第一章绪论_水轮机
第一节 冲击式水轮机
• 二、冲击式水轮机和反击式水轮机的异同点
• 2、不同点
• （4） 尾水能量回收效果不同 • 反击式水轮机必须设置尾水管，以恢复压力，减小转轮
出口动能损失和进一步利用转轮至下游水面之间的水流 能量。
• ②防飞车。当机组突然甩负荷调节系统又失灵时，副喷 嘴即投入工作。从副喷嘴引出一股射流直接冲向水斗背 面，形成制动力矩，这样可避免机组转速急剧上升以至 机组发生飞逸。
• 制动喷嘴可以自动或手动开启。为防止转轮反转，装设 有专门的联锁装置。
• 三、切击式水轮机结构及主要工作部件 • （五）副喷嘴（反向制动喷嘴）与防飞逸反射器 • 2、防飞逸反射器：
• 在冲击式水轮机中，以工作射流与转轮相对位 置和做功次数的不同，可分为：
• 切击式水轮机（水斗式，应用最广） • 斜击式水轮机 • 双击式水轮机
图6-1 切击式水轮机的结构示意图 1-喷嘴；2-针阀；3-喷针移动机构；4-转轮；5-外调节机构；6-机壳
图6-2 斜击式水轮机的射流、转轮工作示意图
过程，始终在空气中进行，则位于各部分的水流压力保 持不变（均等于大气压力）。
• 反击式水轮机那样，在导水机构、工作轮以及转轮后的 流道中，水流压力是变化的。故冲击式水轮机又称为无 压水轮机，而反击式水轮机，称之为有压水轮机。
• 二、冲击式水轮机和反击式水轮机的异同点
• 2、不同点
• （2）流道密闭要求不同 • 在反击式水轮机中，由于各处水流压力不等，并且不等
HM H
)
• 2、模型水轮机求原型水轮机单位分为两个步骤： • （1）求单位参数修正量
《机械原理》课件第1章绪论说课材料
常用机构的研究 已经非常深入 自动控制机构、机器人机构、仿生机构、机电光液 综合机构等进展也非常大 计算机的应用：计算机辅助设计、优化设计、大 型通用或专用的软件等
机械原理课程的性质与任务
是研究机械性能分析与设计的基本理论与 方法的专业基础课程之一。
机械原理的教学内容（归纳起来三大点）
动力机器
发电机等是能量变换的装置，即可将某种 形式的能量变换成机械能，或者把机械能 变换成其他形式的能量。例如：内燃机、 压气机、涡轮机、电动机等。
机器
工作机器 是完成有用的机械功或者是搬运物品。
例如：轧钢机、织布机、缝纫机、汽
车、飞机和金属切削加工机床等。
信息机器 是用来获得和变换信息的。例如：机 械式积分仪、计帐机、打字机和绘图 仪。
§1-3 如何进行本课程的学习
教学环节：
理论教学 课程设计
学习方法：
1. 在学习知识的同时，注重能力的培养。 2. 在重视逻辑思维的同时，加强形象思维能力的培养。 3. 注意先修课程的应用。 4. 理论联系实际，能够做到举一反三。
§1-4 机械原理学科的发展现状及趋势
机械工业发展方向：
高速、高精度、重载、高效率、低噪声 先进制造技术的应用、激光制造 自动生产线机器与其它来自置的主要区别是：机器一定要作机械运
动，并 通过运动来实现能量物料和信息的变换
机构（mechanism） 用来传递运动和力或改变运动形
式的构件系统
机构和机器的区别
• 机构只是一个构件系统，而机器除构件系 统外，还包含电气、液压等其它系统
• 机构只用来传递运动和力，而机器除传递 运动和力外，还具有变换或传递能量、物 料和信息的功能
1、研究机构的组成及具有确定运动的条件。
水轮机培训资料1
转速 。
亭子口电站水轮机参数 型号：HLVS220-LJ-670 额定出力：280.6MW 额定水头：73m 额定转速：100r/min 飞逸转速：175r/min 额定流量：424.6m3/s 最大水头：85.4m 最大出力：280.6MW 安装高程：366.6m
止漏环、抗磨板
在顶盖和底环上转轮密封对应处设置可拆卸和可更换的固
定止漏环，转轮上冠和下环的止漏环是和转轮为一体的转 动止漏环。转动和固定止漏环间有一定间隙（下止漏环间 隙为2.8+0.4mm，上止漏环间隙为2.4+0.45mm）。止漏环 安装后应检查圆度和同心度满足要求。
在顶盖上将设置足够数量的止漏环间隙检查孔，孔带有密
亭子口主轴与转轮的连接采用中法兰销套传递扭 矩结构。
主轴 连接螺栓 和销套
转轮
无法兰主轴和单法兰主轴与转轮的连接，采用锥度配合、用键 传递扭矩的方式。 无法兰主轴的另一端通常采用联轴器连接的方式，如图（b） 弹性连接、（c）刚性连接。
