水轮机公式
水轮机的结构和原理(+笔记)
水轮机水轮机+ 发电机：水轮发电机组功能：发电水泵+ 电动机：水泵抽水机组功能：输水水泵+ 水轮机：抽水蓄能机组。
功能：抽水蓄能水轮发电机组：水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站动力设备之一。
第一节水轮机的工作参数水轮发电机组装置原理图定义：反映水轮机工作状况特性值的一些参数，称水轮机的基本参数。
由水能出力公式：N=9.81ηQH可知，基本参数：工作水头H(m)、流量Q(m3/s)、出力N(kw)、效率η，工作力矩M、机组转速n。
一、水头(head)：作用于水轮机的单位水体所具有的能量，或单位重量的水体所具有的势能，更简单的说就是上下游的水位差，也叫落差。
142米1. 毛水头(nominal productive head)H M=E U-E D=Z U - Z D2. 反击式水轮机的工作水头毛水头 - 水头损失=净水头H G =E A - E B =H M - h I -A3. 冲击式水轮机的水头H G =Z U - Z Z - h I-A其中Z U 和Z Z 分别为上游和水轮机喷嘴处的水位。
4. 特征水头(characteristic head)表示水轮机的运行范围和运行工况的几个典型水头。
最大工作水头： H max =Z 正-Z 下min -h I-A最小工作水头： H min =Z 死-Z 下max -h I-A设计水头(计算水头) H r ：水轮机发额定出力时的最小水头。
平均水头： H av =Z 上av -Z 下av二、流量(m 3/s)(flow quantity)：单位时间内通过水轮机的水量Q 。
单机12.2m 3/sQ 随H 、N 的变化：H 、N 一定时， Q 也一定；当H =H r 、N =N 额时，Q 为最大。
在H r 、n r 、N r 运行时，所需流量Q 最大，称为设计流量Q r三、出力 (output and)：水轮机主轴输出的机械效率。
水轮机的相似理论
第三章水轮机的相似理论及综合特性曲线§3.1 相似理论概述一、几个基本概念1、水轮机特性水轮机在不同工况下运行时，各运行参数(H，Q，n，N，η，б)及这些参数之间的关系，称水轮机的特性。
水轮机设计、制造、选型、最佳运行方案、限制条件。
由于水轮机水流条件复杂，研究水轮机特性靠理论与实验相结合。
2、模型试验试验研究：原型：尺寸大，试验困难，不经济。
模型：(D: 250～460mm，H：2～6m)快、方便，易测量数据，较准确。
3、相似理论研究相似水轮机之间存在的相似规律，并确立这些参数之间的换算关系的理论。
二、水轮机相似条件保证模型水轮机与原型水轮机相似，只有符合一定的相似条件(水流运动相似)。
1、几何相似：过流通道几何形状相似(1)、过流通道的对应角相等：βe1＝βe1M ；βe2＝βe2M ；Φ＝ΦM……(2)、对应尺寸成比例：D1/D1M＝b0/b0M＝a0/a0M＝…….(3)、对应部位的相对糙率相等：△/ D1＝△M/D1M几何相似: 大大小小的一套水轮机系列——轮系，同一轮系的水轮机才能建立运动相似和动力相似。
2、运动相似：同一轮系水轮机、工况相似(1)、过流通道的对应点的速度方向相同(2)、过流通道的对应点的速度大小对成比例即速度三角形相似。
3、 动力相似： (压力、惯性力、重力、摩擦力等)同一轮系水轮机，水流对应点所受的作用力是同名力、方向相同、大小成比例。
3.2 水轮机的相似定律、单位参数及比转速一、水轮机的相似定律相似定律：建立模型击原型水轮机各个参数(H 、n 、N 、η)之间的关系。
1． 流量相似律：几何相似、相似工况下流量之间的关系。
