(完整word版)水轮机概论
水轮机概论
4、水轮机的装置方式
• 水轮机轴装置方式——立轴、卧轴、斜轴 • 机组连接方式：直接——水轮机轴、发电机轴在同一 轴线 间接——水轮机轴、发电机轴不在同 一轴线，靠传动装置连接 • 立轴直接连接方式——大中型水轮机 • 卧轴直接连接方式——大中型水斗式水轮机
金属蜗壳—立轴装置
混凝土蜗壳—立轴装置
金属蜗壳—卧轴布置
明槽——卧轴布置
5、思考练习
P17 1、2、3、4题
•
• •
2、水轮机基本类型
• 反击式水轮机——利用水流的压力能和动能做 功：混流式、轴流式、斜流式、贯流式 • 冲击式水轮机——利用水流的动能做功：水斗 式（切击式）、斜击式、双击式
混流式水轮机
• 指水流沿径向进入转轮然后沿轴向自转轮流出的水轮 机。适用水头一般为20～700m，适用水头范围广，结 构简单，运行可靠，应用最为广泛。
• 流道呈直线状的卧轴水轮机,分为定桨式和转桨式两种。 其转轮与轴流式水轮机相似,但效率和过流量比轴流式 水轮机大,适用水头一般为3～20m，是开发低水头和潮 汐水力资源的新型水轮机。按发电机的布置方式分为 全贯流式和半贯流式两种半贯流式又分为竖井式、轴 伸式和灯泡式,其中以灯泡式水轮机应用最广泛。
斜流式水轮机
• 水流经转轮叶片时倾向于轴线某一方向的水轮机。其 叶片可转动，在结构和特性方面介于混流式和轴流式 水轮机之间，适用水头一般为40～120m，比轴流式水 轮机的适用水头高，比混流式水轮机的平均效率高， 对水头、负荷变化的适应性好。缺点是制造工艺复杂， 造价高，小型电站不宜采用。
贯流式水轮机
水斗式水轮机
• 由喷嘴喷射的轮缘 上所组成，适用水头一般为100～1700m。
3、水轮机型号
轮机概论--电子版教材讲解
轮机概论前言本书主要根据航海类专业教学指导委员会制定的海洋船舶驾驶专业《轮机概论》课程教学计划规定的内容编写的。
全书共分七章，分别简要讲述了轮机管理及热工基本知识；船舶柴油机动力装置；船舶推进装置；船舶辅助设备；船舶甲板机械；船舶通用系统；船舶电器设备概述。
目前驾驶员在船上的职责范围在不断扩大，其知识结构也要进行相应调整，使其适应新的船舶管理模式。
在轮机方面，要求驾驶员能熟练操作的机械设备除甲板机械外，还包括主柴油机；救生艇机；压载泵；应急消防泵；减摇和侧推装置；甲板空压机和油船专用系统等。
本书简要介绍了以上各种设备的结构和工作原理，同时还介绍了设备的管理和使用方面的知识。
力求理论结合实际，使本书成为驾驶员必备的工具书。
本书还可作为航海院校其他与船舶有关的陆上专业的选修教材和参考书。
本书第一章由吴桂涛博士编写；第二章由朱峰轮机长编写；第三章由迟华方轮机长编写；第四章由边克勤轮机长编写；第六章由张兴彪轮机长编写；第五章和第七章由吴晓光轮机长编写；本书由吴晓光和吴桂涛主编。
编者2007年5月第1章轮机管理基础1.1 轮机概述1.2 热工基础知识第2章船舶柴油机动力装置2.1 柴油机工作原理2.2 柴油机基本结构和实例2.3 柴油机的工作系统2.4 柴油机的操纵系统2.5 柴油机的运转特性2.6 柴油机的主要工作指标2.7 柴油机运行管理（主要的维修工作；正常操作管理）第3章船舶推进装置3.1 船舶推进装置的传动方式3.2 轴系的组成3.3 螺旋桨及螺旋桨特性3.4 可调螺距螺旋桨第4章船舶辅助设备4.1 船用泵4.2 液压泵和液压马达4.3 船舶海水淡化装置4.4 船舶制冷与空调装置4.5 活塞式空气压缩机4.6 船舶辅锅炉第5章船舶甲板机械5.1 船舶起货机5.2 液压舵机5.3 液压锚机和系缆机船舶减摇鳍5.4 船舶减摇鳍5.5船舶侧推装置第6章船舶通用系统6.1 舱底水系统6.2 压载系统6.3 日用水系统6.4 油船专用系统第7章船舶电气概述7.1 船舶电力系统7.2 轴带发电机7.3 船舶电气安全管理第1章 轮机管理基础1.1 轮机概述随着国际贸易的发展和造船技术的不断提高，以及机电设备和装卸机械的日渐改进，当前世界海上运输船正向大型化、专业化和自动化的方向发展，对船员的素质要求也越来越高。