转轮出厂验收主要项目
1、转轮材料检验（查看资料：机械性能、化学成分、探
应用于中等水头和流量， 转轮进口直径D1与出口直 径D2大致相等。
上冠
上冠的外形与圆锥体近似。大中型转轮的上冠轮 廓线近似为直线，小型转轮的上冠轮廓线则为曲 线。上部与主轴法兰连接，下部安装泄水锥，侧
面固定叶片。 上冠的作用是固定叶片，安装上止漏环和转动减 压板，并形成流道。
叶片
混流式水轮机的叶片呈空间扭曲状，断面为翼型（叶型）。
导叶
亭子口电站的导叶为不锈
钢整体铸造的三支点导叶， 每个导叶将使用3个自润滑 导轴承支承，一个在底环 中，另2个在顶盖中。导叶 轴上部将设置1个可调整的 自润滑推力轴承以承受导 叶的重量和阻止任何作用 在导叶上向上或向下的水 推力引起的上下移动。
(河海大学)水轮机类型、构造及工作原理_水电站
第七页，共83页。
第二节 水轮机的工作参数
参数：水头、流量、功率、效率、转速等
一、水头 Head
EUZUEDpUEZ AD U 2VZ pgU2A DpA D 2V gD 2A 2VgA 2
第八页，共83页。
第二节 水轮机的工作参数
效率 N 100%
N入
N N入 9.81QH (kw)
第二十四页，共83页。
第三节 水轮机的主要类型及其构造
混流式水轮 机的基本构
造
蜗壳 spiral case 座环环 ssttaayyrriningg
导水机构 Distributor 转轮 runner
尾水管 draft tube
第二十五页，共83页。
第三节 水轮机的主要类型及其构造
组成：上环、下环及支柱组成。 作用：支承水轮发电机组的重量及蜗壳上部部
叶片的安放角φ： 一般在-15°~+20° 之间，φ＞0°叶 片往开启方向转动， φ＜0°反之。
安放角
第三十九页，共83页。
轴流式水轮机的特点
第三节 水轮机的主要类型及其构造
3
4
5
叶片转动的操作 机构安装在轮毂 内
轮毂比（轮毂直 径dg 与转轮直 径 D1 的比值）：
0.33~0.55
水轮机转轮室 内壁经常承受很 大的脉动水压力。
第四十五页，共83页。
第三节 水轮机的主要类型及其构造
二、冲击式水轮机 Impulse turbine
水流特征：水流以自由射流的水柱冲击转轮，利用水流动 能使转轮旋转。
型式：
水斗式（Pelton Turbine ）
双击式（ Cross flow turbine） 斜击式（Turgo turbine）
《水轮机介绍》课件
工业应用
水轮机可以通过联轴器或其他机构与其它设备实现 任意转速匹配和联动运作。
水轮机基本原理
水轮机受到水流的作用产生功率，根据能量守恒和牛顿第二定律，外出水功率等于轮机内部转化的机械功率和 内部耗散的损失。
1
流体力学基础
水轮机是流体力学和材料力学相结合的
机械运动学基础
2
产物。 流体力学研究的是液体在各种情况下运
境没有污染。 • 使用寿命长，可达数十年或更长。
缺点
• 需要大量的水资源支持，这可能对周边生态 环境造成影响。
• 需要耗费较大的资金和人力来进行安装和维护。 • 无法满足一些特定的需求，比如一些应用场
合需要更高的功率。
水轮机的维护和保养
定期的维护和保养对水轮机的运行和性能十分重要，它们可以延长水轮机的使用寿命。
可获得的能量之比，通常在80%-90%之 间。功率则是水轮机的输出功率。
流量指单位时间内通过水轮机的水量，
转速是叶轮每分钟的旋转圈数，是影响ຫໍສະໝຸດ 水轮机性能的重要因素之一。
水轮机的优缺点
水轮机具有高效、环保、耐久等优点，但也存在一些缺点，比如对水资源需求大、安装和维修成本高等。
优点
• 具有高效利用水能和发电效率高等优点。 • 使用水作为能源，无需消耗化石能源，对环
2 水轮机对环境的影响
水轮机对环境主要的贡献在于它产生的清洁能源有助于减少化石燃料的使用，从而降低 温室气体的排放。
案例分析
水轮机在发电、工业和民用领域有着广泛的应用，以下将介绍几个成功案例。
水轮机应用案例
八闽大地水利用电站是福建省最大的水利机械系统项目，水轮机的运行保障了亿万家庭的用 电需求。
水轮机维护案例
水轮机介绍
水轮机 第一章 绪论(12)
⒉ 轴流式水轮机 轴流式水轮机的水流自轴向进入转轮，轴向 流出转轮。转轮形似螺旋桨。
根据叶片能否转动，又分为定桨式和转桨式。 ⑴ 轴流定桨式水轮机的转轮叶片固定不动， ① 特点：转轮叶片不能转动，结构简单，造价 较低，调节性能较差，高效率区较窄。在偏离最
