第三章-水轮机工作原理
第三章 水轮机工作原理
容积效率
2.水力损失及水力效率
原因：
工作水头
(Q q)( H H ) H e h (Q q) H H
水力损失 有效水头
能源动力工程学院 何宝海
水力效率
3.机械摩擦损失及机械效率
机械损失功率 原因： 输出功率
N e N m N m Ne Qe H e
1.进口速度三角形
转速
考察点直径 圆周速度： 轴面速度： 水轮机的 容积效率
u1
vm1
D1n
60 流量 Q v F1
过水断面 面积
能源动力工程学院 何宝海
确定过水断面面积
F1 2 Rg lae
近似计算：
F1 k1 D12
与转轮型式 和结构有关
F1 D1b0
机械效率 机械效率 有效功率
4.水轮机总效率
总效率 容积效率
V h m
水力效率
水轮机的效率是衡量水轮机能量转换性能的综合指标。 它与水轮机型式、结构尺寸、加工工艺及运行工况等多 因素有关。
能源动力工程学院 何宝海
第三节 水轮机进、出口速度三角形
一、混流式水轮机转轮的进、出口速度三角形
水 流 输入功率 水轮机 输出功率
N i N N
水轮机内总 的功率损失
水轮机内的能量损失可分为： 容积损失： 容积效率 水力损失： 水力效率 机械摩擦损失： 机械效率
能源动力工程学院 何宝海
1.容积损失及容积效率
原因： 发生位置：
有效流量
总流量
Q q Qe V Q Q
漏水量
解： u1
v1,vu1,w1,β1 D1n 2 500
第三章 水轮机的空化与空蚀(10)讲解
2g
2
p2 r
w22 2g
u22 2g
hk2
----（1）
Z2
p2 r
v22 2g
Za
pa r
va2 2g
h2a
--、2点很靠近，即
uK u2 , hK2 0 , 且令 Z2 Za Hs
由于
h2a
分析和推导空化系数是以翼型空化为基础， 计算出转轮叶片上最低点的压力值，若不发生 空化，则必须使最低点的压力值大于或等于该 水温下的汽化压力。
如图所示，设k点为转轮叶片背面靠近出水边的 压力最低点，求k点的压力值。
对k-2点，2-a点分别列能量平衡方程式
Zk
pk r
wk2 2g
u
z k
h 但是，用 表示水轮机空化性能还不太 v
合理，因速度与水头成正比，同一水轮机当工
h 作水头不相同时， 也不相同，这不便于用 v 同一标准进行空化性能的比较，为此，采用单
位水头下的动态真空值表示，即，动态真空相
对值
hv H
wk2 w22 2gH
w
v22 2gH
hv H
wk2 w22 2gH
即
pk r
pv r
pa r
pv r
Hs
H
则压力余量的相对值为：
pk
pv
pa r
pv r
Hs
rH
H
令
pa r
pv r H
Hs
p
称电站的空化系数
水轮发电机的工作原理
水轮发电机的工作原理水轮发电机是一种利用水流的动能来驱动发电机产生电能的设备。
它是一种非常常见且有效的发电方式，被广泛应用于水力发电站和小型水电站中。
水轮发电机的工作原理可以简述为水驱动叶轮旋转，从而带动发电机发电。
下面详细介绍水轮发电机的工作原理。
1. 水轮发电机的构造- 水轮发电机主要由水轮机、发电机、发电机调速器和控制系统等组成。
- 水轮机是核心部件，由机壳、导叶、叶轮、轴等组成。
其中，叶轮通过水的冲击力旋转，将水的动能转化为机械能。
- 发电机则将机械能转化为电能，通过正常的电路连接将电能输送到电网或存储设备中。
- 发电机调速器负责控制叶轮的转速，以保持稳定的输出电压。
2. 水轮机的工作原理- 当水流经过水轮机时，根据动量守恒定律，水流的动能会转化为叶轮的动能。
此时水轮机中的叶轮开始旋转。
- 叶轮旋转的速度与水流的流速、叶轮的形状以及进入叶轮的水流角度有关。
因此，调整这些参数可以改变发电机的输出功率。
- 叶轮就像一个转子，将水的动能转化为机械能。
其构造使得能够最大化地利用水流的动能。
3. 发电机的工作原理- 叶轮通过轴将转动的机械能传递给发电机。
发电机内部的转子通过旋转的磁场感应电流，从而发生电磁感应现象。
- 根据法拉第电磁感应定律，转子中产生的电动势会引起电流的流动，从而产生电能。
- 发电机内部的线圈和磁铁组成的电磁感应系统是实现电能转换的关键。
4. 发电机调速器的工作原理- 为保持发电机的输出电压恒定，调速器会通过监测输出电压的变化，反馈控制叶轮的转速。
- 当输出电压低于设定值时，调速器会增加叶轮的转速，增加电能的输出。
反之亦然。
- 调速器还可以根据外部的需求或变化的水流量来自动调整叶轮的转速。
总结起来，水轮发电机的工作原理就是利用水流的动能将水轮旋转，进而带动发电机发电。