轮机概论(第五章)
消防系统的作用和种类
船舶消防系统的作用是预防和制止火灾的发生 和蔓延，并可迅速灭火，将火灾的损失减至最低 限度。
船舶消防的基本原则是防火、探火和灭火
各消防系统的组成、要求及布置实例
消防水系统 （如图19） 气体消防系统 （如图20） 泡沫消防系统 干粉消防系统
船水消防系统布置图
向上
压载水系统的管理
熟悉设备位置，防止误操作。例如，船舶舱 底水控制阀箱与压载水控制阀箱位置很近，为防 止开错阀应涂以不同颜色以示区别。此外，压载 水舱较多，应列出操作程序使操作规范化。 对用燃油舱兼作压载水舱的船舶，压载管系 应装设盲板或其它隔断装置，含油压载水的排放 应符合有关防污法规的要求
消防系统的作用和种类
• 2）按工作原理可以分为：⑴容积式泵：主 要是通过运动部件的位移，使泵工作空间 容积发生变化来吸排液体，从而把机械能 传给液体，达到输送液体的目的。容积式 泵可根据吸排液体部件的运动特点分为往 复泵和回转泵。⑵叶片式泵：主要是通过 工作叶片带动液体高速转动，使液体的能 量增加，然后再将动能转换为压力能，从 而完成吸排作用的。属于这种类型泵的有 各种离心泵、轴流泵和旋涡泵等。
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船舶辅机第13章 船舶辅锅炉装置 [Marine Auxiliary Boiler]
二、锅炉的分类
1.按锅炉结构分类 烟管(火管)锅炉[Smoke-tube Boiler]
水管锅炉[Water-tube Boiler]
混合式锅炉[Composite Boiler]：部 分烟管，部分水管
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船舶辅机第13章 船舶辅锅炉装置 [Marine Auxiliary Boiler]
电力生产概论 09 水轮发电机组
水轮发电机（一）
❖ 水轮发电机备等构成。
❖ 发电机工作的基本原理：定子中嵌有线圈，转子周围装 有磁极。当转子在水轮机带动下旋转时，其磁极产生的 磁力线切割定子线圈就会感应生成电流。水轮发电机的 转速比汽轮发电机小许多,一般为125 r/min。
❖ 水轮发电机的类型：按照水轮发电机主轴布置的方式分 类，有立式水轮发电机和卧式水轮发电机。立式布置的 水轮发电机根据推力轴承的位置不同又分为悬吊式和伞 式两大类。
水轮发电机（二）
❖ 水轮发电机的部件和作用： （1）定子：由机座、铁芯、线圈等组成。 （2）转子是产生旋转磁场的部件，由磁极、磁轭、轮臂、轮毂、 主轴等构成。 （3）机架是安装发电机轴承的部件，分为承重机架和非承重机 架。 （4）推力轴承：借助推力轴承可以把机组转动部分悬吊起(立式 悬吊式)或托起(伞式)。 （5）冷却系统：大、中型水轮发电机采用密闭自循环空气冷却， 巨型机组运行时发热量大，需要提高冷却效果，常采用水内冷直 接冷却铁芯和线圈。
电力生产概论
水轮发电机组
一
水轮机
二
水轮发电机
三
水轮发电机组调节
水 轮 机（一）
❖ 水轮发电机组是把水能转变成电能的机械，由水轮机和 发电机组成。水流流过水轮机时，把能量转变成水轮机 转动的机械能，通过水轮机主轴传给与之联接的发电机 主轴带动了发电机转动而发出电能。
❖ 水轮机是把水流的能量转变成旋转机械能的机器。 ❖ 水轮机的类型：主要有两大类，一类是利用水流的动能
和势能工作，称为反击式水轮机，另一类是只利用水流 的动能工作，称为冲击式水轮机。根据水流在转轮中流 动的方向不同，反击式和冲击式水轮机又可以分成混流 式、轴流式和水斗式三种。
水 轮 机（二）
(完整word版)轮机概论知识点(良心出品必属精品)
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是船舶上最主要的机械能源。
辅动力装置是指为了保证在正常情况下和应急时的供电需要，在船上设有发电机组和配电盘等机电设备以构成船舶电站，作为船舶的供电能源。
