第三章_水轮机的工作原理

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1、水轮机的工作原理水轮机的工作原理n1、水轮机根据能量转换特征分为哪几类?反击式水轮机及冲击式水轮机又是如何分类的? 根据水能转根据水能转换的特征分换的特征分根据水流流经转轮的方式不同分根据水流流经转轮的方式不同分2、试说明各型水轮机的特点及其应用范围。水流流经转轮 适用水头单机容量适用电站流入流出H（M）KW混流式辐向轴向30700几十几十万广泛轴流式轴向轴向388几十几十万低水头大流量河床式斜流式斜向斜向40200抽水蓄能贯流式轴向轴向230几几万河床式潮汐式射流特点 适用水头H（M） 适用电站切击式切线方向402000广泛斜击式侧面50400小型双击式二次冲击6150小型3、各型水轮机各个

2、部件、构造及各部件的作用是什么？ (3) 工作部件转轮（核心)(4) 泄水部件尾水管(1) 引水部件蜗壳(2) 导水部件导水机构 （导叶及控制设备) n作用：使水流产生圆周运动，并引导水流均匀地、轴对称地进入水轮机。作用：水轮机的作用：水轮机的，承受机墩及传来的荷载，承受机墩及传来的荷载，并传到下部基础；支承活动导叶。并传到下部基础；支承活动导叶。作用：作用： 根据机组负荷变化，调节水轮机流量，改根据机组负荷变化，调节水轮机流量，改变出力，引导水流按切向进入转轮，形成速度矩。变出力，引导水流按切向进入转轮，形成速度矩。作用：作用： 水能转变为机械能水能转变为机械能回收利用转轮出口的大部分动能。

3、回收利用转轮出口的大部分动能。 尾水管的作用：尾水管的作用：将通过水轮机的水流泄向下游；将通过水轮机的水流泄向下游；能利用转轮出口与下游水位之间的势能；能利用转轮出口与下游水位之间的势能； (1) 喷嘴喷嘴 (2) 折流板折流板 (3) 转轮转轮 (4) 机壳机壳将射流将射流转变为旋转转变为旋转。:将水流压能变为动能，形成射流并将水流压能变为动能，形成射流并以一定方向冲击转轮，使转轮旋转，完成以一定方向冲击转轮，使转轮旋转，完成能量转换。能量转换。:调节进水流量，以调节水轮机出力。调节进水流量，以调节水轮机出力。 作用：把水斗排出的水引入尾水槽中排向下游作用：把水斗排出的水引入尾水槽中排向下游

4、 当机组突然丢弃全部负荷时，折流板先转动，在当机组突然丢弃全部负荷时，折流板先转动，在12s内使射流部分全部偏向，不冲击转轮，此时针阀内使射流部分全部偏向，不冲击转轮，此时针阀可在可在510s或更长时间内缓慢关闭，减小水锤压力。或更长时间内缓慢关闭，减小水锤压力。4、试说明混流式水轮机转轮及轴流式水轮机转轮的构造及各组成部分的作用。 转轮转轮叶片叶片均布在均布在上冠上冠与与下环下环之间，轮叶上端固定于转轮上冠，之间，轮叶上端固定于转轮上冠，下端固定于转轮下环。轮叶呈扭曲形，各轮叶间形成狭窄的流道。下端固定于转轮下环。轮叶呈扭曲形，各轮叶间形成狭窄的流道。一般轮叶的数目为一般轮叶的数目为1220

5、片。片。 上冠上端与水轮机主轴相连，下端装有泄水锥。上冠上端与水轮机主轴相连，下端装有泄水锥。混流式混流式水轮机的转轮由水轮机的转轮由上冠、下环、叶片上冠、下环、叶片组成。组成。泄水锥泄水锥:引导水流平顺地形成轴向流动，减小水力损引导水流平顺地形成轴向流动，减小水力损失和振动。失和振动。 轴流式水轮机转轮由轮毂，轮叶，泄水锥组成。 轮轮 毂毂轮叶轮叶泄水锥泄水锥n轴流定浆式：轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。叶片不能随工况的变化而转动。n轴流转浆式：轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转动。叶片能随工况的变化而转动。轴流定桨式转轮模型轴流定桨式转轮模型轴流转桨式转轮模型轴流转桨式转轮模型轮轮