水轮发电机的构造包括水轮机、发电机、发电机调速器和控制系统。
水轮机将水的动能转化为机械能，发电机则将机械能转化为电能。
水轮机原理
水轮机原理水轮机是一种利用水能转换成机械能的装置，是水力发电的重要设备之一。
它利用水流的动能驱动叶轮旋转，进而带动发电机发电。
水轮机的原理十分简单，但却是一项极为重要的发明，下面我们就来详细了解一下水轮机的原理。
首先，水轮机的基本构造包括水轮机本体、进水系统和出水系统。
水轮机本体由转子、定子和导叶等部件组成，而进水系统则包括水库、引水渠和进水管道，出水系统则包括出水管道和尾水渠。
当水流经过水轮机本体时，首先经过导叶的调节，使水流以一定的速度和角度喷射到叶轮上，叶轮受到水流的冲击力而转动，转动的动能最终驱动发电机发电。
其次，水轮机的原理是基于动能守恒定律和动量定律的。
根据动能守恒定律，水流的动能转化为叶轮的动能，而根据动量定律，水流的冲击力使叶轮产生一个反作用力，从而推动叶轮旋转。
这两个定律共同作用下，使得水轮机得以正常运转。
同时，水轮机的效率也受到水流速度、叶轮形状和叶轮材质等因素的影响，不同的设计和工况下，水轮机的效率也会有所不同。
最后，水轮机的原理还涉及到流体力学和机械传动的知识。
在水轮机的设计过程中，需要考虑水流的流态特性、叶轮的叶片形状和叶轮的转速等因素，以确保水轮机的正常运转和高效发电。
同时，水轮机的传动系统也需要考虑叶轮与发电机之间的匹配和传动效率，以充分利用水轮机的动能转换功能。
总的来说，水轮机的原理是基于水能转换成机械能的基本物理规律和工程原理，通过合理的设计和运行，可以实现高效的水力发电。
水轮机作为一种环保、可再生的能源装置，对于推动清洁能源发展和保护生态环境具有重要意义。
希望通过本文的介绍，读者能对水轮机的原理有一个更加深入的了解，从而更好地认识和利用这一重要的能源装置。
水轮机原理及构造
水轮机原理及构造1、概述混流式水轮机工作原理：水流经压力钢管在开启蝶阀后进入蜗壳形成封闭的环流〔形成环流是为了使水流作用转轮时，使转轮各方向受力均匀，到达机组稳定运行的目的〕，在导叶开启后，水流径向进入转轮又轴向流出转轮〔所以称之为混流式水轮机〕，在这个过程中由水流和水轮机的相互作用，水流能量传给水轮机，水轮机开始旋转作功。
水轮机带动直流励磁的同步发电机转子旋转后，根据电磁感应原理〔问题〕，在三相定子绕阻中便感应出交流电势，带上外负荷后便输出电流。
注：电磁感应闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生感应电流，这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。
①产生感应电流的必要条件是：a、电路要闭合；b、闭合电路中一部分导体做切割磁感线运动，缺一不可；假设是闭合电路的一部分导体，但不做切割磁感线运动则无感应电流，假设导体做切割磁感线运动但电路不闭合，导体上仍无感应电流则导体两端有感应电压。
②感应电流的方向跟磁场方向和导体切割磁感线运动方向有关三者互相垂直，改变磁场方向或改变导体切割磁感线方向都会改变感应电流的方向。
③在电磁感应现象中机械能转化为电能。
应用：发电机是根据电磁感应原理制成的，它使人们大规模获得电能成为现实。
①交流发电机主要由转子和定子两部分组成，另外还有滑环、电刷等。
②交流电的周期与频率周期和频率是用来表示交流电特点的两个物理量，周期是指交流发电机中线圈转动一周所用的时间，所以单位是“秒”；频率是指每秒钟内线圈转动的周数，它的单位是“赫”。
我国使用的交流电周期为0.02秒，频率是50赫，其意义是发电机线圈转一周用时0.02秒，即1秒内线圈转50周，因为线圈每转一周电流方向改变两次，所以，频率为50赫的交流电在1秒钟内方向改变100次。
2、水轮机的主要类型：水轮机基本类型有：还击式冲击式还击式：混流式〔HL〕、东风：HLA722C-LJ-192HL混流式水轮机设计序号为A722C为L立轴J金属蜗壳192转轮直径为192cm轴流式〔ZL〕：轴流转桨式〔ZZ〕轴流定桨式〔ZD〕、斜流式〔XL〕、贯流式〔GL〕：贯流转桨式〔GZ〕贯流定桨式〔GD〕特点：将位能〔势能〕、动能转换为压能，进行工作；转轮完全淹没在密闭的水体中。
水轮机的工作原理讲解
水轮机的工作原理讲解水轮机是一种将水流的动能转换为机械能的装置，广泛应用于水力发电、水泵站和工业生产中。
它的工作原理基于水流对转子的冲击力和转动力矩的作用，下面我会详细讲解水轮机的工作原理。
水轮机主要由水轮机本体、水流供给装置和发电机组成。