2.柴油机的运动部件和固定部件有哪些？固定部件：汽缸盖.汽缸体.气缸套.机架.机座.主轴承等.运动部件：活塞组件.连杆.曲轴.3.名词解释：上止点.下止点.行程.增压.二冲程柴油机.四冲程柴油机.柴油机的工作原理.上止点：活塞在汽缸中运动运动的最上端位置，也就是活塞离曲轴中心线最远的位置.下止点：活塞在汽缸中运动的最下端位置，也就是活塞离曲轴中心线最近的位置.行程：活塞由上止点到下止点的直线距离.二冲程：活塞在两个行程内完成一个工作循环的柴油机，叫做二冲程柴油机.四冲程：柴油机工作循环的五个过程是通过进气.压缩.膨胀和排气四个行程来完成的.叫做四冲程柴油机.增压：在柴油机中，我们把用增进进气压力来提高功率的方法称为柴油机的增压.柴油机工作原理：柴油机的基本工作原理是采用压缩发火的方式使燃油在汽缸内燃烧，用高温高压的燃气作工质，在汽缸中膨胀推动活塞做往复运动，并通过活塞-连杆-曲柄机构将往复运动转变为曲轴的回转运动。
10水轮机
Hη=(u1v1cosα1−u2v2cosα2)/g 单位重量水流的出力正比于转轮进、出口速度矩的改 变
轮轮机的能量损失：
水力损失：摩擦、旋涡、脱流、撞击 流量损失（容积损失）：间隙漏水 机械损失：机械摩擦
3
§10-4 水轮机的汽蚀和安装高程
推导： 水流所受的力 dFdt=dmdv dm=γQdt/g dF=γQdv/g F=γQ(v2−v1)/g 水流对转轮的力矩 M=γQ(v1cosα1r1−v2cosα2r2)/g 转轮具有的出力 N=Mω=γQHη =γQ(u1v1cosα1−u2v2cosα2)/g
§10-2 水轮机的主要组成部分
2.1 反击式水轮机的主要构造
进水设备（进水室、蜗壳）、导水机构（导叶及 其转动机构）、转轮和出水设备（尾水管） 2.1.1 混流式水轮机的主要构造
转轮：上冠、叶片、下环、止漏环、泄水锥 导水机构：（活动）导叶及其转动机构（包括转臂、 连杆、控制环等）， 油压接力器 座环：上、下碟形环、立柱（固定导叶）
5.3 水轮机效率的修正
原型水轮机的效率总是大于模型水轮机的效率。 对于混流式水轮机，在最高效率工况（最优工 况）时ηmax=1−(1−ηMmax)(D1M/D1)1/2；偏离最优 工况时，η=ηM+∆η=ηM+ηmax−ηMmax。 考虑到原型与模型水轮机效率不同，原型水轮机 的n′1、Q′1应作修正，但修正值相对较小，初选 水轮机时可不考虑修正。
水轮机概述及水电站水系统总结
间隙配合、过盈配合、过渡配合
（2）过盈配合 具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合称 为过盈配合。此时，孔的公差带在轴的公差 带之下. 在过盈配合中，孔的最大极限尺寸减轴的最 小极限尺寸所得的差值为最小过盈Ymin， 是孔、轴配合的最松状态；孔的最小极限尺 寸减轴的最大极限尺寸所得的差值为最大过 盈Ymax ，是孔、轴配合的最紧状态。
水轮机概述及水电站 水系统
水轮机概述
1、水轮机的基本参数： 水头H、流量Q、功率P、效率η、 转速n 2、水轮机的类型：
反击式水轮机 冲击式水轮机
水轮机概述
3、水轮机型号：
水 轮 机 型 式
混 流 式
代 表 符 号
HL ZZ ZD
主 轴 布 置 型 式及 引 水 室 特 征 立 卧 金 属 蜗 轴 轴 壳
谢谢！！
间隙配合、过盈配合、过渡配合
三种配合类别的区别 （1）间隙配合 a．孔的实际尺寸永远大于或等于轴的实际尺 寸 b．孔的公差带在轴的公差带的上方 c．允许 孔轴配合后能产生相对运动 （2）过盈配合 a．孔的实际尺寸永远小于或等于轴的实际尺 寸 b．孔的公差带在轴的公差带的下方 c．允许孔轴配合后使零件位置固定或传递载 荷 （3）过渡配合 a．孔的实际尺寸可能大于或小于轴的实际尺 寸 b．孔的公差带与轴的公差带相互交叠
水轮机概述
水轮机型号示 例： ZZ560-LH-1130：表示转轮代码为560、 立轴、混凝土蜗壳的轴流转桨式水轮机， 转轮直径为1130cm
水电站水系统
自流供水 水泵单元供水 技术供水 混流供水 其他供水 水电站水系统 消防供水 排水