优工况运行时，叶片角度不能适合水流的情况，
效率会急剧下降。
② 应用范围：轴流定桨式水轮机一般适用于3—50
米水头范围，水头和负荷变化较小的水电站。
⑵ 轴流转桨式水轮机的转轮叶片可绕轮叶轴线 转动，需要一套转动叶片的操作机构。 ① 特点：转轮叶片可以转动，叶片和导叶可实 现双重调节，调节性能好，高效率区较宽，但 结构相对复杂，造价高。水轮机运行时，可根 据水头及负荷变化的情况，及时调整转轮叶片 的角度，使叶片始终保持一个符合水流的空间 位置，实现了导叶与转轮叶片双重调节，扩大 了高效率区的范围。
② 应用范围：轴流转桨式水轮机一般适用于3—80米水头
范围，水头和负荷变化较大的水电站。
例如：葛洲坝水电站单机容量17.5万kW，最高 水头为27米。水头范围为27—8.3米，转轮直径
为11.3米，最高效率92.5%，转轮重468吨，水
轮机重2150吨，额定流量1130 m s
3
目前，使用水头最高88米（意大利，那门
水轮机出力、旋转力矩和角速度之间有以 下关系式:
M 2 n P M 60
式中: ——水轮机旋转角速度，rad/s；
m； M ——水轮机主轴输出的旋转力矩，N·
n
——水轮机转速，r/min。
§1-3 水轮机类型及应用范围
一、水轮机类型 ⒈ 分类
混流式（HL ) 轴流式( ZL ) 轴流定桨式( ZD ) 轴流转桨式( ZZ ) 反击式 斜流定桨式( XD) 斜流式( XL) 斜流转桨式( XZ ) 贯流定桨式(GD) 贯流式(GL) 贯流转桨式(GZ ) (CJ ) 切击式（水斗式） 冲击式 斜击式( XJ ) 双击式( SJ )
水轮机
目录第一节水轮机的主要类型第二节水轮机的工作参数第三节水轮机的型号第四节水轮机的装置型式第五节水轮机发展综述第一章水轮机的主要类型、构造第一节水轮机的主要类型自然界有多种能源，其中有很多式可以开发利用的，目前已被利用的能源中主要有热能、水能、风能和核能。
其中水能是一种最经济的能源，水能的开发利用已受到越来越多的关注。
我国有着丰富的水力资源，对水能的开发利用已受到社会的广泛关注，对水能最重要的开发形式就是兴建各种各样的水电站。
水轮机作为将水能转换成旋转机械能的一种水力原动机，是水电站中最重要的组成部分。
根据转轮转换水流能量方式的不同，水轮机分成两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机。
反击式水轮机包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机；冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式水轮机。
一、反击式水轮机反击式水轮机转轮区内的水流在通过转轮叶片流道时，始终是连续充满整个转轮的有压流动，并在转轮空间曲面型叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向，从而对转轮叶片产生一个反作用力，驱动转轮旋转。
当水流通过水轮机后，其动能和势能大部分被转换成转轮的旋转机械能。
1.混流式水轮机如图1-1所示，水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。
混流式水轮机应用水头范围较广，约为20～700m，结构简单，运行稳定且效率高，是现代应用最广泛的一种水轮机。
图1-1 混流式水轮机1—主轴；2—叶片；3—导叶2．轴流式水轮机如图1-2所示，水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而在转轮区内水流保持轴向流动，轴流式水轮机的应用水头约为3～80m。
轴流式水轮机在中低水头、大流量水电站中得到了广泛应用。
根据其转轮叶片在运行中能否转动，又可分为轴流定桨式和轴流转桨式水轮机两种。
轴流定桨式水轮机的转轮叶片是固定不动的，因而结构简单、造价较低，但它在偏离设计工况运行时效率会急剧下降，因此，这种水轮机一般用于水头较低、出力较小以及水头变化幅度较小的水电站。
第1章水轮机的主要类型及结构优秀课件
在实际应用中，功率通常用kW表示： 所以
把水轮机的出力与其输入功率的比值 称为水轮机的效率，用η表示：