(a=a M )=SMM M rMM H DQ ηη21CH DQ Sr =ηη2111,,,D H D H M M 均为固定值，Q M 可以测得，若ηrM 、ηsM 、ηr 、ηs 已知，可求出Q 。
2. 转速相似律：即原型和模型水轮机转速之间的关系。
水轮机效率计算
水轮机效率计算全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：水轮机是一种利用水流能量来驱动转子运动的机械装置，是水力发电厂中的主要设备之一。
水轮机的效率指的是水轮机转化输入的水能为机械能的能力，是衡量水轮机性能的重要指标之一。
本文将介绍水轮机效率的计算方法，以便读者更好地了解水轮机的工作原理和性能。
一、水轮机效率的定义水轮机的效率通常用η表示，其定义为水流通过水轮机时被转化为机械功率的比例。
即，水轮机输出的机械功率与输入水能的比值，通常用公式表示为：η = P_out / P_inP_out为水轮机输出的机械功率，单位为瓦特（W）或千瓦（kW）；P_in为水轮机输入的水能，单位为瓦特（W）或千瓦（kW）。
水轮机的效率通常为0.7至0.92之间，受水轮机设计、制造质量、运行状况等多方面因素影响。
1. 理论效率计算方法水轮机的理论效率可根据水轮机的设计参数和水流参数进行计算。
理论效率η_t的计算公式为：η_t = 1 - (1/λ)λ为水轮机的比速度，定义为：v_1为水轮机叶片进口处的水流速度（m/s）；g为重力加速度（m/s²）；H为水轮机的有效落差高度（m）。
水轮机的实际效率通常通过实际测量来确定，可以根据以下公式计算：P_out为水轮机输出的机械功率，通常通过功率计等设备来测量；P_in为水轮机输入的水能，通常通过流量计等设备来测量。
在实际应用中，可以通过连续监测水轮机的输出功率和输入水能，计算出水轮机的实际效率，并进行调整和优化。
1. 设计和制造质量：水轮机的设计和制造质量直接影响其效率，良好的设计和制造工艺能够提高水轮机的效率和性能。
2. 运行状况：水轮机的运行状况对其效率也有很大影响，定期检查和维护水轮机可以提高其效率。
3. 水流参数：水轮机的效率和水流参数密切相关，包括水流速度、水流压力、水流量等参数。
4. 负荷变化：水轮机的负荷变化也会影响其效率，需要根据实际负荷情况进行调整。
通过合理设计、制造、运行和维护，可以提高水轮机的效率，减少能源浪费，实现更好的经济效益和环境效益。
第四章 水轮机调节
调速设备的组成：调速柜、接力器、油压装置
1.调速柜:
控制水轮机的主要 设备，能感受指令并加 以放大，操作执行机构， 使转速保持在额定范围 内。
调速柜还可进行水 轮机开机、停机操作， 并进行调速器参数的整 定。
2.接力器
调速器的执行机构，接力器控制水轮机调速环（控制 环）调节导叶开度，以改变进入水轮机的流量。
大型、电气液压、双调节调速器；主配阀直径 100mm， 额定油压40Mpa，A是第一次改型后产品 A、B、C为改型次数。
七、调速器油压装置
油压装置是供给调速器压力能源设备，是调速系统 设备之一。
组成：压力油箱（储存压力油)、集油箱（收集调速 器回油和漏油)、油泵（向压力油箱送油)。
油压装置型号由三部分组成，中间用横线隔 开，形式为：
HYZ—4
表示组合式油压装置，压力油箱容积为4m3，一个 油箱，额定油压为2.5MPa。
无第三部分表示压力油罐数为一个，额定油压小 于2.5MPa。
八、水轮机调速设备的选择
包括：调速柜、接力器、油压装置。
中小型调速器的选择 大型调速器的选择
中小型调速器的选择
中小型调速器是根据计算水轮机所需的调速功 查调速器系列型谱表来选择的。中小型反击式水轮 机调速功的经验公式：
电能
执行元件
放大元件
综合环节
稳定元件
敏感元件
六、调速器的类型与系列
(一) 类型