水轮机本体包括水轮机转轮和装在转轮周围的导流装置，其作用是引导和控制水的流向。
水轮机的转轮通常是由叶片、主轴和涡轮壳组成。
水流供给装置则是为水轮机提供足够的水流量和水头，以确保水轮机的高效运行。
当水流通过导流装置进入转轮时，会由于导流装置的设计形成高速旋涡。
同时，转轮上的叶片会受到水流的冲击力，产生转动。
叶片的设计可使水流对叶片的冲击力最大化，从而增加转轮的转动力矩。
在水轮机的工作过程中，流入的水流通过转轮叶片的作用，使得转轮开始旋转。
旋转的转轮会将水流的动能转换为机械能，并将其传递给主轴。
主轴与转轮相连，承受转轮的转动力矩，并通过合适的传动装置将其转化为所需的输出功率。
这样，水轮机就能够利用水的动能完成对机械设备或电力系统的驱动。
需要注意的是，水轮机的效率和输出功率受到水流量和水头的影响。
水流量是指单位时间内通过水轮机的水量，水头是指水流在进入转轮时的高度差。
一般来说，水流量和水头越大，水轮机的输出功率也就越大。
因此，在设计水轮机时，需要考虑水资源的供给能力和可利用的水头大小，以确保水轮机的高效工作。
此外，水轮机的效率也受到其叶片形状、导流装置和转轮结构的影响。
通过改变这些设计参数，可以提高水轮机的效率和性能。
而且，根据水轮机的工作原理，可以将其分为垂直轴水轮机和水平轴水轮机两种类型。
垂直轴水轮机的转轴与水流垂直，适用于水流较低的地区，而水平轴水轮机的转轴与水流平行，适用于水流较高的地区。
总之，水轮机是一种利用水流动能转换为机械能的装置。
其工作原理是通过水流对转轮叶片的冲击力和转动力矩的作用，实现对转轮的旋转，并将动能转换为机械能的过程。
水流量和水头的大小决定了水轮机的输出功率和效率，而水轮机的设计参数和类型则决定了其适用范围和性能。
第三章水轮机工作原理(new)
第三章 水轮机工作原理本章教学要求：1． 了解水流在反击式水轮机中的运动规律；2． 熟练掌握水轮机的速度三角形及其作用；3． 熟练掌握水轮机的基本方程极其意义；4． 掌握水轮机效率的定义；5． 掌握水轮机在最优工况、非最优工况下的运行特点。
第一节 水流在反击式水轮机转轮中的运动一、蜗壳中的水流运动反击式水轮机蜗壳的主要作用是以最小的水力损失把水流引向转轮前的导水机构，并使水流能均匀而轴对称地进入导水机构，同时，让水流具有一定的速度环量，以提高作用于工作轮上的有效水能及转轮的运行稳定性。
蜗壳的水力设计就是以完成蜗壳的上述任务为前提。
而蜗壳中的水流运动规律又取决于蜗壳的内壁轮廊线，故蜗壳内壁轮廓线的形状控制了蜗壳内的水流运动规律。
关于蜗壳中的水流运动规律，一般认为有两种形式。
根据设计者的意图，设计出来的蜗壳形状也稍有不同。
这两种规律是：1．蜗壳断面的平均速度周向分量均u V 为常数的规律常数均==0V V u （3-1） 式中0V 为蜗壳进口断面的水流速度。
2． 蜗壳中水流按等速度矩规律运动。
即位于蜗壳内任一点水流速度的切向分量u V 与该点距水轮机轴线的半径r 的乘积不变。
C r V u ==⋅常数 （3-2）式中 u V ——某一点水流速度的圆周分量，见图3-1所示；r ——研究点距水轮机轴线的半径。
图3-1 蜗壳中的水流运动实践证明，水轮机按“等速度矩规律”设计的蜗壳性能较好。
“等速度矩”规律对蜗壳中的水流运动作如下假设：1．忽略水流粘性及与管壁的磨擦损失。
2．蜗壳内壁是光滑的，认为蜗壳中的水流运动是无旋流动。
3．蜗壳中的水流运动是以水轮机轴为对称的运动。
即蜗壳内水流速度V ，压力P 等运动要素有：0,0=∂∂=∂∂θθP V 。
因此，蜗壳内的水流运动为理想液体作轴对称流动。
由式3-2可知，蜗壳中距水轮机轴线半径相同的各点，其水流切向速度u V 相等；蜗壳中距水轮机轴线半径不同的点，其切向速度u V 与半径r 成反比。
水轮发电机的工作原理
水轮发电机的工作原理水轮发电机是利用水能转化为机械能，再经过发电机器将机械能转化为电能的一种发电装置。
其工作原理主要包括水轮机的工作原理和发电机的工作原理。
水轮机的工作原理是利用水流的动能驱动水轮机转动。
水轮机由基础、轴承、导水管、转轮等组成。
当水流通过导水管进入转轮内部，由于导水管的合理设计，水流的动能会转化为转轮上的压力能和动能。
转轮上的叶片可以将水流的动能转化为转轮的转动能量。
通过转子轴将转动能量传递至发电机上，进而将其转化为电能。
发电机的工作原理是利用转动的机械能转化为电能。
发电机是由固定的磁极和旋转的励磁线圈（转子）组成。
当转子转动时，励磁线圈会不断切割磁场，产生电磁感应效应。
根据法拉第电磁感应定律，励磁线圈内就会产生感应电动势，并通过导线输出。