则
四、工作力矩与转速
水轮机的出力使主轴旋转作功，因而出 力亦可用旋转机械运动的公式来表达：
水轮机的转速和发电机的转速相同并符合标 准同步转速，即应满足下列关系式：
所以
第二节 水轮机的主要类型
水轮机的转轮是将水流能量转换为旋转机械 能的核心部分，当忽略其间的水力损失时可用下 式表示：
二、轴流转桨式水轮机
图1—20是轴 流转桨式水轮机的 立面结构图，可以 看出除转轮和转轮 室以外，其他部分 均与混流式水轮机 相类似。
三、斜流式 水轮机的构造
四、灯泡贯流式水轮机的构造
灯泡贯流 式水轮机的构 造，如图1- 8 所示这种水轮 机即是一没有 蜗壳的、卧式 装置的轴流转 桨式水轮机。
3．双击式水轮机
双击式水轮机 如图1—J1所示，其 特点是由喷嘴出来 的射流首先从转轮 外缘冲击叶片，接 着水流又自内缘再 一次冲击叶片，它 的适用水头范围为 5～80m。
现将各类水轮机归纳简述如下：
水轮机
反击式 冲击式
混流式 轴流式 斜流式 贯流式
水斗式 斜击式 双击式
轴流定桨式 轴流转桨式 全贯流式 灯泡式 半贯流式 轴伸式
1．混流式水轮机
混流式水轮机，如图1-2所示，水流流经转轮 时，以 辐向从四 周进入转 轮而以轴 向流出转 轮，故称 为混流式 水轮机。
2．轴流式水轮机
轴流式水轮机，如图1—3所示，这种水轮机的水流 在进入转轮之 前，流向已经 变得与水轮机 主轴中心线平 行，因此水流 在经过转轮时 沿轴向进入而 又依轴向流出， 所以称为轴流 式水轮机。
二、冲击式水轮机
水轮机概论及工作原理
k vk2 5v52
2g
hk5
H
吸出高度
水轮机旳吸出高度是指转轮中压力最
低点（k）到下游水面旳垂直距离，常用HS
表达。
Hs
≤ 10.0 H
900
对不同旳 Hs要求如下
对不同形式水轮机旳HS作如下要求
立轴轴流式水轮机， HS为下游水 面至叶片转 动中心旳 距离 （如右图）
立轴混流式水轮机， HS为下游水面 至导叶下部底 环平面旳垂 直高度(图右)
式中：p ——发电机磁极对数
按转轮水流方向分
还击式
水 轮 机 类 冲击式 型
可逆式 *
混流式（HL）
轴流式（ZL）
轴流定桨式（ZD） 轴流转桨式(ZZ)
斜流式(XL)
斜流定桨式（XD） 斜流转桨式(XZ)
贯流式(GL)
切击式（CJ） 斜击式（XJ） 双击式(SJ)
贯流定桨式（GD） 贯流转桨式(GZ)
1.水轮机基本方程式
H (vu1 u1 vu2 u2 )
g
基本方程旳物理意义
方程旳实质：由水流能量转换为旋转机械能旳 平衡方程
水流与叶片相互作用，使得水轮机做功。水流 经过水轮机时，叶片迫使水流动量矩发生变化， 而水流以反作用力作用在叶片上，从而使转轮 取得力矩。
水能转变为旋转机械能旳必要条件：水流在转 轮出口旳能量不大于进口处旳能量，即转轮旳 进口和出口必须存在速度矩旳差值。
汽蚀现象
当某点旳压力到达（或低于）该温度下水旳汽化压 力时，水就局部汽化产生大量汽泡，同步水体中存在旳 许多眼看不见旳气核体积骤然增大也形成可见气泡，这 些气泡伴随水流进入高压区时，气泡瞬时破灭，因为汽 泡中心压力较低，气泡周围旳水质点将以很高旳速度向 汽泡中心撞击形成巨大旳压力，并以很高旳频率冲击金 属表面，使水轮机过流部件旳金属表面产生物理电化学 作用遭到破坏，这一现象就称为汽蚀现象，
第一张水轮机调节的基础
第一章水轮机调节的基本概念§1-1 水电站的生产过程图1-1 典型水电站示意图从图1-1我们可以看到，为了利用河流的能量来发电，必须在建设水电站的地点集中河段的落差，用筑坝的方式实现。
通过压力引水道输送水能到水轮机，将水能转变成机械能。
水轮机作为交流发电机的原动力，带动发电机旋转，将机械能转变为电能。
这种电能自发电机输出送往电网，然后电能又被送到用户，用户根据自己的需要，将电能转变成各种形式的能量：机械能、光能、热能等等。
可以看出，水电站生产的全过程是水、机、电的联合生产过程，如图1-2所示。
图1-2 水电站生产过程图60pnf §1-2 水轮机调节系统简介水轮机调节系统由被控制系统（调节对象）和被控制系统（调节器）所组成，对水电站而言，调节器就是调速器。
由于水电站是一个水、机、电综合系统，一方面机组与压力引水道有水力上的联系，另一方面又与电力系统有电气上的联系。
因而调节对象包括机组（水轮机和发电机）、引水道和电网。