渗漏排水
检修排水
水电站水系统
技术供水：
水头：15-40m 自流供水：
水轮机的工作原理
3．卧轴混流式和贯流式水轮机
第七节 水斗式水轮机旳工作原理
一、水斗式水轮机工作旳基本方程式
自喷嘴喷射出来旳射流以很大旳绝对速度Vo 射向运动着旳转轮，如图2—18所示，Vo 可由下式
求得：
在选定喷嘴数目z。之后，则经过z。个喷嘴
旳流量Q 为：
当选用
kv ＝0．97，
则由已知旳 水轮机引用 流量，便可 得出射流旳
2．间隙汽蚀 当水流经过某些间隙和较小旳通道时，因局部 速度旳升高而形成了压力降低，当压力低于汽化压 力时所产生旳汽蚀称为间隙汽蚀。
3．空腔汽蚀 真空涡带周期性旳冲击使转轮下环和尾水管进 口处产生汽蚀破坏，这种汽蚀称为空腔气蚀。
4．局部汽蚀 因为水轮机旳过流表面在某些地方凹凸不平 因脱流而产生旳汽蚀。
当设有尾水管时，转轮出口处水流旳损失能量
3．尾水管旳作用 从 中减去 ，便可得出因为设置尾水管
后水轮机能够多利用旳能量 为：
综合以上所述，水轮机尾水管旳作用可归纳为：
1)汇集转轮出口旳水流，并引导水流排至下游；
2)当H‘>0时，以静力真空旳方式使水轮机完全 利用了这一高度所具有旳势能；
3)以动力真空旳方式使水轮机回收并利用了转轮 出口水流旳大部分动能。
为
，在正常工作时，其最高效率
=85％～90％，略低于混流式水轮机，但其效
率变化比较平稳，在低负荷和满负荷运营时其效
率反而比混流式水轮机为高，如图4—7所示
三、水斗式水轮机旳安装高程
对于立轴水斗式水轮机，如图2—17(c)所 示，其安装高程要求为喷嘴射流中心线旳高 程，则有：
对于卧轴水斗式水轮机，如图2—17(／)所 示，其安装高程要求为主轴中心线旳高程，则 有：
轮机概论
第一章轮机管理基础1、压力：物理定义具有客观属性，是指垂直作用于流体或固体界面单位面积上的力；温度：（temperature）是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈比容：单位质量的物质所占有的容积称为比容，用符号"V"表示。
其数值是密度的倒数。
热量：指的是由于温差的存在而导致的能量转化过程中所转移的能量。
而该转化过程称为热交换或热传递。
热量的公制为焦耳功：物理学中，机械功是指力对距离的累积。
机械功通常简称为功。
与机械能相似的是，功也是标量，国际单位制单位为焦耳。
功率：是指物体在单位时间内所做的功,或单位时间内转移或转换的能量。
即功率是描述做功快慢的物理量。
饱和温度：（saturationtemperature）是指液体和蒸气处于动态平衡状态即饱和状态时所具有的温度ts。
饱和状态时，液体和蒸气的温度相等。
饱和空气：空气中容纳水汽的数量随气温变化，气温越高，可以容纳的水汽就越多。
在一定的温度下，当空气不能再容纳更多的水汽时，就成了饱和空气露点：对于含有一定量水汽的空气，在气压不变的情况下降低温度，使饱和水汽压降至与当时实际的水汽压相等时的温度，称为露点。
2、举例说明传热过程影响热传量的因素：传热温差，传热面积，Q=K*F*△t (F传热面积，K传热系数，△t传热温差)3、用图示法表示绝对压力，表压力，和真空压力之间的关系：4、轮机的含义(Marine engineering)含义是为了满足船舶航行、各种作业、人员的生活、人员和财产安全等各种需要所设置的全部系统及其设备的总称。
轮机在工程上被称之为船舶动力装置(Marine power plant)5、轮机由几部分组成：1、主推进装置2、辅助装置3、确保船舶生命力的设备4、确保船舶工作能力设备5、保证船上人员正常生活的设备6、能够有效环保的处理船舶产生的各种垃圾的系统第二章船舶柴油机动力装置1、简述四冲程和二冲程柴油机的工作原理，各有什么特点？进气、压缩、燃烧、膨胀、排气这五个过程为柴油机的一个基本工作循环四冲程柴油机是指柴油机的一个基本工作循环是由四个冲程完成，其工作原理为：（1）第一冲程--进气冲程：活塞从上止点下行，进气阀打开，排气阀关闭，新鲜空气进入气缸。