同时，为了增强发电效果，发电机通常采用了电磁励磁。
电磁励磁使用励磁线圈产生一个恒定的磁场，从而保持发电机输出的电压稳定。
通过控制转动速度和磁场强度，可以调节发电机输出的电压和电流。
在水轮发电机中，水轮机和发电机相互配合工作，即水流驱动水轮机转动，水轮机将机械能传递给发电机，发电机利用机械能转化为电能。
水轮机通过合理的叶轮设计和水流控制，可以最大程度地转化水流的动能为机械能，提高水轮机的效率。
而发电机通过合理的电磁感应原理和电磁励磁控制，可以将机械能高效地转化为电能。
在实际应用中，水轮发电机广泛用于水能资源丰富的地区，如山区、湖泊等地。
通过调整导水管的角度和水量，可以控制水轮机的转速，从而调节发电机输出的电能量。
水轮发电机具有的优点是水能源免费、稳定可靠、环保等，同时还可以储存电能和供电调峰，具有较高的经济和社会效益。
然而，水轮发电机也存在一些局限性。
首先，水轮发电机需要有丰富的水源才能保证长期稳定的发电。
其次，水轮发电机的建设和维护成本较高，需要投入较大的资金和人力物力。
此外，水轮发电机的效率也受到一定的限制，受到水流速度、水位等因素的影响。
总之，水轮发电机借助水轮机和发电机的相互配合，将水流的动能转化为电能，是一种利用水能发电的重要装置。
水轮机工作原理
水轮机工作原理
水轮机工作原理是通过水的力量来驱动转轮转动，从而产生动力。
水轮机主要由转轮、导水管和发电机组成。
水轮机利用水的重力势能和动能转化为机械能。
当水从导水管流入转轮处时，由于水的自身重力和流速的作用，会给转轮带来冲击力。
转轮通常是由多个叶片组成的，当水流冲击到叶片上时，会使转轮发生旋转。
转轮旋转的动力进一步转化为机械能，通过轴传递给发电机。
发电机利用机械能转化为电能，通过输出电压和电流，实现电能的传输和应用。
水轮机的工作原理可以分为两种类型：反动式和顶轮式。
反动式水轮机是将流出的水引流回转轮的另一侧，以反向推动转轮，从而增加转轮的动力。
顶轮式水轮机是将流出的水直接引导到转轮上，由水的冲击力驱动转轮旋转。
总的来说，水轮机的工作原理是利用水的力量产生机械能，然后通过发电机将机械能转化为电能。
这种利用水能的方式广泛应用于水电站和其他需要大量电能的场合。
水轮机工作原理
水轮机工作原理水轮机是一种利用水能转换为机械能的装置，其工作原理主要是利用水流的动能来驱动水轮机转动，从而产生机械能。
水轮机广泛应用于水电站、水泵站、水利灌溉等领域，是一种重要的水利工程设备。
水轮机的工作原理可以分为以下几个方面来进行解析：1. 水流的动能转换。
水轮机的工作原理首先是利用水流的动能转换为机械能。
当水流经过水轮机叶片时，水流的动能会使叶片产生转动，从而驱动水轮机转动。
这种动能转换的过程是通过水流的作用力来实现的，水流的速度和流量会直接影响到水轮机的转动效果。
2. 叶轮的设计。
水轮机的叶轮设计是影响其工作效率的重要因素。
叶轮的设计需要考虑到水流的速度、流量和压力等因素，以及叶轮的形状和材质等因素。
通过合理的叶轮设计，可以使水流的动能得到最大程度的转换，从而提高水轮机的工作效率。
3. 水轮机的转动。
水轮机的转动是通过叶轮受到水流的作用力而产生的。
当水流经过叶轮时，叶轮会受到水流的冲击力，从而产生转动。
这种转动会驱动水轮机的转子转动，从而产生机械能。
水轮机的转动速度和转动力矩会直接影响到其输出功率和工作效率。
4. 机械能的输出。
水轮机通过转动产生的机械能可以用于驱动发电机、水泵等设备，从而实现能量转换和利用。
通过合理设计水轮机的叶轮和转子等部件，可以使机械能的输出达到最大化，从而提高水轮机的工作效率。
总的来说，水轮机的工作原理是利用水流的动能转换为机械能的过程。
通过合理设计水轮机的叶轮和转子等部件，可以使水轮机达到最大的工作效率和输出功率。
水轮机在水利工程中具有重要的应用价值，是一种高效的水能利用装置。
第三章 水轮机的工作原理
HL220－L J－140 － － XL220－LH－520 － － ZZ560－LH－250 － － GD103－WP－275 － － XJ02— 60/1× XJ02—W—60/1×14 CJ22— 125/1× CJ22—W—125/1×12.5
第三章
第一节 第二节
水轮机的工作原理
水轮机的基本方程 水轮机的能量损失和效率
弯曲型尾水管
①尾水管进口直径D3 ②圆锥角θ ③尾水管管长L ④尾水管出口直径D5 ⑤尾水室的尺寸
1、圆锥段 弯管段（肘管） 2、弯管段（肘管） 3、水平扩散段
6、水轮机引水室有哪几种类型？
为适应不同条件，水轮机的引水室有开敞式与封闭式两大类。 （1）开敞式（明槽式） （2）封闭式 ①压力槽式和罐式 ②蜗壳式