根据调节对象的各组成单元和调速器之间的关系，可以画出水轮机调节系统如图1-3所示。
§1-3 水轮机调节的任务水轮发电机组将水能转变成电能供工业、农业、商业及人民生活等使用。
用户在用电过程中除要求供电安全可靠外，对电网电能质量也有十分严格的要求。
按我国电力部门规定，电网的额定频率为50Hz （赫兹），大电网（容量大于3000MW ）允许的频率偏差为±0.2Hz ，小电网（容量小于3000MW ）允许的频率偏差为±0.5。
对我国的中小电网来说，系统负荷波动有时会达到其总容量的5%~10%，而且即使是大的电力系统，其负荷波动也往往会达到其总容量的2%~3%。
电力系统负荷的变化，导致了系统频率的波动。
水轮机调节的任务就是解决如何能使机组转速（频率）保持在额定值附件的某个范围之内。
水轮发电机组能否满足上述要求呢？ 发电机组所产生的电流频率由下式确定： （1-1）式（1-1）中：f ——电流的频率（Hz ）；图1-3 水轮机调节系统g t M M dtd J-=ω30nπω=ωηρQH M t =n ——发电机转速（r/min ）； p ——发电机磁极对数。
水轮机作业
水轮机作业第一章绪论（一）选择题1．水轮机的工作水头是（）。
（A）水电站上、下游水位差（B）水轮机进口断面和出口断面单位重量水流的能量差2．水轮机的效率是（）。
（A）水轮发电机出力与水流出力之比（B）水轮机出力与水流出力之比3．反击式水轮机是靠（）做功的。
（A）水流的动能（B）水流的动能与势能4．冲击式水轮机转轮是（）。
（A）整周进水的（B）部分圆周进水的5．喷嘴是（）水轮机的部件。
（A）反击式（B）冲击式（二）填空题1．水电站中通过____________能转变成旋转机械能，再通过____________把旋转机械能转变成电能。
2．水轮机分为 _____________ 和 _____________两大类。
3．轴流式水轮机分为_____________ 和 _____________两种。
4．水轮机主轴的布置形式有_____________和_____________两种。
5．冲击式水轮机有_____________、_____________ 和_____________三种。
（三）问答题1.水轮机有哪些类型?划分类型的依据是什么?各类水轮机的适用范围是什么？2.混流式与轴流式水轮机主要不同点有哪些？其适用范围有什么不同？3.简述各类水轮机转轮区水流的流动与转轮的结构特点。
4.水轮机的基本工作参数有哪些？有何含义？它们的代表符号和单位是什么？5.反击式与冲击式水轮机各有哪些过流部件?各有何作用?6.水电站和水轮机的特征水头都有哪些？它们之间有何区别？7．冲击式水轮机的特点是什么？类型有哪些？试说明冲击式水轮机适合高水头的原因？8．反击式和冲击式水轮机在能量转换上有何区别？9．贯流式水轮机的特点是什么？类型有哪些？10．灯泡贯流式水轮机有哪些优点？简述灯泡贯流式水轮机基本组成部分。
11．灯泡贯流式机组的布置形式有几种，各自的适用条件是什么？12．灯泡贯流式机组与立式机组有何区别，相比较其优点是什么？13．喷管的作用是什么，其型式有几种？折向器和分流器的作用是什么，二者有何区别？14.水轮机的型号如何表示?各部分代表什么意义?15．解释水轮机型号：?HL160-LJ-520、ZZ560-LH-800、GD600-WP-250、2CJ30-W-120/2×10。
水利工程概论复习题
《水利工程概论》复习资料（参考河海大学教材）第一章绪论一、地球上及我国水资源的总量地球上138.6×108亿m³；我国 2.77万亿m³二、我国水资源的特点1、水资源总量丰富，人均占有量低2、水资源在空间上分布不平衡3、水资源在时间上分布不平衡4、水资源分布与人口、耕地布局不相适应三、水利工程的分类河道整治与防洪工程；农田水利工程；水力发电工程；供水和排水工程；航运工程四、水力发电工程的两个基本要素落差、流量第二章水库、水利枢纽、水工建筑物一、水库的概念及分类（按库容，径流调节周期）水库是指在山沟或河流的狭口处建造拦河坝形成的人工湖泊。
按库容大小水库分为：大（1）型水库<库容不小于10×108m3>；大（2）型水库<库容为（1.0~10）×108m3>；中型水库<库容为（0.10~1.0）×108m3>；小（1）型水库<库容为（0.01~0.10）×108m3>；小（2）型水库<库容为（0.001~0.01）×108m3>。