1、按调速器元件结构分： 机械液压(机调)、电气液压(电调)和微机电液（微调） 电气液压：用电气回路代替机调中的机械元件。调节性
能优良，灵敏度和精确度高，成本低，便于安装调整。 微机电液：采用计算机控制器，可靠性、调节功能和品
A (200 ~ 250)Q HmaxD1
水轮发电机转动惯量
水轮发电机转动惯量shullun fodlonl一zhuondong guonl旧ng 水轮发电机转动惯.(rotational inertia of hydrogenerator)水枪发电机转动惯盆是发电机转动部分的重tG与其惯性直径D平方的乘积，用GDZ表示，也称为转动部分的飞轮力矩。
转动惯量表明电力系统出现大干扰时，水轮发电机组转动部分保持原来运动状态的能力，所以对电力系统的暂态过程和动稳定有很大影响。
转动惯t对水轮机调节保证计算也有很大影响，转动惯t大，机组甩负荷后的转速上升率如保持一定值，则可允许较大的压力上升率，从而可以减小引水钢管直径或允许增加钢管长度，甚至不设调压井.但增大转动惯t将增加发电机重量和造价，也延长了机组的起动时间。
当水轮发电机基本尺寸确定后，转动惯量GDZ值可按下列经验公式计算GDZ=kD户·”1. 式中D为定子铁芯内径，m‘l:为定子铁芯长度，m;h 为经验系数，一般可按表选取。
经脸系傲裹┌────────┬────┬────┬────┐ │机纽转迫(r/成.) │<100 │100~375 │>375 │ ├────────┼────┼────┼────┤ │经玻系狱《k) │5 .2~5.5│5.1~5。
3│4.5~5.0 │ └────────┴────┴────┴────┘ 大容量低转速水轮发电机组的转动惯t最大已达450000 tf·mZ(4410 kN·mZ)水轮发电机转动惯量目录1 介绍2 结论1 介绍2 结论水轮发电机转动惯量水轮发电机转动惯量及惯性时间常数较小，故机组甩负荷时的转速上升率月值较大，一般大于45%，飞逸转速可达额定转速的2.5一3.5倍。
水轮发电机转动惯量- 介绍水轮发电机转动惯量与同容量立式水轮发电机相比，水轮机的转轮直径可缩小，因此灯泡式机组额定转速可提高1。
%以上.发电机内径可减少25%以上，整个机组的重量(包括水轮机)可减轻25%，是较经济合理的一种机型，多用于工作水头范围为3一25m的低水头水电站。
水电站课程设计计算书
水电站课程设计计算书水电站课程设计计算书一、设计任务本次课程设计的任务是设计一个水电站，要求该水电站能够充分利用水能资源，提高水力发电效率，同时满足经济性和环保性要求。
二、设计计算水轮机选择根据设计任务，我们需要选择适合的水轮机。
考虑到水头高度和流量等因素，我们选择了混流式水轮机。
水轮机的型号为HL200-LJ-250，额定功率为200MW，额定转速为250r/min。
水轮机效率计算水轮机的效率是衡量水力发电效率的重要指标。
根据所选水轮机的技术参数，我们可以计算出水轮机的效率。
具体计算公式如下：η = (输出功率 / 输入功率) × 100%其中，输出功率为水轮机产生的电能，输入功率为水轮机受到的水能。
根据所选水轮机的技术参数，输入功率为26393900 W，输出功率为20000000 W，因此水轮机的效率为：η = (20000000 / 26393900) × 100% = 75.78%3. 水头高度和流量计算水头高度和流量是影响水力发电效率的关键因素。
根据所选水轮机的技术参数，我们可以计算出水头高度和流量。
具体计算公式如下：水头高度 H = (输出功率 / 流量) × 9.81 m流量 Q = (输出功率 / 水头高度) × 1/效率根据计算结果，水头高度为31.5 m，流量为325 m³/s。
4. 水泵选择考虑到抽水蓄能电站的特点，我们需要选择适合的水泵。
