式：解析或半解析法計(jì)算平面葉柵，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的翼型和葉柵計(jì)算方法（升力法）徑流式：用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)（滑移系數(shù)）修正無窮葉片數(shù)的計(jì)算結(jié)果混流式：兩種方法都可以用華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換滑移系數(shù)的三種定義1）利用

cu2與u22）利用hth與hth∞3）利用

H和Hth（減功系數(shù)）華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換利用滑移系數(shù)進(jìn)行計(jì)算：經(jīng)驗(yàn)公式：1、Stodola式2、Pfleiderer式華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換利用滑移系數(shù)進(jìn)行計(jì)算的程序與概念：

cu2

b2

cu2

b2

cu2

2HHth

Hth

速度三角形歐拉方程對(duì)于原動(dòng)機(jī)，通常不進(jìn)行精確計(jì)算，只用2

～4

葉片角度修正考慮有限葉片數(shù)的影響華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院水機(jī)教研室HSJ水力機(jī)械中的能量轉(zhuǎn)換本章涉及的主要內(nèi)容

水力機(jī)械的流動(dòng)相似準(zhǔn)則

相似理論在水力機(jī)械中的應(yīng)用

水力機(jī)械的綜合判別數(shù)—比轉(zhuǎn)速HSJ第一節(jié)水力機(jī)械的流動(dòng)相似準(zhǔn)則一、水力機(jī)械的流動(dòng)相似條件

1、幾何相似：流體流動(dòng)空間幾何相似

HSJ3、動(dòng)力相似：相應(yīng)點(diǎn)上所受的力成比例

注意：以上三條是水力機(jī)械工況相似的必要和充分條件2、運(yùn)動(dòng)相似：滿足1且相應(yīng)點(diǎn)的速度三角形相似HSJ二、水力機(jī)械的流動(dòng)相似準(zhǔn)則水力機(jī)械的π

數(shù)基本定義：若干個(gè)工作參數(shù)可以組成的一組無量綱的數(shù)；目的：相等的π

數(shù)也反映了同系列水力機(jī)械的相似工況。選定五個(gè)參數(shù)：

1).直徑D（量綱：L）

2).有效水頭參數(shù)gHηh（量綱：L/T2·L）

3).轉(zhuǎn)速n（量綱：1/T）

4).水流密度ρ

（量綱：M/L3）

5).流量Q或功率N（量綱分別為：L3/T、ML2/T3)HSJ

取質(zhì)量（M）、長(zhǎng)度（L）和時(shí)間（T）作基本量綱

理由：可以表示所有參數(shù)的量綱自變量參數(shù)和基本量綱數(shù)相等，因此水力機(jī)械有（5-3）個(gè)基本π

數(shù)

為什么？取含M,L,T三個(gè)基本量綱的工作參數(shù)ρ

、D、n作自變量

1、當(dāng)依變量為gHηh時(shí)有：gHηh=f(ρ,D,n)

即有：由M0,L0,T0HSJ從而有：即所謂的壓力系數(shù)或水頭系數(shù)?。?、當(dāng)依變量為Q時(shí)即：則：同樣，由M0,L0,T0從而：流量系數(shù)?。∈撬C(jī)械的兩個(gè)基本π

數(shù)HSJ3、將五個(gè)參數(shù)中的Q換成N，取自變量為請(qǐng)根據(jù)：無量綱數(shù)：引出：無量綱的水力機(jī)械比轉(zhuǎn)速：HSJ4、考慮一些其他的工作參數(shù)，如壓強(qiáng)P，速度v，表面張力σ等我們還可以得到如下的一些π

數(shù)：

表征液流壓力相似的歐拉數(shù)表征液流粘性力相似的雷諾數(shù)表征液流彈性力相似的柯西數(shù)表征液流重力相似的佛汝德數(shù)表征液流表面張力相似的韋伯?dāng)?shù)表征液流不定常慣性力相似的斯特魯哈數(shù)HSJ第二節(jié)相似理論在水力機(jī)械中的應(yīng)用一、水力機(jī)械的單元工作量單元轉(zhuǎn)速同系列的水力機(jī)械在相似工況下，