水轮机概论及工作原理
2. 工程措施：合理选择安装高程，采取防 沙、排沙措施，防止有害泥沙进入水轮机。
3. 运行方面：避开低负荷、低水头运行， 合理调度，必要时向尾水管补气。
40
水轮机的吸出高度
汽蚀系数 吸出高度 水轮机安装高程
41
汽蚀系数
水能→机械能→电能
5
水轮机的工作参数
1.工作水头 ，又称净水头，等于毛水头减去引水系统水头损失。
差。
毛水头也叫装置水头，等于水电站上下游水位
2.流量
表示水流在单位时间内通过水轮机的 体积。
3.功率
输入功率为水流对水轮机每秒钟付出的机械能。
轮机的出力。
输出功率为水轮机轴输出的机械功率，也叫水
通常所说的水轮机功率，指水轮机输出功率。
按推力轴承位置分：立式发电机又分为悬式和 伞式两种。
推力轴承位于转子上方的发电机称为悬式发电机， 它适用于转速在100r/min以上。
推力轴承位于转子下方的发电机称为伞式发电机， 无上导的称为全伞式，有上导的称为半伞式，它适 用于转速在150r/min以下。
按冷却方式分：可分为空气冷却和水冷却两种 。
2
容积式：依靠运动元件改变 工作容积来实现能量转化 。
（2）按结构分
叶片式 ：依靠高速旋转叶片 与流体之间力的相互作用来 转换能量，又称透平机械 。
3
■水力原动机：以水流为原动力，并将水流能
（ 水轮机 ） 流
量转换为机械能的装置，水
水流能量
经过水力原动机时，
将减少。
■水力工作机：将机械能转换为液体的能量，
适用范围：适用H: 2～25m,小型河床电站。
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。
水轮机概述
第一节 水轮机概述一、 水轮机工作参数1、水轮机工作水头（1）水轮机槪念：水流付出的能量转换成旋转机械能的机器。
（2）水轮机工作水头：水轮机进口断面与出口断面水流单 位能量之差。
公式H=Hst -Δh 即：水轮机工作水头等于水电站净水头。
Hst ---水电站毛水头，等于上下游水位差Δh----水头损失，引水管的沿程水力与局部水力损失（3）设计水头：水轮机发额定出力是的最小水头。
发电机水轮机ⅠⅠγZ IⅡ∏ⅡⅡα1v 122g2、水轮机的功率和效率（1）水轮机的功率：单位时间内，水流对水轮机所做的功。
用N表示。
公式：N=9.81QHη其中：Q为水轮机流量η为水轮机效率，现在的水轮机效率可达90%以上，而模型效率可达95%。
（2）水轮机效率：水轮机把水轮机出力与水流出力之比，主要有三方面的效率损失：①容积效率：即一部分水量没有流经转轮做功，损失了。
如：主轴漏水，下迷宫环漏水等。
用ηq表示。
②水流效率：转轮在旋转过程中，克服水的阻力所损失的功率，用ηd表示。
③机械效率：克服主轴与轴承之间的摩擦阻力所消耗的功率，用ηm表示。
则：水轮机的效率为η=ηq×ηd×ηm3、流量单位时间内流过转轮的水量，以Q表示，单位m³／s。
两种说法：①水轮机发额定出力时的最大流量②在设计´水头下，水轮机发额定出力时的流量。
4、水轮机的转速（1）定义：单位时间内水轮机旋转次数，以n表示。
n10´Hav公式n=──────D1其中：n10´为最优单元转速Hav为加权平均水头，在某些情况下可取设计水头。
（2）水轮机额定转速按（1）式计算结果，取相近发电机同步转速为水´轮机额定转速，可大于计算结果。
同步转速按n=f×60／P计算。
其中f=50HZ，P为磁极对数。
（3）飞逸转速：水轮机发额定出力时，突然跳闸，而调速器又失灵，不能关／闭导水机构，以致转速快速上升，并达到某一最高值后稳定，这个空转的最高转速就是水轮机的飞逸转速。
(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。
第三章_水轮机的工作原理
（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 U W —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 U W
