大工秋《水电站建筑物》辅导资料..docVIP

水电站建筑物辅导资料四 主 题：第三章 水轮机的动力特性和选型1. 掌握水轮机相似理论及比转速，了解二次近似相似公式水轮机的模型试验特性曲线特性曲线水轮机的动力特性和选型水轮机特性 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。 2. 模型试验 原型：尺寸大，试验困难，不经济。 模型：加工速度快、方便，易测量数据，较准确。还可方案比较。 3. 相似理论研究相似水轮机之间存在的相似规律，并确立这些参数间换算关系的理论一水轮机相似条件 保证模型水轮机与原型水轮机相似，必须满足以下三个相似条件：1. 几何相似：原模型水轮机的过流通道几何形状相似，各对应部分尺寸互成比例。对应尺寸成比例：； （2）过流通道的对应角相等：； （3）对应部位的相对糙率相等：只有同一轮系的水轮机才能建立几何相似关系。 2运动相似：原模型水轮机进出口速度三角形相似，对应各点的绝对速度、相对速度和圆周速度方向相同，大小互成比例。 ,；?,； （2）；。 运动相似时必须是几何相似，但几何相似的水轮机不一定是运动相似，因为水轮机有不同的运行工况。3. 动力相似：原、模型水轮机各水流对应点所受的同名力(压力、惯性力、重力、摩擦力等)方向相同、大小成比例，且边界条件相同。 严格满足几何相似和运动相似的，必然存在动力相似。因为几何相似是运动相似和动力相似的前提条件，因此可以把原、模型水轮机看作同一轮系的两台水轮机。在模型试验时，要同时满足上面三个相似关系是很困难的，因此一般要忽略一些次要因素，得出近似关系式，在有模型转换到原型时，在进行必要的修正。 二一次近似相似公式所谓一次近似相似公式是指在假定原型、模型水轮机效率相等）条件下，得到的他们之间工作性能转换关系的近似公式。转速方程式(第一相似定律) 转速方程式说明，两台水轮机相似，转速与转轮内直径成反比，与水头的平方根成正比。 2流量方程式(第二相似定律) 流量方程式表明，两台水轮机相似，则流量与转轮直径平方成正比，与水头平方根成正比。 3. 出力方程式(第三相似定律) 表明：两个水轮机相似，出力与转轮直径的平方成正比，与水头的3/2方成正比。变换一下形式得： 上述三个方程式是在假定的条件下得到的，但实际上，通常略大于因此，称上述三个公式为第一次近似相似公式 。三单位参数在同一轮系的水轮机中，通常以直径D1=1m，在水头H=1m条件下工作的水轮机作为比较的统一标准。在上面的推导中我们得到了3个参数：，， 这3个参数在数值上分别等于直径D1=1m，在水头H=1m条件下工作时的转速n，流量Q和出力N。我们称这3个参数为单位转速、单位流量和单位出力。从上面的式子可以看出： 1）当一定时，随工况(,)的改变而改变，即有一种工况，就有一套单位参数，所以，又称为工作状态参数。 2）当一定时，越大则越大；越大则越大。提高转速，可以减小发电机磁极对数，降低发电机造价；而提高流量可以增加水轮机出力。 所以在一定时，具有较大的的水轮机轮系是优越的。为衡量水轮机技术水平高低的指标。 水轮机单位参数的用途： 1）选择水轮机； 2）绘制水轮机综合特性曲线。把水轮机单位参数公式进行一下变换得：，， 从上面的公式可知，通过模型试验得到模型的某一工况下的和，即可得到原型的和。四水轮机效率的修正和二次近似相似公式 1. 效率修正 效率修正值的大小与水轮机尺寸有关系，由于影响因素复杂，到目前，尚无完备的计算方法。一般采用国际电工委员会推荐的公式。国际电工委员会公式的假定：1）不考虑容积效率和机械效率在原、模型中差别：； （2）不考虑转轮进口撞击损失和出口涡流损失，只考虑管流损失。基于以上假定，国际电工委员会的公式适用于最优工况。 效率修正值为 对混流水轮机（穆迪公式）： 最优工况时采用上面两个式子，对于一般工况：??是效率最高点修正值。2. 二次近似公式上述效率修正时，也采用了一些假定。通常称经过效率修正后的公式成为二次近似相似公式： ， 用单位参数表示为： ， 通常实际计算中，仍采用一次近似相似公式： 式中：—单位转速修正值。 —单位转速修正值。3%时，可以不用修正。而通常很小，不需要修正。此时，可用模型的和代替原型的和五水轮机的比转速 当原型水轮机与模型水轮机满足相似条件时，单位转速、单位流量和单位出力都是常数。， 可以得到： ，称为比转速。 由于：； 分析以上公式可以发现：与工况有关，是和，的综合参数； 2. 在一定时，越大，此轮系越优越3. 随着↑，导致↑和↑，引起导叶高度增大，叶片数下降，降低叶片强度，因此水头不宜过高。所以高比转速水轮机适用于低水头，大流量情况。 水轮机的模型试验和特性曲线 一模型试验概述和轮系综合特性曲线 意义 原型水轮机尺寸大，工