π1=常數(shù)引入的目的：真機(jī)和模型的相似換算（工況相似的依據(jù)）即：理解：1m直徑，1m有效水頭下機(jī)器的轉(zhuǎn)速，稱為單元轉(zhuǎn)速，記為：（其中D1為轉(zhuǎn)輪直徑）HSJ單元流量同樣，根據(jù)將n帶入上式：理解：1m直徑，1m有效水頭下機(jī)器的流量，稱為單元流量，記為：（其中D1為轉(zhuǎn)輪直徑）HSJ單元功率理解：1m直徑，1m有效水頭下機(jī)器的功率，稱為單元功率，記為：（其中D1為轉(zhuǎn)輪直徑）HSJ以上我們從根本上討論了水力機(jī)械最重要的三個(gè)單元工作量，單元轉(zhuǎn)速、單元流量以及單元功率的由來。問題：這些單元工作量有何具體用途？HSJ

結(jié)論：如果認(rèn)為同系列的水力機(jī)械在相似工況下水力效率相等，則單元參數(shù)為：?jiǎn)卧D(zhuǎn)速（單位轉(zhuǎn)速）單元流量（單位流量）單元功率（單位功率）

切記！切記?。SJ

前面的討論中一直認(rèn)為模型與原型的效率相等，但實(shí)際上，由于難以達(dá)到完全相似，二者的效率是有差別的。二、水力機(jī)械相似工況下的效率換算問題：產(chǎn)生模型與真機(jī)效率不等的主要原因是什么？HSJ模型與真機(jī)效率不等的主要原因：模型和原型的尺寸不同由于尺寸不同，一方面使模型的雷諾數(shù)小于原型，這將使模型的效率低于原型；另一方面，當(dāng)模型和原型用同樣的工藝方法加工的時(shí)候，模型的表面相對(duì)粗糙度也要比原型大，這同樣使模型的效率下降；出于結(jié)構(gòu)方面的原因，尺寸相差較多的兩臺(tái)機(jī)器，其產(chǎn)生泄漏損失的間隙的相對(duì)值也難以完全相等，一般來說模型的相對(duì)間隙值較大，故容積效率也較低。這種因尺寸不同而使得模型與原型的效率不等的現(xiàn)象，稱為比例效應(yīng)。

HSJ水力機(jī)械的效率換算真機(jī)的效率難以測(cè)量，因此只有靠模型的效率來換算。HSJ（一）泵的效率換算在泵中，常用的效率換算公式為莫迪公式：

為了考慮轉(zhuǎn)速或揚(yáng)程對(duì)雷諾數(shù)的影響，普弗萊德勒爾（Pfleiderer）和呂齊（Rütsch）推薦的公式為：系數(shù)的確定：式中Dsp和Dsm分別為原型和模型的進(jìn)口直徑。

HSJ（二）水輪機(jī)的效率換算依據(jù)：在低效率區(qū)，認(rèn)為模型與真機(jī)的相對(duì)損失相等，而在高效率區(qū)則與雷諾數(shù)有關(guān)。