作用:将射流动能转变为旋转机械能 作用:将射流动能转变为旋转机械能。 动能转变为旋转机械能。
折 流 板
当机组突然丢弃全部负荷时，折流板先转动， 当机组突然丢弃全部负荷时，折流板先转动，在 1~2s内使射流部分全部偏向，不冲击转轮，此时针阀 内使射流部分全部偏向， 内使射流部分全部偏向 不冲击转轮， 可在5~10s或更长时间内缓慢关闭，减小水锤压力。 或更长时间内缓慢关闭， 可在 或更长时间内缓慢关闭 减小水锤压力。
第三章水轮机工作原理
4、局部气蚀：在过流部件凹凸不平因脱流 而产生的气蚀。
由于铸造和加工缺陷形成表面不平整、砂眼、气孔 转轮室连接的不光滑台阶处或局部凹坑处的后方， 还可能发生在叶片固定螺钉及密封螺钉处
混流式：以翼型空化和空蚀为主， 转桨式：以间隙空化和空蚀为主， 冲击式：在喷嘴和喷针处，在水斗分水刃处由于
空化压力
空蚀：空化对过流表面的作用
空化压力：在给定温度下，液体开始汽化的 临界压力为该温度下的汽化压力(Pb)。
水的温度t (℃)
汽化压力pv/ (mH2O)
0
5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0.06
0.09
0.12
0.24
0.43
0.7 5
1.26
2.03
3.17
二 水流在转轮内的运动
复合运动=相对运动+牵连运动
v
w
u
vu
v vr vz vu vm vu
wr
w wr wz wu wm wu
图1-27 混流式转轮进、出口速度三角形
第二节 水轮机基本方程
能量平衡方程
2g
h (
pa
h)
5v52
2g
hw
p2
pa
H s hw
小于大气压力
E
(H1
Hs
)
(hw
2v22
2g
)
多了 Hs !!!!-----静力真空
E
水轮发电机的工作原理
水轮发电机的工作原理一、水轮发电机概述水轮发电机是一种利用水能转换为电能的设备，它主要由水轮机和发电机两部分组成。
水轮机是将水的动能转化为机械能，而发电机则将这种机械能转化为电能。
二、水轮发电机的结构1. 水轮机水轮机主要由进口管道、导叶、叶片、转子、出口管道等部分组成。
进口管道将水引入导叶，通过导叶的调节使得流入叶片的水流方向和速度都得到了优化，然后流入叶片中。
在叶片中，由于其形状和角度的设计，使得流经其上面的水流动起来，并且给予了它们方向性和速度。
这些运动的水通过转子，在运动过程中传递了一部分动能给转子，从而让它开始旋转。
2. 发电机发电机主要由定子和旋子两部分组成。
定子是安装在外壳内不动的部分，而旋子则是安装在转子上并随着其旋转而产生相对运动的部分。
当旋子绕定子旋转时，它会产生磁场变化，并在定子上感应出电势差，从而产生电流。
三、水轮发电机的工作原理1. 水能转换为机械能当水流经过水轮机的叶片时，由于叶片的形状和角度的设计，使得水流动起来，并且给予了它们方向性和速度。
这些运动的水通过转子，在运动过程中传递了一部分动能给转子，从而让它开始旋转。
2. 机械能转换为电能当旋子绕定子旋转时，它会产生磁场变化，并在定子上感应出电势差，从而产生电流。
这个过程是利用了法拉第电磁感应定律。
根据这个定律，一个导体在磁场中运动时会感应出电势差。
由于发电机中有大量的导体（即线圈），所以当旋子绕定子旋转时，就会在定子上感应出很多个方向不同、大小不同的电势差。
这些电势差通过连接在定子上的导线传输到外部负载中（如灯泡、电机等），从而实现了将机械能转换为电能。
四、水轮发电机的优点1. 环保节能水轮发电机是一种环保节能的设备，因为它利用的是水能，而水能是一种可再生能源，不会对环境造成污染。
2. 长寿命水轮发电机由于没有燃烧过程，所以它的部件不容易受到腐蚀和磨损。
这使得它的使用寿命相对较长。
3. 可靠性高由于水轮发电机的结构相对简单，所以其故障率比较低，并且维护起来也比较方便。
水轮机概论及工作原理
水轮机概论及工作原理水轮机是一种将水的能量转化为机械能的装置，广泛应用于水力发电和工业生产中。
水轮机的工作原理基于流体静力学原理和动力学原理，通过水流的压力和流速来驱动轮盘的转动。
水轮机的主要组成部分包括定子、转子和导水管道。
定子是需要安装在导水管道上的一种装置，用于引导水流并控制水流的压力和方向。
转子是水轮机的核心部分，由轮盘和转轴组成。
轮盘上面通常有多个叶片，可以根据水流的压力和流速来转动。
转轴将转动的动能传输给发电机或其他机械装置。
根据水轮机叶片的形状和布局方式，可以将水轮机分为多种类型，其中最常见的是水轮机和斜流水轮机。
水轮机：水轮机采用径流式布置，叶片通过水流的冲击和冲击力矩来转动轮盘。