按径流调节周期长短分为：无调节、日调节、周调节、年调节和多年调节水库。
二、水库的径流调节水库的径流调节是指利用水库的蓄泄功能有计划地对河川径流在时间上和数量上进行控制和分配。
三、水库的特征水位和特征库容的概念特征水位：水库工程为完成不同任务，在不同时期和各种水文情况下，需控制达到或允许消落的各种库水位。
特征库容：相应于水库的特征水位以下或两特征水位之间的水库容积。
四、水工建筑物的分类1、挡水建筑物2、泄水建筑物3、输水建筑物4、取水建筑物5、整治建筑物6、专门性水工建筑物五、水利枢纽布置水利枢纽布置是水利工程设计研究首要的主要内容。
在选择水利枢纽布置方案时，既要满足枢纽的各项任务和功能要求，又要适应枢纽工程区的自然条件，还要便于施工布置，有利于节省投资和缩短工期，因此应在保证运行方便和安全可靠地前提下，力求做到节省工程量、便于施工、缩短工期。
水利工程概论复习
《水利工程概论》复习资料（参考河海大学教材）第一章绪论一、地球上及我国水资源的总量地球上138.6×108亿m³；我国2.77万亿m³二、我国水资源的特点1、水资源总量丰富，人均占有量低2、水资源在空间上分布不平衡3、水资源在时间上分布不平衡4、水资源分布与人口、耕地布局不相适应三、水利工程的分类河道整治与防洪工程；农田水利工程；水力发电工程；供水和排水工程；航运工程四、水力发电工程的两个基本要素落差、流量第二章水库、水利枢纽、水工建筑物一、水库的概念及分类（按库容，径流调节周期）水库是指在山沟或河流的狭口处建造拦河坝形成的人工湖泊。
按库容大小水库分为：大（1）型水库<库容不小于10×108m3>；大（2）型水库<库容为（1.0~10）×108m3>；中型水库<库容为（0.10~1.0）×108m3>；小（1）型水库<库容为（0.01~0.10）×108m3>；小（2）型水库<库容为（0.001~0.01）×108m3>。
按径流调节周期长短分为：无调节、日调节、周调节、年调节和多年调节水库。
二、水库的径流调节水库的径流调节是指利用水库的蓄泄功能有计划地对河川径流在时间上和数量上进行控制和分配。
三、水库的特征水位和特征库容的概念特征水位：水库工程为完成不同任务，在不同时期和各种水文情况下，需控制达到或允许消落的各种库水位。
特征库容：相应于水库的特征水位以下或两特征水位之间的水库容积。
四、水工建筑物的分类1、挡水建筑物2、泄水建筑物3、输水建筑物4、取水建筑物5、整治建筑物6、专门性水工建筑物五、水利枢纽布置水利枢纽布置是水利工程设计研究首要的主要内容。
在选择水利枢纽布置方案时，既要满足枢纽的各项任务和功能要求，又要适应枢纽工程区的自然条件，还要便于施工布置，有利于节省投资和缩短工期，因此应在保证运行方便和安全可靠地前提下，力求做到节省工程量、便于施工、缩短工期。
(完整word版)水轮机
第一章水轮机进水阀及常用阀门•一、进水阀的作用•1. 岔管引水时构成检修机组的安全工作条件。
2.停机时减少机组漏水量和缩短重启动时间。
（尤其对高水头长压力引水管道电站）。
3. 调速系统故障，紧急切断水流，即防飞逸事故扩大。
（2min内），液压操作的要求30-50s.进水阀设置条件：1.由一根压力引水总管供几台机组用水时，应在每台水轮机前安装进水阀。
2.当水头H>120m时，单元压力引水管较长，可以考虑在每台水轮机前设置进水阀。
3.当水头H≤120m时，单元压力引水管短，可在进水口设快速闸门。
水轮机进水阀的型式•1. 蝴蝶阀适用于水头200米以下的电站。
•2. 球阀适用于水头在200米以上，压力引水管直径小于2m的水电站。
•3. 闸阀适用于水头400米以下，压力引水管直径小于1m卧式机组的小水电站。
•1. 进水阀一般不许在动水情况下开启，这样加大操作力矩，运行上也不需要。
（防飞逸除外）•2. 进水阀状态：全开、全关。
•不许作部分开启来调节流量，以免造成过大的水力损失和影响水流稳定，引起过大的振动。
旁通管的作用：由于进水阀应能在动水中关闭，不允许在动水情况下开启，所以在主阀体上安装旁通管，可以在进水阀开启前，先开旁通阀，经旁通管对阀后充水，当两侧平压后，再在静水中开启进水阀。
空气阀的作用：当进水阀紧急关闭时，由它来补给空气，防止阀后产生真空破坏管道；而在进水阀开启充水平压过程中，则又由它来排出空气。