對(duì)軸流式機(jī)組而言：

對(duì)混流式機(jī)組而言：HSJ注意：從不同的角度考慮，水力機(jī)械還有許多其他的效率換算公式，具體情況請(qǐng)參閱有關(guān)參考書。效率對(duì)相似換算的影響。HSJ第三節(jié)水力機(jī)械的綜合判別數(shù)—比轉(zhuǎn)速引入比轉(zhuǎn)速的目的：消去直徑D，便于應(yīng)用（水輪機(jī)）理解：相似流體機(jī)械在相似工況下工作時(shí)，當(dāng)水頭(揚(yáng)程)為1m，功率為1kW時(shí)流體機(jī)械所具有的轉(zhuǎn)速。HSJ回顧前面引入的比轉(zhuǎn)速的概念從量綱分析的角度得出的比轉(zhuǎn)速：簡(jiǎn)化為：HSJ由來：工程上以馬力（HP）或千瓦（kW）作為功率的單位（1HP=0.735kW，1kW=1.36HP）一、比轉(zhuǎn)速的兩種不同形式：當(dāng)功率以HP計(jì)時(shí)，比轉(zhuǎn)速的形式為：HSJ當(dāng)功率以kW計(jì)時(shí)，比轉(zhuǎn)速的形式為：在相似工況下，Ns（或ns）相等，我們近似認(rèn)為水力效率也相等。HSJ引入由單元參數(shù)表示的轉(zhuǎn)速、流量和功率：HSJ（二）不同比轉(zhuǎn)速的流體機(jī)械的應(yīng)用范圍ns大好還是小好？提高ns有無限制？ns提高的軌跡強(qiáng)度空化HSJ比轉(zhuǎn)速的流體機(jī)械葉片形狀的關(guān)系對(duì)水輪機(jī)而言：ns=60~100ns=100~220ns=220~350ns=350~420ns=400~1000混流式轉(zhuǎn)輪軸流式轉(zhuǎn)輪HSJ對(duì)水泵而言：ns=30~80ns=80~150ns=150~300ns=300~700ns=700~2000離心式葉輪軸流式葉輪HSJ不同比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)的應(yīng)用范圍HSJ本章涉及的主要內(nèi)容

葉片式水力機(jī)械的空化與空蝕機(jī)理水力機(jī)械的空化參數(shù)空化與空蝕的防護(hù)與改善措施HSJ第一節(jié)

葉片式水力機(jī)械的空化與空蝕機(jī)理（一）空化現(xiàn)象基本定義由于壓力的變化而導(dǎo)致的液流內(nèi)的空泡的產(chǎn)生、發(fā)展和潰滅過程以及由此而產(chǎn)生的一系列物理和化學(xué)變化，稱為空化

一、空化及空蝕機(jī)理HSJ空化發(fā)展過程壓力降低汽化空泡形成壓力升高空泡潰滅材料破壞外特性下降HSJ（二）空化初生液體的抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)最大26~27Mpa理論值160~325Mpa

＝7.4×10－2

N／m初生空泡的平衡條件2

r

＋

r2p＝

r2pva空化核HSJ（三）空蝕破壞機(jī)理任何固體材料（包括化學(xué)惰性的、非導(dǎo)電的、甚至高強(qiáng)度的），在任何液體（包括海水、淡水、化學(xué)惰性液體、甚至金屬性液體如汞、鈉等）的一定動(dòng)力條件作用下，都能引起空蝕破壞。微射流理論射流速度100～300

m/s壓力7.05

108

Pa微射流直徑2~3

m沖抗直徑2~20

m沖擊次數(shù)

100~1000/s-cm2其他因素：HSJ微射流HSJ（四）空化現(xiàn)象的分類（按形態(tài)和產(chǎn)生原因）1）游動(dòng)型空化2）固定型空化3）旋渦型空化4）振動(dòng)型空化HSJ旋渦型空化HSJ泵葉輪的空化HSJ二、空化數(shù)翼型的壓力系數(shù)最低壓力點(diǎn)HSJ空化開始K的意義環(huán)境參數(shù)p0↑，pva↓，w0↓，則K↑對(duì)既定的翼型，產(chǎn)生空化的可能性↓Ki的意義翼型特性參數(shù)與工況有關(guān)對(duì)既定翼型的既定工況是常數(shù)p0－pmin↑，w0↓，Ki↑，對(duì)既定環(huán)境,產(chǎn)生空化的可能性↑翼型的空化性能的指標(biāo)。HSJ空化發(fā)展條件K＞Ki，不產(chǎn)生空化K＝Ki，開始空化（空化初生）K＜Ki，空化發(fā)展（加劇）空化的相似準(zhǔn)則Sr，K，KiHSJ三空蝕破壞類型及對(duì)性能的影響（一）空化和空蝕破壞類型（按發(fā)生的部位）分類1、翼型空化和空蝕IIHSJ泵葉輪的翼型空蝕HSJ2、間隙空化和空蝕HSJ3、空腔空化和空蝕4、局部空化和空蝕水輪機(jī)空蝕量合格的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)HSJ（二）空化與空蝕對(duì)葉片式水力機(jī)械性能的影響1、機(jī)器能量特性惡化2、引起振動(dòng)和噪聲3、材料破壞HSJ第二節(jié)水力機(jī)械的空化參數(shù)一、有因次空化參數(shù)（一）轉(zhuǎn)輪葉片上的最低壓力轉(zhuǎn)輪的低壓側(cè)L機(jī)器的低壓側(cè)S葉片最低壓力點(diǎn)KHSJ逐步利用0、S、L、K間的伯努利方程可得用HS代替ZK并令:最后得:HSJ（二）空化余量裝置的有效空化余量