W
—V—转轮室中水流的运动，绝对流速;
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。
方程的实质：由水流能量转换为旋转机械能的平衡方程。
H u1Vu1 u2Vu2 v1 cos1u1 v2 cos 2u2
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
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
Hk Zk
Pa Pk rr
Hk
k vk2 5v52
2g
hk 5
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情景1 水轮机概论1.1 水轮机基本参数水轮机是把水流能量转换成旋转机械能的水力机械，是水电厂最主要的动力设备。
水轮机主轴带动发电机轴旋转，利用发电机将机械能转换成电能。
水轮机一般装在水电站的厂房内，如图1-1所示，当水流经引水道进入水轮机，由于水流和水轮机的相互作用，水流的能量便传给了水轮机，水轮机获得能量后开始旋转而做功。
因为水轮机轴和发电机轴相连，水轮机便把它获得的能量传给了发电机，并驱动带有磁场的发电机转子转动而形成旋转磁场，发电机定子绕组切割磁力线而感应出电动势，带上外负荷后便输出了电流。
当水流通过水轮机时，水能即转变成机械能，这一工作过程的特性可用水轮机基 本参数来表征。
其基本参数有：水头H 、流量Q 、功率P 、效率η和转速n 等。
1.1.1 水轮机水头H1．净水头H净水头是水轮机进口与出口测量断面的总水头差，即水轮机做功用的有效水头，用符号H 表示，单位为m 。
图1-2为反击式水电站水轮机装置示意图。
对于反击式水轮机，进口断面取在蜗壳进口处Ⅰ-Ⅰ断面，出口断面取在尾水管出口Ⅱ-Ⅱ断面，则净水头为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=I I g g p Z g g p Z H II II II II I I 2222υαρυαρ （1-1） 式中：Z I 、Z II 分别为断面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处相对于某基准的位置高度，m ；I p 、II p 分别为断面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处的流体压强，Pa ； I υ、II υ分别为Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处过流断面的平图1-1 拦河坝式水电站坝后式厂房1-水轮机；2-发电机；3-尾水管；4-桥机；5-引水道均流速，m/s ；I α、II α分别为Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处的过流断面速度分布不均匀系数；ρ为水的密度，kg/m 3；g 为重力加速度。
净水头H 又可表示为：1-∆-=A g h H H （1-2）式中：H g 为水电站水头（毛水头）；1-∆A h 为水电站引水建筑物中的水力损失。
毛水头是水电站上、下游水位的高程差，用符号g H 表示，单位为m 。
2．额定水头H r额定水头是水轮机在额定转速下，输出额定功率时的最小净水头，单位为m 。
3．设计水头H d 设计水头是水轮机在最高效率点运行时的净水头，单位为m 。
4．最大（最小）水头H max （H min ）最大（最小）水头是在运行范围内，水轮机水头的最大（最小）值，单位为m 。
5．加权平均水头H w加权平均水头是在电站运行范围内，考虑负荷和工作历时的水轮机水头的加权平均值，单位为m 。