根据水泵的技术参数，我们选择了离心式水泵，型号为150CDL-32-250，额定功率为150kW，额定转速为2950r/min。
水泵效率计算水泵的效率同样是衡量抽水蓄能电站效率的重要指标。
根据所选水泵的技术参数，我们可以计算出水泵的效率。
具体计算公式如下：η = (输出功率 / 输入功率) × 100%其中，输出功率为水泵产生的扬水量，输入功率为水泵受到的电能。
根据所选水泵的技术参数，输入功率为167440 W，输出功率为78669 W，因此水泵的效率为：η = (78669 / 167440) × 100% = 47.17%6. 蓄电池选择考虑到抽水蓄能电站的特点，我们需要选择适合的蓄电池。
水轮机分类和结构(水电站培训资料)
水轮机分类和结构一、水轮机分类1、按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。
反击式利用水流的压能和动能，冲击式利用水流动能。
反击式中又分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种。
冲击式中又分为水斗式、斜击式和双击式三种。
2、混流式：水流从四周沿径向进入转轮，近似轴向流出。
应用水头范围：30m~700m。
特点：结构简单、运行稳定且效率高。
3、轴流式：水流在导叶与转轮之间由径向运动转变为轴向流动。
应用水头：3~80m。
特点：适用于中低水头，大流量水电站。
分类：轴流定桨、轴流转桨4、冲击式：转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已经转变为高速射流，冲击转轮叶片作功。
水头范围：300~1700m。
适用于高水头，小流量机组。
5、水轮机主轴布置形式分类（1）水轮机按主轴的布置形式又可分为卧式和立式两种（也称横轴和立轴）。
立式布置得水轮发电机分为悬式和伞式两种。
（2）悬式发电机的推力轴承位于发电机转子上部的上机架上或上机架中。
伞式发电机的推力轴承位于转子下部的下机架中，或用支架支承在水轮机顶盖上。
伞式发电机又分普通伞式（其上、下导轴承分别位于上、下机架中），半伞式（只用上导轴承，它布置在上机架中，无下导轴承；我厂机组为此类型）和全伞式（只有下导轴承，它布置在下机架中，无上导轴承）。
二、水轮机主要基本参数1、工作水头H是指水轮机进、出口断面处单位重量水体的能量差，单位是米（m），典型工作水头有以下：（1）最大水头（Hmax）：水轮机运行范围内允许出现的最大净水头。
（2）最小水头（Hmin）：水轮机运行范围内允许出现的最小净水头。
（3）设计水头（H设）：水轮发电机组发出额定功率时的最小水头。
2、流量Q是指单位时间内，通过水轮机某一既定过流断面的水量，单位是立方米/秒。
3、出力N是指水流在单位时间内所做的功（功率），其大小与水轮机的水头，流量有关，单位为千瓦。
计算公式：N=9.81QHn4、效率是指水轮机总效率，是水轮机输入功率与输出功率之比，其值总是小于1，因为水轮机在工作过程中不可避免地要产生一些能量损失，主要包括：（1）水力损失：即水流经过蜗壳、导水机构、转轮、尾水管的水头损失。
水轮机的比转速
第三节 水轮机的比转速一、水轮机比转速的概念水轮机的单位参数111111,,PQ n 只能分别从不同的方面反映水轮机的性能。
为了找到一个能综合反映水轮机性能的单位参数，提出了比转速的概念。
由式（3-14）、式（3-16）消去1Q 可得4/51111/H NP n P n =。
对于同一系列水轮机，在相似工况下其1111Pn 和均为常数，因此，常数=1111P n ，这个常数就称为水轮机的比转速，常用s n 表示，即45H Pn n s = （3-26）式（3-26）中，n 以r/min 计；H 以m 计；P 以kw 计。
