水輪機工作原理-資料下載頁
2025-08-04 02:34本頁面
【正文】 生對葉片背面的撞擊，亦稱負撞擊，這將導(dǎo)致效率急劇下降。因此，在實際時對設(shè)計工況采用不大的正沖角，這樣，水輪機在設(shè)計工況下的水力效率雖有微小下降，但卻顯著地改善了大流量工況區(qū)的水力性能。此外，使葉片進口安放角略小于進口水流角，還可以減小整張葉片的彎曲，這也有利于改善水利性能。根據(jù)水輪機基本方程式，水輪機的水力效率可表示為上式中，若是=0，則（水力效率最大值），顯然，只有可能使。由圖314可知，當(dāng)=0，出口絕對水流角，則出口水流絕對速度垂直于該點圓周速度。此時，轉(zhuǎn)輪出口水流無旋轉(zhuǎn)，這樣的水流出口稱為法向出口。圖314 轉(zhuǎn)輪水流法向出口上面是從理論公式上推導(dǎo)出當(dāng)出口絕對水流角時，即時，有最大值，我們把轉(zhuǎn)輪出口環(huán)量用表示，下面我們具體分析一下的大小將產(chǎn)生的三方面影響。（1）對尾水管能量利用的影響：當(dāng)轉(zhuǎn)輪出口水流的環(huán)量愈大，則水流沿軸面流動旋轉(zhuǎn)愈大，即進入尾水管的水流旋轉(zhuǎn)愈劇烈。尾水管進口處水流動能是由旋轉(zhuǎn)運動動能和軸面運動動能兩部分組成的，即：顯見，水流的軸面流速與尾水管的半徑平方成反比，而水流旋轉(zhuǎn)圓周速度僅與半徑成反比。當(dāng)水流沿尾水管流動時，的衰減速度遠比快，說明尾水管能更有效的利用軸面運動動能。因此當(dāng)出口環(huán)量越大，即越大，這時尾水管回收能量的效果就差，尾水管的動能利用率就低。（2）對進口水流的影響。由公式可知，若轉(zhuǎn)輪出口環(huán)量C2增大，則要求轉(zhuǎn)輪進口環(huán)量也相應(yīng)增大。對由中、低混流式水輪機和軸流式水輪機而言，由于的存大，使位于擴散形尾水管中的水流在自身的離心力作用下，能緊貼尾水管的管壁流動。因而不易發(fā)生脫流及滯水區(qū)，這樣可減少尾水管中的能量損失，同時由于轉(zhuǎn)輪進、出口環(huán)量的增大，相應(yīng)使轉(zhuǎn)輪進、出口水流相對速度減小，從而也能降低轉(zhuǎn)輪中的水力損失。當(dāng)然，這會導(dǎo)致引水部件中的水力損失增加。但對中、低水頭水輪機，引水部件中的水力損失占總能量損失的比重很小，主要損失發(fā)生在尾水管和轉(zhuǎn)輪。因此，對于中、低水頭混流式水輪機和軸流式水輪機而言，轉(zhuǎn)輪的出口略具一個不大是有益。但是，對高水頭混流式水輪機而言，的存在，對改善尾水管中的水流情況，雖也有上述的類似作用。但和也要相應(yīng)增大，導(dǎo)致引水部件和導(dǎo)水機構(gòu)中水力損失的增大，而該類水輪機，其引水部件和導(dǎo)水機構(gòu)中的水力損失占水輪機水力損失的比重較大。因此，是得不償失的。所以對高水頭水輪機，當(dāng)轉(zhuǎn)輪出口環(huán)量=0，即出口水流呈法向時，法向出流是最有利的，它能使水輪機中總的水力損失最小。從上面分析結(jié)果看，對高水頭水輪機而言，轉(zhuǎn)輪出口水流呈法向是十分有利的。但在此須指出，各種水頭下的反擊式水輪對轉(zhuǎn)輪出口的要求是不一樣的。即上述法向出口水流對某些水頭范圍的水輪機，可視為最優(yōu)水流出口，但對另一些水頭范圍的水輪機，則不然。3．水輪機的非最優(yōu)工況如上所述，水輪機在水流無撞擊進入轉(zhuǎn)輪和法向（或略具正環(huán)量）出口條件下水力損失小，水力效率最高。