ha是與機(jī)器外部環(huán)境（裝置）有關(guān)的參數(shù)。是機(jī)器低壓側(cè)液體總能頭（折算到基準(zhǔn)面）超過液體汽化壓力的部分，它表示了外部環(huán)境（裝置）給機(jī)器提供的避免發(fā)生空化的條件。根據(jù)伯努利方程，

ha的數(shù)值可以根據(jù)下游水面的參數(shù)計(jì)算。hahr基準(zhǔn)面水力機(jī)械必需空化余量

hr是一個(gè)只與機(jī)器內(nèi)部流動(dòng)有關(guān)的參數(shù)，對(duì)于既定的機(jī)器的既定工況是常數(shù)。它表示由于液體流動(dòng)而引起的葉片上最低壓力點(diǎn)處相對(duì)于機(jī)器低壓側(cè)壓力的降低，稱為動(dòng)壓降。它是水力機(jī)械內(nèi)部空化性能的度量，而與機(jī)器的安裝位置和液體性質(zhì)無關(guān)。在一定的外界條件下，

hr的值越小，pK的值越高，則發(fā)生空化的可能性就越小。

HSJNPSH（NetPositiveSuction

Head）cavitationmarginha的計(jì)算對(duì)水輪機(jī)空化的發(fā)生過程

ha>hr

無空化

ha=hr

空化初生

ha<hr

空化發(fā)展HSJ

hr的測(cè)量能量法臨界值的確定安全余量[

hr]=

hcr+K根據(jù)：空化初生時(shí)，

hr=

haHSJ（三）吸出（入）真空度[HV]的值由試驗(yàn)確定HSJ二、無因次空化參數(shù)（一）空化（或空蝕）系數(shù)裝置空化系數(shù)水力機(jī)械空化系數(shù)初生空化條件

p＝

空化相似準(zhǔn)則

p＋

HSJ（二）空化（或空蝕）比轉(zhuǎn)速∵h(yuǎn)r正比于H∴可定義效率為主：C=600~800；兼顧效率和空化：C=800~1100；空化性能為主：C=1100~1600；特殊要求（例如對(duì)火箭推進(jìn)泵）：C＞5500。HSJ吸入比轉(zhuǎn)速無量綱HSJ三、泵的空化性能與入流角度的關(guān)系這一部分內(nèi)容不再講述，有興趣可參閱有關(guān)書籍。HSJ四、水力機(jī)械的安裝高度水輪機(jī)安全余量的選擇：關(guān)系重大HSJ吸出高基準(zhǔn)與安裝基準(zhǔn)HSJ泵的吸入高基準(zhǔn)面與安裝高程基準(zhǔn)面相同HSJ用允許吸入真空度計(jì)算非標(biāo)準(zhǔn)狀況下允許吸入真空度的換算HSJ第三節(jié)空化與空蝕的防護(hù)與改善措施一、設(shè)計(jì)1、合理確定葉輪低壓側(cè)的幾何尺寸DScLwL最優(yōu)值：HSJ2、下環(huán)（前蓋板）圓弧半徑和進(jìn)口邊位置4、采用誘導(dǎo)輪3、采用雙吸葉輪HSJ誘導(dǎo)輪HSJ5、采用超空化翼型HSJ超空化螺旋槳HSJ二、制造1、提高加工精度和表面光潔度2、采用耐空蝕破壞的材料3、表面處理提高材料耐空蝕性能三、安裝合理確定吸出（入）高度四、運(yùn)行適當(dāng)限制運(yùn)行工況（水輪機(jī)的補(bǔ)氣）HSJ運(yùn)行工況HSJ五、維修