流入水轮机的水流方向垂直于轮盘的转动轴线，水流经过叶片后冲击轮盘的另一侧。
水轮机适用于大流量、低水头的水力资源，如河流和瀑布。
斜流水轮机：斜流水轮机采用斜流式布置，水流的方向与轮盘的转动轴线呈45度角。
水流沿着叶片倾斜的方向经过水轮机，通过叶片的转动转变为轮盘的旋转动能。
斜流水轮机适用于中等流量、中等水头的水力资源，如河流和水库。
水轮机的工作过程可以概括为以下几个步骤：1.水流的引导：水轮机的定子通过导水管道将水流导向叶片区域。
定子具有特定的形状和角度，能够使水流以一定的速度和方向进入叶片。
2.水流的转向：水进入叶片区域后，受到叶片的作用发生方向的变化。
叶片的形状和布局可以改变水流的流向，并且通过冲击叶片产生冲击力矩来推动轮盘的转动。
3.转动轮盘：当水流对叶片施加冲击力矩时，叶片就会开始转动轮盘。
转动轮盘的速度取决于水流的流速和压力，以及叶片的形状和数量。
4.能量转移：转动轮盘的动能可以进一步转移到发电机或其他机械装置。
发电机将机械能转化为电能，用于供电；或者机械装置可以利用转动的动力进行生产。
总体上，水轮机利用水的能量来推动转子旋转，将水流的动能转化为机械能。
水轮机具有高效、可持续的特点，在水力资源丰富的地区广泛应用，为社会经济的发展提供了重要的能源支持。
第三章水轮机的工作原理
第三章 水轮机的能量损失及汽蚀引言一、水流在转轮中的运动水流在水轮机中运动转为复杂，是一种复杂的三维空间运动。
任一复杂运动都可看作是由若干简单运动复合而成的。
水流在转轮中运动可看作是由两种简单运动复合而成的。
一是水流从转轮进口沿叶片流道相对于转轮流道的运动—称此运动为相对运动，用相对速度矢量w 表示；二是水流质点随着转轮的转动而转动—称此运动为圆周运动（牵连运动），用圆周速度矢量u 表示。
实际上水流质点对于静止的转轮室而言，其运动是由上述两运动复合而成的绝对运动，此速度为绝对速度用v表示。
则： u w v +=由w 、u 和v 构成的三角形，称为速度三角形。
水流质点在转轮中任一位置处都有其相应的速度三角形，常用进、出口两个位置处的速度三角形，分别用下角标1，2表示，即△1，△2。
二、水轮机的基本方程式（欧拉方程）为了了解转轮内水流能量与转轮所获得能量的关系，由动量矩定理可推得水轮机基本方程式。
按动量矩定理可知结论为： g u v u v H u u )(2121-=η （3-1）因11cos 1αv v u =，22cos 2αv v u =则gu v u v H 222111cos cos ααη-= （3-2） 式（3-1）、（3-2）称为水轮机基本方程式或称欧拉方程式。
由基本方程式可知，其只与进、出口速度三角形有关，而与中间水流特征无关，故此基本方程式是一通用方程式，与水轮机类型无关，反击式、冲击式均适用。
第一节 水轮机的能量损失及效率水轮机将水流输入功率s N 转变为输出功率N ，因为水轮机在能量转变过程中有能量损失存在，所以N <s N 。
能量损失主要包括水力损失、容积损失、机械损失三部分，分别用水力效率、容积效率、机械效率表示。
一、水力损失(head loss)和水力效率天然水流经过蜗壳，导水机构，转轮及尾水管等过流部件时产生水力摩擦、撞击、涡流、脱壁等引起能量损失，这些损失称为水力损失，水力损失与水流流速，过流部件的形状、糙率有关。
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一、复杂的空间非恒定流水轮机内的水流运动是复杂的空间非恒定流1) 水头、流量在不断变化2) 叶片形状为空间扭曲面，水流在两叶片之间的流道内为复合运动，流速的大小、方向在不断地变化，而转轮本身也在运动。
二、恒定流状态水轮机在某一工作状况时，(H、Q、N、η不变)，水流在水轮机的蜗壳、导水叶及尾水管中的流动是恒定流。
水流在转轮内的流动相对于转轮旋转坐标而言，也是恒定流。
水流在转轮中的运动非常复杂，上述假定可以简化分析。
三、水流运动是空间三元流水流运动规律用速度三角形表达=+V——水流绝对流速（相对于地球）——水流随转轮旋转牵连流速W——水流沿叶片流动的相对流速用速度三角形分析水流运动的方法是研究转轮流速场的重要方法。
对于混流式水轮机，可以认为任一水流质点在转轮中的运动是沿着某一喇叭形的空间曲面(称之为流面)而作的螺旋形曲线运动。
流面即由某一流线绕主轴旋转而成的回旋曲面。
在整个转轮流道内有无数个这样的流面。
流面上每一个进口点的速度三角形是相同的；每一个出口点的速度三角形也是相同的。
