高清图文+水轮机工作的基本方程式、效率及最优工况

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：
Ne

M

Qe
g
(Vu1r1
Vu2r2 )

Qe
g
(U1Vu1
U2Vu2
)
N e Qe Hs 所以，水轮机的基本方程为：
Hs g U1Vu1 U 2Vu2
该方程式对反击式、冲击式水轮机均适用。
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：
M

Q e
g
(V u 1 r1
V u 2 r2 )
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
来自百度文库
容积效率：
V

Q q Q

Qe Q
3.机械损失和机械效率
水轮机的输入功率：Ne
输出功率: N=Ne -ΔNm 机械效率： ηm=N/Ne
水轮机的总效率
η=ηHηVηm
提高效率的有效方法是减小水头损失、流量损失 、机械摩擦。η根据模型试验得到。
二、水轮机的最优工况
水轮机的最优工况是 指η最高的工况。
方程的实质：由水流能量转换为旋转机械 能的平衡方程。
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。
水轮机的效率及最优工况
一、水轮机的效率(efficiency)
水轮机的能量损失导致N < Ns ，效率<1 效率是由水力效率 、流量效率、机械效率组成
1. 水力损失(head loss)及水力效率
蜗壳、导叶、转轮、尾水管 —— 沿程损失
旋涡、 脱流、 撞击 —— 局部损失
水轮机的水力效率为
H

H
H H
100 %

He H
2. 流量损失及流量效率（容积效率）
水流通过转动部分与非转动部分间隙直流入 尾水管的流量为q，此部分流量不经过转轮 作功，称漏损。
一般情况下，对η起 主要作用的是水力损 失，流量损失和机械 损失相对较小，且基 本不变，在水力损失 中撞击和涡流损失最 大。
1、叶片进口设计
撞击损失主要发 生在转轮叶片进 口处。
当β1(W1，U)= βe1 时，则为无
撞击进口工况。
2、叶片出口设计
涡流损失主要
发生在转轮叶 片出口处 当V2⊥U2时， 即α2=90°， 水流平行主轴 ，Vu2=0，为法 向出口，无涡 流损失。
3、反击式水轮机最优工况
同时满足β1= βe1、α2=90°(V2⊥U2)时，进口无 撞击，出口无涡损，η最高，称为水轮机的最优 工况。一般α2 略小于90°时，效率较高，出力 N=(85~90)%Nr，运行稳定，汽蚀性能好。
4、ZZ、XL水轮机在不同工况下，可以进行双调 节(导叶开读a0、叶片角度φ)，一般可使水轮机在 较大范围内达到或接近进口无撞击、出口无涡流 ，具有较宽广的效率区。