单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,浙江水专国家精品课程,水电站,http:/ 水轮机的相似原理及特性曲线,第一节 水轮机的相似原理概述,一、几个基本概念,1,、水轮机特性,水轮机在不同工况下运行时，各运行参数,(,H,，,Q,，,n,，,N,，,，,),及这些参数之间的关系，称水轮机的特性由于水轮机水流条件复杂，研究水轮机的特性需要理论与实验相结合浙江水专国家精品课程,水电站,2,、模型试验,原型：尺寸大，试验困难，不经济模型：,(,D,:250,460mm,，,H,：,2,6m),3,、相似理论,研究相似水轮机之间存在的相似规律，并确立这些参数之间的换算关系的理论浙江水专国家精品课程,水电站,二、水轮机相似条件,1,、几何相似：,过流通道几何形状相似,(1),过流通道的对应角相等：,e1,e1M,；,e2,e,2M,；,M,(2),对应尺寸成比例：,D,1,/D,1M,b,0,/b,0M,a,0,/a,0M,.,(3),对应部位的相对糙率相等：,/,D,1,M,/,D,1M,几何相似的一套水轮机系列,轮系同一轮系的水轮机才能建立运动相似和动力相似。
浙江水专国家精品课程,水电站,2,、运动相似：,(1),过流通道的对应点的速度方向相同2),过流通道的对应点的速度大小对成比例，即速度三角形相似同一轮系水轮机，保持运动相似的工作状况,相似工况,3,、动力相似,(,压力、惯性力、重力、摩擦力等,),同一轮系水轮机，水流对应点所受的同名作用力方向相同、大小成比例浙江水专国家精品课程,水电站,第二节 水轮机的相似率、单位参数和比转速,一、水轮机的相似定律,相似定律：,水轮机在相似工况下运行时，各工作参数,(,H,、,n,、,N,、,),之间的固定关系建立模型与原型水轮机各个参数之间的关系1,、转速相似律：即原型和模型水轮机转速之间的关系浙江水专国家精品课程,水电站,2,、流量相似律：几何相似、相似工况下流量之间的关系a=a,M,),3,、出力相似律即原型和模型水轮机出力之间的关系均为固定值，,Q,M,可以测得，若,0M,、,sM,、,0,、,j,已知，可求出,Q,浙江水专国家精品课程,水电站,二、单位参数,(,在不同轮系之间进行比较,),将模型试验结果化成为,D,1M,=1m,，,H,M,=1m,标准情况下的参数,单位参数，分别用 表示假定：,(,实际上，原型效率大于模型效率，需修正,),浙江水专国家精品课程,水电站,1,、单位流量,2,、单位转速,3,、单位出力,浙江水专国家精品课程,水电站,通常用,Q,1,，,n,1,表示水轮机的运行工况。
当几何相似，单位流量和单位转速对应相等时，两个水轮机工况相似对同一轮系水轮机在不同的工况下单位参数分别为一常数,(,工况不同，单位参数不同,),单位参数由模型试验得出原形水轮机的参数,(,相应工况,),水轮机在最优工况下的单位参数,最优单位参数，用,(,Q,10,n,10,N,10,),表示浙江水专国家精品课程,水电站,三、水轮机的比转速,定义：同一轮系水轮机，当其工作水头,H,=1m,，出力,N,=1,kW,时，所具有的转速是表示水轮机特征的一个综合参数,(,与,D,1,无关,),，能将水轮机的各个参数,n,、,H,、,N,之间的关系综合反映出来，代表了水轮机的轮系特征n,s,随工况变化，一般按,H,r,、,N,e,、,n,e,确定该水轮机轮系的特征参数浙江水专国家精品课程,水电站,水轮机牌号中的转轮型号，即是比转速不同的轮系，有不同的比转速目前，各种类型的水轮机比转速的大致范围为：,贯流式：,n,s,=600-1000,轴流式：,n,s,=200-850,斜流式：,n,s,=150-350,混流式：,n,s,=50-300,水斗式：,n,s,=10-35(,单喷嘴,),浙江水专国家精品课程,水电站,不同比转速的转轮形状,浙江水专国家精品课程,水电站,讨论：,相似水轮机，工况相似，,n,s,相同。
不同的,n,s,，反映不同轮系水轮机特征当,H,一定时：,n,s,N,n,机组尺寸缩小，投资减少，因此,提高比转速可以降低造价,当,H,和,N,一定时，,n,s,越高，空蚀系数越大,，需要增加厂房开挖比转速增加，单位流量增加，,b,0,/,D,1,增大，叶片数目减少浙江水专国家精品课程,水电站,第三节 水轮机的效率换算与单位参数修正,一、效率换算经验公式,前面的单位参数公式是假定在相似工况下，,=,M,，但实际上,M,(,约,2%,7%),其原因是：,其中,/D,为相对粗糙度,浙江水专国家精品课程,水电站,第三节 水轮机的效率换算与单位参数修正,二、水轮机效率换算经验公式,1,、最优工况下的效率修正,采用,1963,年国际电工委员会推荐的公式：,混流：,轴流：,浙江水专国家精品课程,水电站,2,、一般工况,HL,、,ZD,：,ZZ,：,注意：轴流式水轮机，每个叶片转角都对应一个最优工况三、单位参数的修正,最优工况时：,其他工况时：,浙江水专国家精品课程,水电站,第四节 水轮机的主要综合特性曲线,一、水轮机模型试验简介,目的：,保证水轮机在工作范围内高效率、稳定运行研究水轮机在各种工况下的能量特性、空蚀特性等。
任务：,水轮机模型试验是按一定比例将原形水轮机缩小为模型水轮机，并采用较低的模型水头,H,M,和较小的,Q,M,进行试验，测出各工况下的工作参数，然后通过相似公式换算和修正得出该轮系的综合参数类型,：能量试验、空蚀试验、飞逸试验、轴向水推力试验等浙江水专国家精品课程,水电站,综合特性曲线是多参数之间的关系曲线以,(,n,1,Q,1,),为坐标场，绘制,、a,0,、,等值线首先计算各个工况点,:,(1),等开度线绘制,(2),等效率线绘制,(3)5%,出力限制线绘制,(4),等汽蚀线绘制,二、水轮机的主要综合特性曲线,浙江水专国家精品课程,水电站,混流式水轮机的模型综合特性曲线,浙江水专国家精品课程,水电站,轴流转浆式水轮机的模型综合特性曲线,ZZ440,模型综合曲线,浙江水专国家精品课程,水电站,轴流定浆式水轮机,的模型综合特性曲线,浙江水专国家精品课程,水电站,冲击式水轮机的模型综合特性曲线,浙江水专国家精品课程,水电站,作业,水轮机的相似条件和相似定律是什么？研究目的是什么？,什么是水轮机的轮系、单位参数和比转速？比转速和转速、机组尺寸、汽蚀系数有什么关系？,模型试验的目的任务及类型？能量试验的任务测量参数是什么？,水轮机的参数和特性曲线有哪些？模型综合特性曲线的作用及其组成？轴流式和混流式水轮机的特性曲线有什么区别？,。