采用耐空蝕材料補(bǔ)焊表面噴、涂耐空蝕材料HSJ第四章內(nèi)容總結(jié)空化與空蝕機(jī)理空化現(xiàn)象空化核子空化數(shù)對(duì)外特性的影響潰滅過程臨界壓力空化的分類水力機(jī)械空化參數(shù)NPSHrsS(c)HVNPSHaspNPSHcrscr空化相似律NPSHr=K·H

r=constS(C)=const比例效應(yīng)基準(zhǔn)面粘性空化核子拉應(yīng)力時(shí)間空化與空蝕的防護(hù)設(shè)計(jì)葉輪幾何尺寸誘導(dǎo)輪超空化翼型制造加工精度材料安裝吸入高度運(yùn)行維修安全工況補(bǔ)焊表面噴涂HSJ第五章水力機(jī)械的模型試驗(yàn)及特性曲線HSJ本章講述的主要內(nèi)容：第一節(jié)水力機(jī)械模型試驗(yàn)的意義和任務(wù)第二節(jié)水力機(jī)械特性曲線的定義和分類第三節(jié)模型試驗(yàn)及特性曲線的繪制第四節(jié)水力機(jī)械與管網(wǎng)系統(tǒng)的聯(lián)合工作第五節(jié)泵的串聯(lián)和并聯(lián)運(yùn)行第六節(jié)水力機(jī)械的工況調(diào)節(jié)第一節(jié)水力機(jī)械模型試驗(yàn)的意義和任務(wù)HSJ一、水力機(jī)械的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法：理論與試驗(yàn)相結(jié)合的方法理解：水力機(jī)械過流通道內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律目前還不能利用數(shù)學(xué)的方法完全解決，因此設(shè)計(jì)時(shí)，必須引入一些假設(shè)進(jìn)行簡(jiǎn)化。設(shè)計(jì)對(duì)給定計(jì)算工況（即設(shè)計(jì)工況）下進(jìn)行。在非設(shè)計(jì)工況下，流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生脫流或轉(zhuǎn)輪低壓側(cè)的強(qiáng)烈旋渦等，進(jìn)行流動(dòng)分析更加困難。因此除了在理論上進(jìn)行探索之外，還必須通過試驗(yàn)來修正和補(bǔ)充。試驗(yàn)工作必須有理論進(jìn)行指導(dǎo)。二、水力機(jī)械的模型試驗(yàn)HSJ1、進(jìn)行真機(jī)的全特性試驗(yàn)不可能，真機(jī)試驗(yàn)多為驗(yàn)收試驗(yàn)、專題研究試驗(yàn)及改進(jìn)性試驗(yàn)。但有些情況：如制造質(zhì)量的檢驗(yàn)；實(shí)際運(yùn)行情況（振動(dòng)、軸承發(fā)熱、漏水等）以及泥沙磨損和汽蝕程度等，則只有在真機(jī)上才能觀察到。2、為得到水力機(jī)械的全特性，模型水力試驗(yàn)的任務(wù)包括：

確定水力機(jī)械各工況下的效率及汽蝕系數(shù)（即能量特性和汽蝕特性）確定水力機(jī)械某些部件的力特性（如導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪的力特性）確定水力機(jī)械在非設(shè)計(jì)工況下的壓力脈動(dòng)和不穩(wěn)定性（水輪機(jī)）確定過流部件的液流結(jié)構(gòu)水力試驗(yàn)是設(shè)計(jì)水力機(jī)械的一個(gè)重要手段HSJ三、水力機(jī)械的模型試驗(yàn)必須遵循水力機(jī)械的相似準(zhǔn)則四、新轉(zhuǎn)輪的出現(xiàn)，一般要經(jīng)過下面的程序：

