第2章 水轮机的工作原理VIP免费

第二章水轮机的工作原理第二章水轮机的工作原理第二章水轮机的工作原理第二章水轮机的工作原理第一节水流在反击式水轮机转轮中的运动第二节水轮机工作的基本方程式单位时间内水流流进转轮外缘的动量矩为，如图2—2所示，流离转轮内缘的动量矩所以在单位时间内水流质量动量矩的增加应等于此质量在转轮出口与进口间的动量矩之差，即单位时间内水流流进转轮外缘的动量矩为，如图2—2所示，流离转轮内缘的动量矩所以在单位时间内水流质量动量矩的增加应等于此质量在转轮出口与进口间的动量矩之差，即水流对转轮的作用力矩M，根据作用力与反作用力的定律，它与上述外力矩Mo在数值上相等而方向相反，即M一Mo，则有：为了应用上的方便，常将这种机械力矩乘以转轮旋转的角速度用功率的形式来表达，这样可得出水流作用在转轮上的功率为：又水流通过水轮机的有效功率-为：将(2—lO)式代入(2—9)式得：亦可写为：或水轮机工作的基本方程式还可用环量的形式来表示。转轮的速度环量可以看作是速度沿圆周所作的功。将(2—11)式右端同时乘、除以后得：又由进、出口速度三角形的关系得：将上列关系代入（2-12）式或（2-13）式得：第三节水轮机的效率及最优工况一、水轮机的效率l．水轮机的水力损失及水力效率设水轮机的工作水头为H，通过水轮机的水头损失为∑h，则水轮机的有效水头为H—∑h。水轮机的水力效率为有效水头与工作水头的比值，即2．水轮机的容积损失及容积效率设进入水轮机的流量为Q，则水轮机的容积效率为：3．水轮机的机械损失及机械效率在扣除水力损失与容积损失后，便可得出水流作用在转轮上的有效功率N。为：机械效率为：二、水轮机的最优工况由图（2-6）中可以看出，在反击式水轮机的各种损失中水力损失是主要的，容积损失和机械损失都比较小而且基本上是一定值。在其他工况下卢：)(凡l，则水流在转轮进口将产生撞击，造成撞击损失，使水流不能平顺畅流，如图2—7(o)、(C）所示，从而降低了水轮机的水力效率。水轮机的撞击损失主要发生在转轮叶片进口处，当在某一工况下，在转轮进口速度三角形里，水流相对速度Ⅳ，的方向角夕：与转轮叶片的进口安放角尺：相一致，即A：凡1时，则水流平行于叶片的骨线紧贴叶片表面进入转轮而不发生撞击和脱流现象，如图2—71(6)所示如图2—8（a）所示，即V2垂直于U2时，，水流离开转轮时没有旋转并依轴向流出，不产生涡流现象和涡流损失，从而也提高了水轮机的水力效率，这一工况称为法向出口工况。当，则，如图2—8(b)、(c)所示，此时出口的旋转分速在尾水管中将引起涡流损失，使效率下降。当增大到某一数值时，尾水管中将会出现偏流真空涡带，引起水流压力脉动，形成水轮的汽蚀与振动。第四节尾水管的工作原理第四节尾水管的工作原理当水轮机装在下游水面以上，转轮的出口流速为y。时，则水流离开转轮时尚存在一部分未被转轮利用的能量。如图2—9所示，在转轮出口处取2—2断面，这部分未被利用的能量即为该断面处相对于下游水面(基准面0—0)的能量，可用单位能量E2表示，则：当水轮机装在下游水面以上，转轮的出口流速为y。时，则水流离开转轮时尚存在一部分未被转轮利用的能量。如图2—9所示，在转轮出口处取2—2断面，这部分未被利用的能量即为该断面处相对于下游水面(基准面0—0)的能量，可用单位能量E2表示，则：一、尾水管的工作原理1．当水轮机不设置尾水管时当用相对压力表示时，则转轮出口的能量损失为：2．当水轮机设有尾水管时如图2—9(b)所示，设水轮机在出口装有一逐步扩大的圆锥形尾水管，其下端伸人下游水面，并使全管保持密闭。此时，转轮出口2—2断面，即尾水管的进口断面处的压力户。就不再是大气压，其压力值可由2—2断面与尾水管出口5—5断面间的伯诺里方程式求得：当设有尾水管时，转轮出口处水流的损失能量3．尾水管的作用从中减去，便可得出由于设置尾水管后水轮机能够多利用的能量为：综合以上所述，水轮机尾水管的作用可归纳为：1)汇集转轮出口的水流，并引导水流排至下游；2)当H‘>0时，以静力真空的方式使水轮机完全利用了这一高度所具有的势能；3)以动力真空的方式使水轮机回收并利用了转轮出口水流的大部分动能。...