根据恒定流假定可知，任一水流质点在转轮进口的运动状态及其流动到转轮出口的运动状态可由同一时刻该流面上任意进、出口点的速度三角形表示。
速度与分速度的空间矢量关系第二节 水轮机工作的基本方程式一、动量矩定理单位时间内水流对转轮的动量矩改变，应等于作用在该水流上的外力的力矩总和。
即：)(2211r V r V gQ M u u e-=γ其中M 为水流对转轮的力矩，方程右端为水流本身速度矩的变化。
该式表达了水轮机中水流能量转换为旋转机械能的平衡关系。
二、水轮机的基本方程在稳定工况下(n 、Q 、H 均不变)，转轮内的水流运动时相对的恒定流，因此转轮的出力为：ϖγϖ)(2211r V r V gQ M N u u ee -==)(2211u u eV U V U gQ -=γs e e H Q N ηγ=所以，水轮机的基本方程为：2211u u s V U V U g H -=η该方程式对反击式、冲击式水轮机均适用。
水轮机原理
水轮机原理
水轮机原理是指利用水流的动能来驱动转子旋转，进而实现能量转化的一种机械装置。
水轮机的基本结构包括水轮机转子、导水管和出水管等部分。
首先，水轮机通过导水管将水源引入，形成一定的水压和流速。
水压会随着引水管的高度、引水量等因素而变化，而流速则主要取决于出水管的直径和流量的多少。
当水进入水轮机转子内部时，由于转子的叶片设计成弯曲状，使水流在叶片上形成推力。
根据牛顿第三定律，叶片所受的反作用力会将转子推动旋转。
在转子旋转过程中，水流的动能会被转化为机械能。
当外界施加一定的机械阻力时，转子的旋转速度会减慢，同时机械能也会被转移到外部进行工作。
水轮机原理的关键是大量的水流能够提供足够的动能，而导水管和出水管的设计则起到调节和限制水流的作用。
通过合理的设计和调节，可以提高水轮机的效率，达到更好的能量转化效果。
总的来说，水轮机原理包括将水流的动能转化为机械能的过程，涉及水压、流速、叶片形状等因素。
通过合理设计和调节水轮机的相关参数，可以实现更高效的能量转化和利用。
水轮发电机的工作原理
水轮发电机的工作原理
水轮发电机是一种利用水流动能量来产生电能的装置，其工作原理如下：
1. 水流引导：水轮发电机通常安装在水流较大的河流、水坝或水闸附近。
通过修筑水渠、引流管道等设施将水流引导到水轮发电机旁。
2. 水轮转动：水轮发电机装有水轮，即有叶片的轮子。
当水流经过水轮时，水流对水轮上的叶片施加力量，推动水轮转动。
3. 转动传动：水轮的转动通过传动装置（如变速器、齿轮等）传递给发电机的转子，使其旋转。
4. 发电机运转：发电机的转子内导线通过磁场中的磁通变化产生电流。
发电机转子与定子之间的相对运动产生交变磁场，从而在定子线圈中引起感应电动势。
5. 电能输出：感应电动势通过线路传输到电力系统中，经过变压器升压后，最终供应给用户使用。
总之，水轮发电机的工作原理是通过水流推动水轮转动，进而传递运动给发电机转子，使其在磁场中运动并产生电流，最终将水流的动能转换为电能输出。
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作用： 根据机组负荷变化，调节水轮机流量，改 变出力，引导水流按切向进入转轮，形成速度矩。
转轮
作用： 水能转变为机械能
尾水管的作用： ①将通过水轮机的水流泄向下游； ②能利用转轮出口与下游水位之间的势能； ③回收利用转轮出口的大部分动能。
冲击式水轮机
主要组成部件：
(1) 喷嘴 (2) 折流板 (3) 转轮 (4) 机壳
（3）水流运动是空间三元流
水流运动规律用速度三角形表达
V UW
—V —水流绝对流速（相对于地球） — U —水流随转轮旋转牵连流速
— W —水流沿叶片流动的相对流速
用速度三角形分析水流运动的方法是研究转轮流速场的重要方法 。
U
U 水流运动的速度三角形:
V UW
W
—V —转轮室中水流的运动，绝对流速;
尾水管的形式：直锥型、弯管直锥形、弯曲型。
直锥型尺寸确定从以下几个参数考虑： 弯曲型尾水管
①尾水管进口直径D3 ②圆锥角θ
③尾水管管长L
1、圆锥段 2、弯管段（肘管） 3、水平扩散段
④尾水管出口直径D5 ⑤尾水室的尺寸
6、水轮机引水室有哪几种类型？
为适应不同条件，水轮机的引水室有开敞式与封闭式两大类。 （1）开敞式（明槽式） （2）封闭式 ①压力槽式和罐式 ②蜗壳式
Hu 1 V u 1 u 2 V u 2v 1co 1 u 1 s v2co2 u 2 s
g
g
该方程只与进、出口速度三角形有关，而与中间水流特征无关。
水流传给转轮的能量与水流在转轮进出口之间的动量矩的
变化相平衡。没有这种动量矩的改变，转轮就不可能获得水流