6、 毂毂轮叶轮叶泄水锥泄水锥5、试阐述尾水管有哪些型式及尾水管的作用。直锥形与弯肘形尾水管的轮廓尺寸如何确定？ 尾水管的形式：尾水管的形式：直锥型、弯管直锥形、弯曲型直锥型、弯管直锥形、弯曲型。直锥型直锥型尺寸确定从以下几个参数考虑：尺寸确定从以下几个参数考虑： 尾水管进口直径D3 圆锥角 尾水管管长L 尾水管出口直径D5 尾水室的尺寸 1 1、圆锥段、圆锥段2 2、弯管段（肘管）、弯管段（肘管）3 3、水平扩散段、水平扩散段6、水轮机引水室有哪几种类型？为适应不同条件，水轮机的引水室有开敞式与封闭式两大类。（1）开敞式（明槽式）（2）封闭式压力槽式和罐式蜗壳式HL220L J140XL220L

7、H520ZZ560LH250GD103WP275水水轮机的工作原理轮机的工作原理 第一节第一节 水轮机的基本方程水轮机的基本方程 第二节第二节 水轮机的能量损失和效率水轮机的能量损失和效率 第三节第三节 水轮机的汽蚀、吸出高度与安装高程水轮机的汽蚀、吸出高度与安装高程 3-1 水轮机的基本方程式1 1、水流在转轮中的运动、水流在转轮中的运动n（1）复杂的空间非恒定流复杂的空间非恒定流n（2 2）恒定流状态）恒定流状态n（3 3）水流运动是空间三元流水流运动是空间三元流（1）复杂的空间非恒定流复杂的空间非恒定流n水轮机内的水流运动是复杂的空间非恒定流水轮机内的水流运动是复杂的空间非恒定流 1)

8、1) 水头、流量在不断变化水头、流量在不断变化 2) 2) 叶片形状为空间扭曲面，水流在两叶片之叶片形状为空间扭曲面，水流在两叶片之间的流道内为复合运动，流速的大小、方向在间的流道内为复合运动，流速的大小、方向在不断地变化，而转轮本身也在运动。不断地变化，而转轮本身也在运动。 水轮机在水轮机在工况下，水流在水轮机中的流动工况下，水流在水轮机中的流动是是恒定流。恒定流。（2 2）恒定流状态）恒定流状态 水轮机在某一工作状况时，水轮机在某一工作状况时，(H(H、Q Q、N N、不变不变) )，水流在水轮机的蜗壳、导，水流在水轮机的蜗壳、导水叶及尾水管中的流动是恒定流。水流水叶及尾水管中的流动是恒定

9、流。水流在转轮内的流动相对于转轮旋转坐标而在转轮内的流动相对于转轮旋转坐标而言，也是恒定流。言，也是恒定流。 水轮机在稳定工况水轮机在稳定工况 ( () )下，水下，水流在水轮机的蜗壳、导水机构及尾水管中的流流在水轮机的蜗壳、导水机构及尾水管中的流动是动是恒定流恒定流。水流在转轮内的流动相对于转轮。水流在转轮内的流动相对于转轮旋转坐标而言，是旋转坐标而言，是相对恒定流相对恒定流。（3 3）水流运动是空间三元流水流运动是空间三元流 水流绝对流速（相对于地球）水流绝对流速（相对于地球） 水流随转轮旋转牵连流速水流随转轮旋转牵连流速 水流沿叶片流动的相对流速水流沿叶片流动的相对流速 用速度三角形分析

10、水流运动的方法是研究转轮流速场的重要用速度三角形分析水流运动的方法是研究转轮流速场的重要方法。方法。WUVVUW 转轮室中水流的运动，绝对流速转轮室中水流的运动，绝对流速; ; 水流随转轮的旋转而产生的转动，牵连流速水流随转轮的旋转而产生的转动，牵连流速; ; 水流沿叶片流道的流动，相对流速水流沿叶片流道的流动，相对流速; ; 用速度角形三角形分析水流运动的方法是研究转轮流速用速度角形三角形分析水流运动的方法是研究转轮流速场的重要方法。场的重要方法。 WUVVWUU水流运动的速度三角形水流运动的速度三角形: :UW（假定水流进入转轮后不动）（假定水流进入转轮后不动）（假定转轮流道不动）（假定转

11、轮流道不动）牵连速度牵连速度U绝对速度绝对速度V相对速度相对速度W轴面速度轴面速度Vm圆周速度圆周速度Vucosvvusinvvm 水流传给转轮的能量与水流在转轮进出口之间的动量矩的水流传给转轮的能量与水流在转轮进出口之间的动量矩的变化相平衡。没有这种动量矩的改变，转轮就不可能获得水流变化相平衡。没有这种动量矩的改变，转轮就不可能获得水流能量而做功。能量而做功。该方程只与进、出口速度三角形有关，而与中间水流特征无关。该方程只与进、出口速度三角形有关，而与中间水流特征无关。 该方程式为通用方程式，对反击式、冲击式水轮机均适用。该方程式为通用方程式，对反击式、冲击式水轮机均适用。 guvuvgVu