根據(jù)給定的參數(shù)（Q，H,σ及n），設(shè)計(jì)出一些模型轉(zhuǎn)輪方案。由于工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的不同組合以及不同的計(jì)算方法，這些方案彼此不同。對(duì)各種方案進(jìn)行試驗(yàn)，給出模型轉(zhuǎn)輪的全特性。其中性能最好的就是我們要求的模型轉(zhuǎn)輪。HSJ第二節(jié)水力機(jī)械特性曲線的定義和分類f（a0，

，

，qV，H，n，P，

，

）＝0決定工況的參數(shù)：2～5綜合特性曲線和線型特性曲線全工況（四象限）特性曲線力特性曲線和飛逸特性曲線HSJ一、線型特性曲線（一）水泵的工作特性曲線（二）水輪機(jī)的工作特性曲線H、n＝const，qV＝f（a0）P、

＝f（qV）1）空載流量qVxx2）最優(yōu)流量qV03）極限功率Pnp與極限流量4）功率限制P=gqVHHSJ（三）水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速特性曲線H、a0、

＝constqV、M、P、

＝f（n）飛逸轉(zhuǎn)速nR流量隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律模型試驗(yàn)曲線HSJ（四）不同比轉(zhuǎn)速機(jī)器工作特性曲線的比較效率隨流量（或負(fù)荷）變化的規(guī)律平均運(yùn)行效率影響效率曲線形狀的因素功率限制問題HSJ泵的比較HSJ二、綜合特性曲線自變量＝2（一）工作機(jī)的綜合特性曲線1、變轉(zhuǎn)速曲線HSJ變?nèi)~片角曲線HSJ（二）原動(dòng)機(jī)（水輪機(jī)）的綜合特性曲線1、綜合特性曲線等效率線等開度線等空化系數(shù)線功率限制線HSJ2、運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線功率限制線：電機(jī)功率限制水輪機(jī)功率限制混流式：Pmax軸流轉(zhuǎn)槳：a0HSJ各種水輪機(jī)的綜合特性曲線低比速混流式HSJ切擊式水輪機(jī)HSJ軸流定槳HSJ軸流轉(zhuǎn)槳HSJ3、綜合特性曲線與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系HSJ第三節(jié)模型試驗(yàn)及特性曲線的繪制一、試驗(yàn)裝置與測(cè)量方法（略）二、試驗(yàn)程序1、水泵的能量試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：測(cè)定qV、H、ptF、P、

程序：低比速?gòu)膓V＝0開始，高比速?gòu)膓V＝max開始用閥門調(diào)節(jié)流量，造成不同的工況對(duì)每一個(gè)工況點(diǎn)，測(cè)定各參數(shù)將測(cè)量結(jié)果換算到額定轉(zhuǎn)速HSJ2、水輪機(jī)能量試驗(yàn)程序1、試驗(yàn)過程中H

基本不變2、在一系列a0下進(jìn)行試驗(yàn)3、在每一a0個(gè)下通過改變負(fù)荷改變轉(zhuǎn)速（工況）4、將數(shù)據(jù)換算成單位參數(shù)（n11、Q11、P11、

）5、在一個(gè)a0下測(cè)量的數(shù)據(jù)可以繪制轉(zhuǎn)速特性曲線對(duì)轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，應(yīng)在每一個(gè)葉片角度下進(jìn)行上述測(cè)量H、a0＝constHSJ3、泵的空化試驗(yàn)程序（開式臺(tái)）1、在能量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定試驗(yàn)工況點(diǎn)2、將進(jìn)口閥全開，通過出口閥將流量調(diào)到指定值3、用進(jìn)口閥增加真空度，同時(shí)用出口閥保持流量不變4、記錄各測(cè)量參數(shù)，計(jì)算H5、不斷增加真空度，直至H