能量而做功。
该方程式为通用方程式，对反击式、冲击式水轮机均适用。
1.水力损失(head loss)及水力效率
水流经过蜗壳、导水机构、转轮及尾水管等过流部件时产生水力摩擦、 撞击、涡流、脱壁，尾水管出口引起能量损失。
水力效率：
s
Hh1 H
0% 0
水力损失与水流流速，过流部件的形状、粗糙率有关。
水力损失
2. 容积损失及容积效率（流量效率）
机壳
作用：把水斗排出的水引入尾水槽中排向下游
4、试说明混流式水轮机转轮及轴流式水轮机转轮的构造及各组成 部分的作用。
混流式水轮机的转轮由上冠、下环、叶片组成。
转轮叶片均布在上冠与下环之间，轮叶上端固定于转轮上冠， 下端固定于转轮下环。轮叶呈扭曲形，各轮叶间形成狭窄的流道。 一般轮叶的数目为12~20片。
3、各型水轮机各个部件、构造及各部件的作用是什么？
反击式水轮机
主要组成部件：
(1) 引水部件—蜗壳 (2) 导水部件—导水机构
（导叶及控制设备) (3) 工作部件—转轮（核心) (4) 泄水部件—尾水管
蜗壳
作用：使水流产生圆周运动，并引导水流 均匀地、轴对称地进入水轮机。
座环
作用：水轮机的骨架，承受机墩及传来的荷载， 并传到下部基础；支承活动导叶。
HL220－L J－140 XL220－LH－520 ZZ560－LH－250 GD103－WP－275 XJ02—W—60/1×14
CJ22—W—125/1×12.5
水轮机的工作原理
第一节 水轮机的基本方程 第二节 水轮机的能量损失和效率 第三节 水轮机的汽蚀、吸出高度与安装高程
3-1 水轮机的基本方程式
—U —水流（随假转定轮水流的进旋入转转轮而后产不动生）的转动，牵连流速; —W —水流沿叶片流道的流动，相对流速;
（假定转轮流道不动）
用速度角形三角形分析水流运动的方法是研究转轮流速场的
重要方法。
绝对速度V
相对速度 轴面速度Vm W
圆周速度Vu
牵连速度U
vu vcos vm vsin
方程的实质：由水流能量转换为旋转机械能的平衡方程。
1、水流在转轮中的运动
（1）复杂的空间非恒定流 （2）恒定流状态 （3）水流运动是空间三元流
（1）复杂的空间非恒定流
水轮机内的水流运动是复杂的空间非恒定流 1) 水头、流量在不断变化 2) 叶片形状为空间扭曲面，水流在两叶片之间 的流道内为复合运动，流速的大小、方向在不 断地变化，而转轮本身也在运动。
喷嘴:将水流压能变为动能，形成射流并
以一定方向冲击转轮，使转轮旋转，完成 能量转换。
针阀:调节进水流量，以调节水轮机出力。 转 轮 (核 心)
作用:将射流动能转变为旋转机械能。
折流板
当机组突然丢弃全部负荷时，折流板先转动，在 1~2s内使射流部分全部偏向，不冲击转轮，此时针阀 可在5~10s或更长时间内缓慢关闭，减小水锤压力。
水轮机在变工况下，水流在水轮机中的流动是 非恒定流。
（2）恒定流状态
水轮机在某一工作状况时，(H、Q、N、 η不变)，水流在水轮机的蜗壳、导水叶 及尾水管中的流动是恒定流。水流在转 轮内的流动相对于转轮旋转坐标而言， 也是恒定流。
水轮机在稳定工况 (H、Q、n不变)下，水流
在水轮机的蜗壳、导水机构及尾水管中的流动 是恒定流。水流在转轮内的流动相对于转轮旋 转坐标而言，是相对恒定流。
1、水轮机根据能量转换特征分为哪几类?反 击式水轮机及冲击根式据水水轮流机流又经是击式
水轮机
冲击式
混流式 轴流式
轴流定浆式 轴流转浆式
斜流式 贯流式
贯流定浆式 贯流转浆式
水斗式（切击式）
斜击式
双击式
全贯流式
贯流式
轴伸式
半贯流式 灯泡式
竖井式
2、试说明各型水轮机的特点及其应用范围。
水流在转轮叶片上流动时，由于叶片流道迫使水流 动量矩的改变，而水流的动量矩改变又反作用于转 轮的叶片上，驱动转轮旋转形成了转轮的机械能， 这就是水轮机的工作原理。
3.2 水轮机的效率(efficiency)
水轮机的能量损失导致N<Ns ，效率<1。能量损失主要包括水力损失、 容积损失、机械损失三部分，相应地效率由水力效率、容积效率、机械效 率组成。
上冠上端与水轮机主轴相连，下端装有泄水锥。
泄水锥:引导水流平顺地形成轴向流动，减小水力损 失和振动。
轴流式水轮机转轮由轮毂，轮叶，泄水锥组成。
轮毂
轮叶
泄水锥
轴流定浆式：叶轮片毂不能随工况的变化而转动。 轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转动。
轮叶
泄水锥
轴流定桨式转轮模型
轴流转桨式转轮模型
5、试阐述尾水管有哪些型式及尾水管的作用。直锥形与弯肘形尾 水管的轮廓尺寸如何确定？