對于形狀和尺寸已確定的水輪機，這種最優(yōu)工況只會在某水頭、流量和轉(zhuǎn)速的條件下才能形成。但水輪機在實際運行中，水頭、流量總是變化的，不可避免地要偏離最優(yōu)工況，下面分析流量，水頭變化時對水輪機水力性能的影響。（1）水頭不變，流量減?。▽?dǎo)葉開度減小時）下面討論中，凡右上角帶“/”的參數(shù)均為工況變化后的參數(shù)。根據(jù)，并按葉片無限多，無限薄假設(shè)，的方向不變。便可作出水頭不變，流量減小后的轉(zhuǎn)輪進、出口速度三角形。如圖315所示，圖中虛線為最優(yōu)工況。（2）流量不變（導(dǎo)葉開度不變），水頭減小時由，方向不變。又可作出流量不變，水頭減小后的轉(zhuǎn)輪進出口速度三角形。如圖315所示。同樣經(jīng)定性分析，可作出水頭不變，流量增加和流量不變、水頭增加后的另一組轉(zhuǎn)輪進、出口速度三角形。圖315 偏離最優(yōu)工況后轉(zhuǎn)輪進、出口速度三角形的變化H不變，Q變??；Q不變，H變小為了能使水輪機在非最優(yōu)工況運行時仍能盡量維持最優(yōu)工況時的進、出口水流條件，卡普蘭最早提出將固定的轉(zhuǎn)輪葉片改為可以環(huán)繞葉片軸線轉(zhuǎn)動某一定角度范圍的可動葉片，亦即今天的轉(zhuǎn)槳式水輪機，其顯著特點是轉(zhuǎn)輪葉片隨著工況的改變而自動地轉(zhuǎn)動相應(yīng)的某一角度，使轉(zhuǎn)輪進出口處比較接近無撞擊和出口處比較接近最優(yōu)出流，因而能夠在相當(dāng)廣闊的水頭和流量變化范圍內(nèi)獲得高效率和保證機組穩(wěn)定運行。圖316為軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機與軸流定槳式水輪機在流量變化時出口速度三角形的不同變化情況的比較。這種槳葉與導(dǎo)葉之間實現(xiàn)了最有利配合的工況稱為協(xié)聯(lián)工況。圖316 軸流式水輪機出口速度三角形的不同變化軸流定槳式；軸流轉(zhuǎn)槳式 復(fù)習(xí)題1． 軸流式和混流式轉(zhuǎn)輪中水流運動各有什么特點？2． 什么叫水輪機的速度三角形？反擊式水輪機轉(zhuǎn)輪葉片的進、出口角是怎樣定義的，畫草圖說明？3． 水輪機基本方程的基本意義是什么？4．什么叫水輪機的最優(yōu)工況？什么叫無撞擊進口？什么叫法向出口？5．畫出混流式水輪機在非最優(yōu)工況下（水頭不變、流量減小；流量不變、水頭減?。┤~片進出口速度三角形，并標明各量？6．反擊式水輪機的損失有哪些內(nèi)容？水輪機效率有哪幾部分組成，并說明各部分的意義。7．已知軸流式水輪機下列數(shù)據(jù)：米；米；設(shè)計流量米3/秒；設(shè)計水頭米；轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分；水力效率，試求在最優(yōu)工況下，米處，圓柱層上轉(zhuǎn)輪進出口速度三角形中的、和、（假設(shè)軸面速度均勻分布，水流法向出口和不計葉片排擠）8．已知混流式水輪機機參數(shù)如下：米，米3/秒，米，轉(zhuǎn)/分，水力效率，試確定葉片進口角（假定無撞擊進口和法向出口，且進、出口水流均勻，忽略排擠）。17 /
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