水輪機(jī)工作原理(編輯修改稿)
2024-08-31 02:34 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 發(fā)的，這個(gè)夾角等于葉片出口部分骨線與圓周切線的夾角。實(shí)際上葉片是有限數(shù)目的，在葉片流道中水流因自身慣性，只有緊貼葉片的水流質(zhì)點(diǎn)才符合上述假設(shè)，而其余部分的水流并不按照葉片扭曲方向改變運(yùn)動(dòng)方向。因而在轉(zhuǎn)輪出口處的相對(duì)速度方向與葉片方向不完全一致，即出流角與葉片出口安放角總是有些差別。作出轉(zhuǎn)輪出口速度三角形，就可以求出、。軸流式水輪機(jī)進(jìn)，出口某點(diǎn)處的水流速度三角形，常采用下列假定：1．在轉(zhuǎn)輪區(qū)域內(nèi)，水流速度的徑向分量很小，可忽略，因而水流質(zhì)點(diǎn)系沿圓柱層流動(dòng)，轉(zhuǎn)輪區(qū)域的與轉(zhuǎn)輪軸線平行，則有2．軸面速度均勻分布，位于不同半徑各圓柱面上的軸面流速均相等，則： （318）式中 ——轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑（圖39a）；——轉(zhuǎn)輪輪轂直徑。3．轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口水流的大小，因軸流式轉(zhuǎn)輪內(nèi)水流上速特點(diǎn)，故位于同一流線上進(jìn)，出口兩點(diǎn)水流圓周速度有 （319）式中 ——位于同一流面上的轉(zhuǎn)輪進(jìn)，出口計(jì)算點(diǎn)所在圓直徑（即該圓柱流面直徑）。4．的大小，的方向（），采用與混流式轉(zhuǎn)輪相同的分析方法確定。 （葉片出口安放角）這樣，即可求出軸流式轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口某一點(diǎn)的速度三角形。圖39是直徑為的圓柱面（流面）展開和按上述已知條件作出的轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口速度三角形。例題1．已知混流式水輪機(jī)的下列數(shù)據(jù)：m,m,m3/s,r/min,導(dǎo)葉出口部分與圓周切線夾角。試求轉(zhuǎn)輪進(jìn)口速度三角形的、和。解：m/sm/s因，故水輪機(jī)進(jìn)水邊軸面投影與轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)軸線平行并比較靠近導(dǎo)葉，可取由此 m/sm/s m/s （參看圖39）：m,m,m,m/s,r/min,。試求m的圓柱層上（其中）轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口速度三角形中的、和、（不考慮葉片排擠，轉(zhuǎn)輪進(jìn)口無(wú)撞擊）。解：m/sm/sm/sm/sm/sm/sm/sm/s第二節(jié) 水輪機(jī)的基本方程與應(yīng)用一、水輪機(jī)的基本方程水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪是將水流的能量轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，那么是如何轉(zhuǎn)化的呢？學(xué)習(xí)了下面的水輪機(jī)基本方程以后，我們這個(gè)疑問就會(huì)得到很好的回答。水輪機(jī)基本方程式可用動(dòng)量矩定理導(dǎo)出。當(dāng)質(zhì)量為以速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，其動(dòng)量是，若質(zhì)量至軸的距離為半徑，而所在處的速度與半徑的圓周切線之夾角為，則質(zhì)量對(duì)軸的動(dòng)量矩等于或，如圖310，根據(jù)動(dòng)量矩定理，單位時(shí)間內(nèi)水流質(zhì)量對(duì)定軸的動(dòng)量矩變化等于作用在該質(zhì)量上的全部外力對(duì)定軸的力矩和，即 （320）式中——外力矩 ?，F(xiàn)考慮水流通過轉(zhuǎn)輪時(shí)的動(dòng)量矩變化。圖310 質(zhì)量m的動(dòng)量矩如圖311，在時(shí)刻，水流質(zhì)量充滿轉(zhuǎn)輪流道微元，經(jīng)過時(shí)間后，該部分質(zhì)量運(yùn)動(dòng)至，此時(shí)部分水流從流道中流出，其質(zhì)量為為進(jìn)入轉(zhuǎn)輪流道微元的流量。在流道進(jìn)口處，經(jīng)時(shí)間后空出的部分為后繼水流充滿，根據(jù)連續(xù)性定理，其質(zhì)量也是。在時(shí)間內(nèi)將轉(zhuǎn)輪中的水流運(yùn)動(dòng)看成是穩(wěn)定流動(dòng)，則部分的動(dòng)量矩沒變化，而流道元的動(dòng)量矩變化就等于部分的動(dòng)量矩減去部分的動(dòng)量矩，即假定在整個(gè)轉(zhuǎn)輪進(jìn)出口處與，分別為常數(shù)，則整個(gè)轉(zhuǎn)輪流道水流質(zhì)量總的動(dòng)量矩變化為：亦即： 式中 ——水輪機(jī)有效過流量，即通過轉(zhuǎn)輪流道流量；——轉(zhuǎn)輪出口處水流速度圓周分量；——轉(zhuǎn)輪進(jìn)口處水流速度圓周分量。上述的水流動(dòng)量矩變化是dt時(shí)段內(nèi)作用在水流上的外力對(duì)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)軸線的力矩引起的。下面三種外力并不產(chǎn)生這種力矩。1．重力：因重力的合力與軸線重合式相交；2．上冠、下環(huán)的內(nèi)表面對(duì)水流壓力：因這些表面為旋轉(zhuǎn)面，故壓力與軸線重合；3．轉(zhuǎn)輪外的水流在轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口處對(duì)所考慮水流的壓力，因這兩部分水流在轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口處的接觸面可看作是旋轉(zhuǎn)面，故壓力與軸線相交。圖311 水流通過轉(zhuǎn)輪時(shí)的動(dòng)量矩變化可見，水流通過轉(zhuǎn)輪時(shí)動(dòng)量矩變化僅由轉(zhuǎn)輪葉片的作用力引起，即由此 （321）而水流對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片的作用力矩 （322）為水流作用于轉(zhuǎn)輪上的力矩，故它與轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)角速度的乘積，就是單位時(shí)間內(nèi)水流傳給轉(zhuǎn)輪的能量。換句話說，也就是作用于轉(zhuǎn)輪上的水流所具有的有效功率，則： （323）式中， ——水輪機(jī)過流量；——水輪機(jī)容積損失；——水輪機(jī)工作水頭；——水輪機(jī)中的水力損失，即包括水流流經(jīng)蝸殼，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)輪及尾水管時(shí)所產(chǎn)生的水力損失總和；——水輪機(jī)有效過流量，即通過轉(zhuǎn)輪流道流量； ——水輪機(jī)有效工作水頭。式中，——水輪機(jī)的水力效率。式(323)亦可寫作: （324）由式(322)和(324)得： （325）由于，則可得到水輪機(jī)的基本方程式： (326)方程左邊，表示作用于水輪機(jī)工作轉(zhuǎn)輪單位重量水流所具有的有效水能，也就是單位重量水流所傳給轉(zhuǎn)輪的有效能量。方程右邊，則表示轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口處水流速度矩的變化（即水
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