图1-2 立轴反击式水轮机的工作水头对于冲击式水轮机，以图1-3卧轴水斗式水轮机为例，净水头H 则为喷嘴进口断面与射流中心线（两者距离为a ）跟转轮节圆相切处单位质量水流机械能之差，即II I I Z g g p a Z H -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++=I I 22υαρ （1-3） 1.1.2 水轮机流量Q水轮机流量是单位时间内通过水轮机进口测量断面的水的体积，用符号Q 表示，单位为m 3/s 。
即υF Q = （m 3/s ） （1-4）式中：F 为水轮机过水断面面积，m 2；υ为过水断面平均流速，m/s 。
1．额定流量Q r额定流量是水轮机在额定水头、额定转速下，输出额定功率时的流量，单位为m 3/s 。
2．水轮机空载流量Q o水轮机空载流量是水轮机在额定水头和额定转速下，输出功率为零时的流量，单位为m 3/s 。
1.1.3 水轮机功率P1． 水轮机输入功率P in水轮机输入功率是水轮机进口水流所具有的水力功率，单位为kW 或MW 。
QH gQH P in 81.9==ρ (kW) （1-5）2． 水轮机输出功率P out水轮机输出功率是水轮机主轴输出的机械功率，单位为kW 或MW 。
由于水流在通过水轮机时会产生一部分损耗，包括容积损失、水力损失和机械损失，因此水轮机的出力P in 要小于水轮机的输入功率P out ，两者关系为图1-3 卧轴水斗式水轮机水头ηηQH P P in out 81.9== (kW) （1-6）式中：η为水轮机效率，一个小于1的系数。
3． 额定输出功率P r额定输出功率是在额定水头和额定转速下水轮机能连续发出的功率，单位为kW 或 MW 。
1.1.4 水轮机效率η效率是水轮机输出功率与其输入功率的比值。
它表示水流能量的有效利用程度，即inout P P =η （1-7） 水轮机的效率与设计、制造工艺及运行工况有关。
对于某水轮机而言，在最优运行工况时水轮机效率最高，水轮机各效率中的最大值即最优效率。
目前水轮机效率最高可达93%~96%。
1.1.5 水轮机转速n水轮机转速是指水轮机转轮单位时间内旋转的圈数，用符号n 表示，单位为r/min 。
额定转速n r 是水轮发电机组按电站设计选定的稳态同步转速。
水轮机的旋转方向是从发电机轴端看到的转轮的旋转方向。
贯流式水轮机则从上游向下游方向看。
水泵水轮机的旋转方向取水轮机工况的旋转方向。
1.2 水轮机的类型及应用1.2.1 水轮机基本类型水轮机属于水力机械中的一种，即水力原动机。
不同的水头和流量，所适用的水轮机型式与种类也不一样。
现代水轮机按水能利用的特征分为两大类，即反击式水轮机和冲击式水轮机，见表1-1。
1. 反击式水轮机转轮利用水流的压力能和动能做功的水轮机是反击式水轮机。
在反击式水轮机流道中，水流是有压的，水流充满水轮机的整个流道，从转轮进口至出口，水流压力逐渐降低。
水流通过与叶片的相互作用使转轮转动，从而把水流能量传递给转轮。
为减少水流与叶片相互作用时的能量损失，反击式水轮机的叶片断面多是空气动力翼型形状。
反击式水轮机根据其适应的水头和流量的不同，又分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种型式。
2. 冲击式水轮机转轮只利用水流动能做功的水轮机是冲击式水轮机。
冲击式水轮机的明显特征是：水流在进入转轮区域之前，先经过喷嘴形成自由射流，将压能转变为动能，自由射流以动能形式冲动转轮旋转，故称为冲击式。
在冲击式水轮机流道中，水流沿流道流动过程中保持压力不变（等于大气压力），水流有与空气接触的自由表面，转轮只是部分进水，因此水流是不充满整个流道的。
为适应于利用水流动能做功的需要，冲击式转轮叶片一般呈斗叶状。
按射流冲击转轮叶片的方向不同可分为水斗式（切击式）、斜击式和双击式。
表1-1 水轮机型式及适用范围表1.2.2 各类型水轮机特点及应用范围1. 混流式水轮机（图1-4）混流式水轮机是指轴面水流径向流入、轴向流出转轮的反击式水轮机，又称法兰西斯式水轮机或辐向轴流式水轮。
最早发明这种水轮机的是1847年在美国工作的英国工程师法兰西斯。
混流式水轮机为固定叶片式水轮机，混流式转轮由上冠、叶片、下环连成一个整体。
