《《水电站》3_水轮机的工作原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《水电站》3_水轮机的工作原理（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、浙江水专国家精品课程水电站http:/ 电 站2009年2月第二章 水轮机的工作原理水电站http:/ 水流在反击式水轮机转轮中的运动一、复杂的空间非恒定流u水轮机内的水流运动是复杂的空间非恒定流1)水头、流量在不断变化2)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、方向在不断地变化，而转轮本身也在运动。 水电站http:/ 水轮机在某一工作状况时，(H、Q、N、不变)，水流在水轮机的蜗壳、导水叶及尾水管中的流动假定是恒定流。v水流在转轮内的流动相对于转轮旋转坐标而言，也假定是恒定流。v水流在转轮中的运动非常复杂，上述假定可以简化分析。水电站http:/ 水轮机工作的
2、基本方程式 一、动量矩定理 单位时间内水流对转轮的动量矩改变，应等于作用在该水流上的外力的力矩总和。即：其中M为水流对转轮的力矩，方程右端为水流本身速度矩的变化。该式表达了水轮机中水流能量转换为旋转机械能的平衡关系。 水电站http:/ 运动时假定为恒定流，因此转轮的出力为：所以，水轮机的基本方程为： 该方程式对反击式、冲击式水轮机均适用。 水电站http:/ 方程，方程左边为转换成的机械能。u水流与叶片相互作用，使得水轮机做功。水流通过水轮机时，叶片迫使水流动量矩发生变化，而水流以 反作用力作用在叶片上，从而使转轮获得力矩。u水能转变为旋转机械能的必要条件：水流在转轮出 口的能量小于进口处的
3、能量，即转轮的进口和出口必 须存在速度矩的差值。三、基本方程的物理意义水电站http:/ 水轮机的效率及最优工况 一、水轮机的效率(efficiency) 水轮机的能量损失导致N 0时，利用静力真空。(3) 利用动力真空Hd。水电站http:/ 是恢复动能的程度（与尾水管尺寸有关），一般用 动能恢复系数w表示w 0.8 时，效果较好； w 0.30.4时，效果较差。 水电站http:/ 水轮机的空化与空蚀水电站http:/ 空化及空化压力的概念v水沸腾为汽化，汽化是由气压和水温决定的。v水在一定压力下加温引起的汽化为沸腾；v环境温度不变压力降低引起的汽化叫空化。v在给定温度下，液体开始汽化的临
4、界压力为该温度下的空化压力(Pb) 水电站http:/ 水轮机的空蚀 (1) 空蚀破坏的机理v由可知，当VP,当P= Pb时，水开始汽化汽泡(水 蒸气+空气)水中溶解的气体向气泡析出气泡体 积迅速增大进入高压区蒸气变成水，汽泡体积减小，出现真空，汽泡外面的水流质点在内外压差 的作用下急速向汽泡中心压缩、冲击，在汽泡内形 成很大的微观水锤压力(可达几百大气压)；水电站http:/ 击，使过流通道的金属表面遭到严重破坏 机械破坏，称为疲劳剥蚀。v汽泡被压缩，由于体积缩小，汽化破坏时水流质点 相互撞击，引起局部温度升高(可达到300)，汽泡的氧原子与金属发生化学反应，造成腐蚀；同时由 于温度升高，产
5、生电解作用化学腐蚀。水电站http:/ 水轮机空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，称水轮机的空蚀。 隔河岩1号水轮机转轮空蚀 水电站http:/ 空蚀造成的危害水电站http:/ 叶片形状、工况有关。是反击式水轮机的主要空蚀形式。v间隙空蚀：当水流通过间隙和较小的通道时，局部流速 增大，压力降低而产生的空蚀。v空腔空蚀：在非最优工况时，水流在尾水管中发生旋转 形成一种对称真空涡带，引起尾水管中水流速度和压力的 脉动，在尾水管进口处产生空蚀破坏，还可能造成尾水管 振动。v局部空蚀：
6、在过流部件凹凸不平因脱流而产生的空蚀。 水电站http:/ 设计制造方面： 合理选型，叶型流线设计，表 面光滑，抗空蚀钢衬(不锈钢)。2. 工程措施：合理选择安装高程，采取防沙、排沙措施，防止有害泥沙进入水轮机。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。 水电站http:/ 水轮机的空蚀系数、吸出高和安装高程一、水轮机的空蚀系数v反击式水轮机发生空蚀破坏的根本原因是过流通 道中出现了ppb的情况，因此防止空蚀的措施是限 制p的降低，使ppb。v影响水轮机效率的主要原因是翼型空蚀，所以衡量水轮机空蚀性能好坏一般是针对翼型空蚀而言， 其标志为空蚀系数。v空蚀系数是水轮机
7、空蚀特征的一个标志，越大，越容易破坏 。水电站http:/ (一般为叶片背面靠近转轮叶片出口处)K点的压力为(列K点 和2点、2点和下游水面的能量方程)：K点的真空值Hk.v：为尾水管动能恢复系数。水电站http:/ 一水轮机在既定工况下，也是定值。v值影响因素复杂，理论难以确定，广泛使用的方法是进行水轮机模型试验得出m,并认为=m。 水电站http:/ pk pB Pa/=10.33PB/=0.090.24水电站http:/ 的垂直高度Zk，与水轮机形式有关，规定如下：(1) 立轴混流式水轮机：导叶下部底环平面到下游尾水面垂直高度。(2) 立轴轴流式水轮机：转轮叶片轴线到下游尾水面垂直高度。
8、(3) 卧轴贯流式水轮机：叶片出口最高点到下游尾水面垂直高度。(4) 设计尾水位高于上述高程Hs为负，反之为正。(5) 为保证水轮机在运行中不发生空蚀，对各种工况 下Hs 进行试验，取其中较小值。 水电站http:/ 水电站http:/ 立轴HL：导叶中心平面高程 Za=w+Hs+b0/2 2. 立轴ZL：导叶中心平面高程 Za=w+Hs+xD1 (x=0.380.48) 3. 卧轴HL和GL：轴中心高程Za=w+Hs-D1/2注： w ：水电站设计尾水位, 选用水电站最低尾水位（12台机组时取一台机组50%额定流量， 34台机组时取一台机组额定流量）b0 ： 水轮机导叶高度；D1 ：转轮直径水电站http:/
