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1、浙江水专国家精品课程水电站,第三章 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:250460mm，H：26m)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：e
2、1e1M；e2e2M；M(2)对应尺寸成比例：D1/D1Mb0/b0Ma0/a0M.(3)对应部位的相对糙率相等：/D1M/D1M 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
3、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=aM)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，QM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D1M=1m，HM=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,
4、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Q1，n1 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(Q10,n10,N10)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=1kW时，所具有的转速。是表示水轮机特征的一个综合参数(与D1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
5、来，代表了水轮机的轮系特征。ns随工况变化，一般按Hr、Ne、ne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：ns=600-1000轴流式：ns=200-850斜流式：ns=150-350混流式：ns=50-300水斗式：ns=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，ns相同。不同的ns，反映不同轮系水轮机特征。当H一定时：ns Nn。机组尺寸缩小，投资减少，因此提高比转速可以降低
6、造价。当H和N一定时，ns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，b0/D1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。
7、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HM和较小的QM 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(n1,Q1)为坐标场，绘制、a0、等值线。首先计算各个工况点:(1)等开
8、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？,