因此，结构简单，具有较高的强度，运行可靠，效率高，应用水头范围广，一般用于中高水头水电站，大、中型混流式水轮机应用水头范围为30~450m。
可逆混流式水轮机（转轮为主动时可当水泵用）应用水头高达700m。
中、小型混流式水轮机的适用水头范围为25~300m。
2. 轴流式水轮机（图1-5）轴流式水轮机是指轴面水流轴向进、出转轮的反击式水轮机。
其转轮形似螺旋桨，水流在转轮区域是轴向流进轴向流出的。
根据叶片在运行中能否相对转轮体自动调节角度，又分为轴流转桨式、轴流调桨式和轴流定桨式。
（1）轴流转桨式水轮机。
轴流转桨式水轮机是指转轮叶片可与导叶协联调节的轴流式水轮机，又称卡普兰式水轮机。
其转轮叶片可以根据运行条件调整到不同角度，转轮叶片角度在不同水头下与导水叶开度都保持着相应的协联关系，实现了导水叶与转轮叶片双重调节，扩大了高效率区的范围，使水轮机有较好的运行稳定性。
但它需要一套转动叶片的操作机构，因此，结构较复杂，造价高。
轴流转桨式水轮机主要用于大中型水电站，应用水头范围在3~80m之间。
（2）轴流调桨式水轮机。
轴流调桨式水轮机是指仅转轮叶片可调节的轴流式水轮机，又称托马式水轮机。
（3）轴流定桨式水轮机。
轴流定桨式水轮机是指转轮叶片不可调的（或停机可调的）轴流式水轮机。
其转轮叶片相对转轮体是固定不动的，其出力仅仅依靠导水叶来调节，结构简单，造价低，但在偏离最优工况时效率会急剧下降。
因此，一般用于功率及水头变幅较小的小型水电站，应用水头通常为3~50m。
图1-4 混流式水轮机图1-5 轴流式水轮机3. 斜流式水轮机（图1-6）斜流式水轮机是指轴面水流以倾斜于主轴的方向进、出转轮的反击式水轮机。
其转轮在结构与性能方面介于轴流式与混流式之间。
斜流式转轮也可分为转桨式和定桨式，一般是转桨式。
与轴流转桨式类似，斜流转桨式水轮机的转轮叶片在运行中一般也可以改变角度，从而实现双重调节，但结构复杂，制造难度大。
斜流式水轮机有较宽的高效率区，常用于抽水蓄能式水电站，作为水泵水轮机使用。
这种水轮机的应用水头为40~120m。
4. 贯流式水轮机（图1-7）贯流式水轮机是指过流通道呈直线（或S形）布置的轴流式水轮机。
贯流式水轮机为卧轴布置，进水管、转轮室与尾水管为同一中心线，水流在整个水轮机流道中“直贯”而过，故称为贯流式。
这种水轮机水力损失小，过流能力大，适用于水头为2~20m的低水头水电站。
贯流式水轮机的转轮与轴流式水轮机相同，只是流道形式有区别。
贯流式转轮也可分为贯流转桨式、贯流调桨式和贯流定桨式。
此外，根据流道布置形式的不同，又分为全贯流式与半贯流式。
贯流式水轮机转轮可设计成双向流动方式在潮汐电站中使用。
图1-6 斜流式水轮机1-7 贯流式水轮机5. 水斗式水轮机（图1-8）水斗式水轮机是指转轮叶片呈斗形，且射流中心线与转轮节圆相切的冲击式水轮机，又称贝尔顿水轮机，或称切击式水轮机。
它靠从喷嘴出来的射流沿转轮切线方向冲击转轮而做功，因此称为切击式。
这种水轮机的叶片如勺状水斗，均匀排列在转轮的轮辐外周，故此又称为水斗式。
水斗式水轮机适用于高水头小流量的水电站。
小型水斗式水轮机的应用水头为40~250m，大型水斗式水轮机用于200~450m水头的电站，目前最高应用水头达1772 m。
图1-8 水斗式水轮机1-水斗；2、4-转轮；3-机壳；5-喷嘴；6-针阀；7-调速手轮；8-压力水管；9-尾水渠6. 斜击式水轮机（图1-9）斜击式水轮机是指转轮叶片呈碗形，且射流中心线与转轮转动平面呈斜射角度的冲击式水轮机。
它靠从喷嘴出来的射流以一定角度（一般约22.5º）斜向冲击转轮叶片做功。
它的结构简单，造价低，一般用于中小型水电站中，适用水头25~300m。
7. 双击式水轮机（图1-10）双击式水轮机是指转轮叶片呈圆柱形布置，水流穿过转轮两次作用到转轮叶片上的冲击式水轮机。
其特点是喷嘴出来的射流首先从转轮的外周进入部分叶片流道，并将约80％的水流能量传递给转轮，然后，这部分水流再从转轮内部二次进入另一部分叶片流道，将剩余的能量传递给转轮。