明顯降低6、將數(shù)據(jù)換算為額定轉(zhuǎn)速7、作H＝HPSH曲線8、計(jì)算NPSHcrqV＝constHSJ3、水輪機(jī)的空化試驗(yàn)程序（閉式臺(tái)）1、根據(jù)能量試驗(yàn)結(jié)果，確定若干空化試驗(yàn)的n112、在每一個(gè)n11下，選定若干試驗(yàn)開口a03、調(diào)整工況參數(shù)為指定值并使之穩(wěn)定4、用真空泵逐步降低整個(gè)系統(tǒng)的壓力，并保持H、n、qV不變5、測(cè)量并記錄能量指標(biāo)與真空度的關(guān)系6、繪制

、P＝f（

）曲線7、根據(jù)曲線確定

crHSJ二、流體機(jī)械綜合特性曲線的繪制等效率線和等開度線（一）定槳式水輪機(jī)HSJ功率限制線HSJ等空化系數(shù)線根據(jù)空化試驗(yàn)結(jié)果HSJ（二）轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)綜合特性曲線的繪制不同

角的定槳性能協(xié)聯(lián)工況的概念協(xié)聯(lián)曲線的求得HSJ第四節(jié)水力機(jī)械與管網(wǎng)系統(tǒng)的聯(lián)合工作

機(jī)器的實(shí)際運(yùn)行工況：為了確定流體機(jī)械的實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)及其變化，必需研究管網(wǎng)的特性以及機(jī)器特性與管網(wǎng)特性的相互作用。一、管網(wǎng)特性曲線管網(wǎng)能量頭（裝置揚(yáng)程、管網(wǎng)阻力）管網(wǎng)系統(tǒng)：HSJ管網(wǎng)特性曲線Hst和

k

均可為零HSJ二、流體機(jī)械與管網(wǎng)系統(tǒng)的聯(lián)合工作決定機(jī)器的實(shí)際工作點(diǎn)（工況點(diǎn)）的條件：能量平衡和質(zhì)量平衡平衡點(diǎn)工況的調(diào)節(jié)HSJ穩(wěn)定與不穩(wěn)定工況穩(wěn)定條件的判據(jù)特性曲線的穩(wěn)定性HSJ第五節(jié)流體機(jī)械的串聯(lián)和并聯(lián)運(yùn)行HSJ一、工作機(jī)的串聯(lián)運(yùn)行（一）輸送不可壓介質(zhì)時(shí)的機(jī)器特性、qV＝qV1＝qV2H=H1+H2目的：p

NPSHa搭配條件：最佳工況點(diǎn)的流量相等或相近機(jī)器特性不變HSJ（二）輸送可壓縮介質(zhì)時(shí)的機(jī)器特性總特性不等于兩機(jī)器的和HSJ多級(jí)機(jī)器的特性

冷卻的影響HSJ串聯(lián)機(jī)器在管網(wǎng)中的工況點(diǎn)HSJHSJHSJ第六節(jié)水力機(jī)械的工況調(diào)節(jié)HSJHSJHSJHSJ第六章葉片式流體機(jī)械的選型第一節(jié)流體機(jī)械產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化與系列化一個(gè)矛盾用戶：性能參數(shù)的多樣性價(jià)格低、質(zhì)量可靠維修方便制造商：滿足多樣要求：?jiǎn)渭蛐∨可a(chǎn)，價(jià)格、質(zhì)量、維修難以保證滿足價(jià)格、質(zhì)量、維修要求：大批量生產(chǎn)，參數(shù)難以滿足不同用戶要求解決辦法：三化（標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化）HSJ流體機(jī)械的系列型譜主要考慮因素：流動(dòng)特性和結(jié)構(gòu)（強(qiáng)度、材料）型譜的主要內(nèi)容：1）模型的數(shù)量模型、“系列”