1.3 水轮机进水阀的操作方式及其操作系统•一、进水阀的操作方式：•1. 液压操作。
油压装置：30%—40%的油+压缩空气合用。
（主阀易进水，要分别设置）•2.电动操作。
用于小型机组，H低，D小，仅作检修用。
•3.手动操作。
（对不要求远方操作的小型进水阀）•液压操作包括水压和油压操作,水头高于120米时可用水压操作，但对水质要求较高，一般不用。
通常用油压操作。
油压操作要求用接力器操作。
接力器有以下几种型式：•油压操作要求用接力器操作。
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第一章绪论
第一节水电站与水轮机
自然界有多种能源，目前已被开发利用的能源中主要有热能、水能、风能和核能。
水能是一种可再生能源。
地球上江河纵横，湖泊星罗棋布，海洋辽阔，蕴藏着丰富的水力资源。
借助太阳的帮助，地球上的水蒸发成水蒸气，在天空中水蒸气又凝聚成雨雪降至大地，通过江河又流入海洋，如此循环不已，永无止境。
所以利用水能发电的电能转换方式与火力发电和核能发电相比有许多的优点，例如成本低，运行管理简单，启动快，消耗少，适于调峰和调频，污染少等。
自然界的河流都具有一定的坡降，水流在重力作用下，沿着河床流动，在高处的水蕴藏着丰富的位能，如果没有把这种水能加以利用，当水流向低处流动时，则所有的能量都消耗在克服水流的粘性、摩阻、冲刷河床和夹带泥沙等方面去了。
水轮机是一种将河流中蕴藏的水能转换成旋转机械能的原动机。
水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机将旋转机械能转换成电能。
水轮机与发电机联接成的整体称为水轮发电机组，它是水电站的主要设备之一。
水电站是借助水工建筑物和机电设备将水能转换为电能的企业。
为了利用水流发电，就要将天然落差集中起来，并对天然的流量加以控制和调节（如建造水库），形成发电所需要的水头和流量。
水电站的型式主要取决于集中水头的方式，根据集中水头的方式的不同，
水电站分为坝后式水电站、引水式水电站和混合式水电站，见图1-1、图1-2、图1-3
所示。
图1-1坝后式水电站厂坝横剖面示意图
图1-2有压引水式水电站示意图
1—水库；2—闸门室；3—进水口；4—坝；5—泄水道；6—调压室
7—有压隧道；8—压力管道；9—厂房；10—
尾水渠
图1-3混合式水电站枢纽布置示意图
第一节 水电站与水轮机
自然界有多种能源，目前已被开发利用的能源中主要有热能、水能、风能和核能。
水能是一种可再生能源。
地球上江河纵横，湖泊星罗棋布，海洋辽阔，蕴藏着丰富的水力资源。
借助太阳的帮助，地球上的水蒸发成水蒸气，在天空中水蒸气又凝聚成雨雪降至大地，通过江河又流入海洋，如此循环不已，永无止境。
所以利用水能发电的电能转换方式与火力发电和核能发电相比有许多的优点，例如成本低，运行管理简单，启动快，消耗少，适于调峰和调频，污染少等。
自然界的河流都具有一定的坡降，水流在重力作用下，沿着河床流动，在高处的水蕴藏着丰富的位能，如果没有把这种水能加以利用，当水流向低处流动时，则所有的能量都消耗在克服水流的粘性、摩阻、冲刷河床和夹带泥沙等方面去了。
水轮机是一种将河流中蕴藏的水能转换成旋转机械能的原动机。
水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机将旋转机械能转换成电能。
水轮机与发电机联接成的整体称为水轮发电机组，它是水电站的主要设备之一。
水电站是借助水工建筑物和机电设备将水能转换为电能的企业。
为了利用水流发电，就要将天然落差集中起来，并对天然的流量加以控制和调节（如建造水库），形成发电所需要的水头和流量。
水电站的型式主要取决于集中水头的方式，根据集中水头的方式的不同，水电站分为坝后式水电站、引水式水电站和混合式水电站，见图1-1、图1-2、图1-3
所示。
图1-1
坝后式水电站厂坝横剖面示意图
图1-2有压引水式水电站示意图
2—水库；2—闸门室；3—进水口；4—坝；5—泄水道；6—调压室
7—有压隧道；8—压力管道；9—厂房；10—尾水渠
图1-3混合式水电站枢纽布置示意图
第三节 水轮机的工作参数
水轮机的工作参数是表征水流通过水轮机时水流能量转换为转轮机械能过程中的一些特性的数据。
水轮机的基本工作参数主要有水头H 、流量Q 、出力P 、效率η、转速n 。
一、水头H
水轮机的水头（亦称工作水头）是指水轮机进口和出口截面处单位重量的水流能量差，单位为m 。
对反击式水轮机，进口断面取在蜗壳进口处Ⅰ-Ⅰ断面，出口取在尾水管出口Ⅱ-Ⅱ断面。
列出水轮机进、出口断面的能量方程，如图1-14所示，根据水轮机工作水头
的定义可写出其基本表达式：
图1-14 水电站和水轮机的水头示意图
⎪
⎪⎭⎫
⎝
⎛++-⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛++=-=g V P Z g
V P Z E E H ⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠ
ⅠⅠⅠ2222αγαγ （1-1
）
式中 E ——单位重量水体的能量，m ；
Z ——相对某一基准的位置高度，m ；P ——相对压力，N/m 2或Pa ；V ——断面平均流速，m/s ；α——断面动能不均匀系数；
γ——水的重度，其值为9810N/m 3；
g ——重力加速度，9.81 m/s 2。
式（1-1）中，计算常取g V ⅠⅠ
,12
ααα==称为某截面的水流单位动能，即比动能（m ）；γP 称为某截面的水流单位压力势能，即比压能（m ）；Z 称为某截面的水流单位
位置势能，即比位能（m ）。
g V 22
α、γP 与Z 的三项之和为某水流截面水的总比能。
水轮机水头H 又称净水头，是水轮机做功的有效水头。
上游水库的水流经过进水口拦污栅、闸门和压力水管进入水轮机，水流通过水轮机做功后，由尾水管排至下游，在这一
过程中，产生水头损失h ∆。
上、下游水位差值称为水电站的毛水头
g H ，其单位为m 。
因而，水轮机的工作水头又可表示为：
h H H g ∆-= （1-2）
式中 g H
——水电站毛水头，m ；
h ∆——水电站引水建筑物中的水力损失，m 。
从式（1-2）可知，水轮机的水头随着水电站的上下水位的变化而改变，常用几个特征
水头表示水轮机水头的范围。
特征水头包括最大水头max H 、最小水头min H 、加权平均水
头a H 、设计水头r H 等，这些特征水头由水能计算给出。
1．最大水头max H ，是允许水轮机运行的最大净水头。
它对水轮机结构的强度设计有决定性的影响。
2．最小水头min H ，是保证水轮机安全、稳定运行的最小净水头。
3．加权平均水头a H ，是在一定期间内（视水库调节性能而定），所有可能出现的水轮机水头的加权平均值，是水轮机在其附近运行时间最长的净水头。
4.设计水头r H ，是水轮机发出额定出力时所需要的最小净水头。
水轮机的水头，表明水轮机利用水流单位机械能的多少，是水轮机最重要的基本工作参数，其大小直接影响着水电站的开发方式、机组类型以及电站的经济效益等技术经济指标。
二、流量Q
水轮机的流量是单位时间内通过水轮机某一既定过流断面的水流体积，常用符号Q 表示，常用的单位为m 3/s 。
在设计水头下，水轮机以额定转速、额定出力运行时所对应的水流量称为设计流量。
三、转速n
水轮机的转速是水轮机转轮在单位时间内的旋转次数，常用符号n 表示，常用单位为r/min 。
四、出力P 与效率η
水轮机出力是水轮机轴端输出的功率，常用符号P 表示，常用单位kW 。
水轮机的输入功率为单位时间内通过水轮机的水流的总能量，即水流的出力，常用符
号n P 表示，则
QH QH P n 81.9==γ(KW) （1-3）
由于水流通过水轮机时存在一定的能量损耗，所以水轮机出力P 总是小于水流出力n P 。
水轮机出力P 与水流出力n P 之比称为水轮机的效率，用符号t η表示。
n t P P
=
η （1-4）
由于水轮机在工作过程中存在能量损耗，故水轮机的效率t η<1。
由此，水轮机的出力可写成
t t n QH P P ηη81.9==（KW ） （1-5）水轮机将水能转化为水轮机轴端的出力，产生旋转力矩M 用来克服发电机的阻抗力矩，并以角速度ω旋转。
水轮机出力P 、旋转力矩M 和角速度ω之间有以下关系式
602n
M M P ⋅=
=πω （1-6）
式中 ω——水轮机旋转角速度，rad/s ；
M ——水轮机主轴输出的旋转力矩，N ·m ；n ——水轮机转速，r/min 。