和

“型式”2）葉輪的標(biāo)準(zhǔn)直徑“品種”確定品種數(shù)量的依據(jù)：效率降低值HSJ第二節(jié)中、小型水輪機(jī)的系列型譜一、水輪機(jī)型號(hào)的編制方法水輪機(jī)型式＋轉(zhuǎn)輪型號(hào)（比轉(zhuǎn)速）——主軸布置型式＋引水室的特征——轉(zhuǎn)輪直徑HSJ主軸布置型式和引水室特征代表符號(hào)

沖擊式水輪機(jī)直徑表示：標(biāo)稱直徑：直徑射流數(shù)×射流直徑型號(hào)示例：

HL220－LJ－5502CJ30－W－1202×10HSJ二、中小型軸流式、混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的系列型譜表6-5混流式入譜轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)

HSJ標(biāo)準(zhǔn)直徑系列HSJ三、中小型軸流式、混流式水輪機(jī)產(chǎn)品系列型譜HSJ第三節(jié)水輪機(jī)的選型計(jì)算一、原始資料，選型任務(wù)及原則（一）水輪機(jī)選型的原始資料

1）水電站的水頭和流量：

Hmax、Hmin：運(yùn)行范圍內(nèi)的最大與最小水頭；

設(shè)計(jì)水頭Hd：最高效率點(diǎn)的凈水頭；

額定水頭Hr：能發(fā)出額定功率的最小凈水頭； 加權(quán)平均水頭Hw，加權(quán)平均值；

最大流量qVmax：流經(jīng)電站的流量的最大值；

額定流量qVr：額定水頭、轉(zhuǎn)速，功率時(shí)的流量。HSJ2）上下游水位標(biāo)高（海拔高程）。3）水電站的裝機(jī)容量，機(jī)組臺(tái)數(shù)，及初步選擇的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型號(hào)、參數(shù)、直徑和轉(zhuǎn)速。4）調(diào)節(jié)保證要求值。5）水電站的水質(zhì)資料，如河流含砂量及砂粒大小等。6）水輪機(jī)輸水管道尺寸及布置情況。7）水電站允許的最大挖深值。8）運(yùn)輸及安裝條件。原始資料，選型任務(wù)及原則HSJ系統(tǒng)的負(fù)荷分配9）水電站的運(yùn)行情況，如水電站在電力系統(tǒng)中擔(dān)任峰荷或基荷的情況，是否要作調(diào)相機(jī)運(yùn)行等。HSJ（二）選型計(jì)算的任務(wù)1）水輪機(jī)的類型和轉(zhuǎn)輪型號(hào)。2）水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。3）保證發(fā)出額定功率的轉(zhuǎn)輪直徑。4）水輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和飛逸轉(zhuǎn)速。5）所有運(yùn)行水頭和功率下水輪機(jī)的效率和吸出高度值，即繪出水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線。6）軸向推力及葉片力矩的計(jì)算。7）調(diào)節(jié)保證計(jì)算。8）輔助設(shè)備的選擇。HSJ（三）選型的一般原則電站的水輪機(jī)選型是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，對(duì)工程的綜合效益有重大影響主要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素：工程的綜合利用：發(fā)電、航運(yùn)、防洪、灌溉、養(yǎng)殖、旅游機(jī)組：效率、空化、穩(wěn)定性、尺寸、價(jià)格土建：工程造價(jià)、施工難度、工期制造：設(shè)計(jì)、毛坯、加工運(yùn)輸：安裝：水力角度：HSJ

max，

av；NPSH；D；n；成本；比速系數(shù)：在保證安全的條件下

nSHSJ二、用系列型譜使用范圍圖和系列使用范圍圖選型HSJZZ500系列使用范圍圖HSJ三、根據(jù)綜合特性曲線進(jìn)行選型計(jì)算1、選擇水輪機(jī)的系列（水頭段）2、轉(zhuǎn)輪直徑：參數(shù)：P

：?jiǎn)螜C(jī)額定功率（考慮電機(jī)效率）Q11：混流式——5%功率限制線orHS