从上式可见，比转速s n 是一个与1D 无关的综合单位参数，它表示同一系列水轮机在=H 1m ，=P 1kw 时的转速。
如果将H D Q Q D H n n HQ P 2111111,81.9===和η代入式（3-26），可导出s n 的另外两个公式。
4313.3H Q n n s η= （3-27）η111113.3Q n n s = （3-28）另外，如果在式（3-26）中P 定义为马力，对应比转速s n (用马力计算)与上述s n (用千瓦计算)的换算关系为：s n (用马力计算)s p n H KW P n H h P n 67)(67)(4545===(用千瓦计算) （3-29） 将比转速表达式作适当变换，可写成以下公式：434565.381.967H Q n H HQ n n s ηη==（3-30）用单位参数表示为： η111165.3Q n n s = （3-31）由式（3-26）~式（3-28）可见，s n 综合反映了水轮机工作参数P Q H n 或,,之间的关系，也反映了单位参数111111,Q Pn 或之间的关系，因此，s n 是一个重要的综合参数，它代表同一系列水轮机在相似工况下运行的综合性能。
目前国内大多采用比转速s n 作为水轮机系列分类的依据。
但由于s n 随工况变化而变化，所以通常规定采用设计工况或最优工况下的比转速作为水轮机分类的特征参数。
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附录A
（资料性附录）
水轮机实时仿真系统采用的计算公式、计算方法
A.1计算公式
A.1.1水轮机单位流量表达式
（A.1）A.1.2水利局单位力矩表达式
(A.2) A.1.3水轮机单位转速计算表达式
（A.3）
A.1.4水轮机流量、力矩计算表达式
（A.4）
（A.5）A.1.5相对参数值计算公式
用角标“0”表征稳态性；“r”表征额定值；“”表征偏差值则有：
（A.6）
(A.7)
(A.8)
（A.9）
（A.10）
（A.11）
（A.12）
（A.13）
（A.14）
在线性化假设条件下导叶相对开度，由以上公式可由水轮机相对单位转速、流速、力矩计算公式：
（A.15）
（A.16）
（A.17）
A.1.6差分方程的计算公式（见图A.1）
（A.18）
式中：
Y——输出信号；
X——输入信号；
S——拉氏算子。
差分后有：
（A.19）
由时刻的输入信号值及时刻的输出信号值可计算出时刻的输出信号值。
图A.1参数的差分计算
A.2水轮机力矩、流量特征矩阵的计算公式
A.2.1水轮机的单位力矩特性及流量单位特性
输入至计算机的水轮机特性原始数据应具有制动工矿区的信息，由此特性（图A.2）可有参数表A.1，并按规定格式输入计算机。
图A.2 混流式水轮机单位力矩及流量特性示例
表A.1水轮机单位力矩及流量表
（A.20）显然各参数是导叶开度的函数，相雷地用n-1次多项式表征，当时，有：
(A.21)
由式（A.21）可以归纳出在表格中各结点上的参数和，这些参数构成了求解有关系数的已知条件，并可有矩阵关系式：
(A.22)
(A.23)
(A.24)
（A.25）
矩阵称作水轮机流量和力矩的特性矩阵，矩阵中各素和分布规律综合表达了不同类型水轮机的流量和力矩对导叶开度和转速变化的敏感程度。
水轮机流量、力矩特性矩阵的表达式为：
(A.26)
(A.27)
端四个矩阵及水轮机流量和力矩的特性矩阵应在仿真数据准备阶段根据有关数据表
A.1求得，对于轴转浆式水轮机对应每个定浆特性相类地求出水轮机流量和力矩的特性矩阵；在实时仿真的主程序段，只要已知某一时刻的和就可很快计算出该时间的单位流量和单位力矩：
(A.28)
(A.29)
A．3 水锤计算公式
A．3.1 钢性水锤
（A.30）
使用条件：＞6及＞2。
A.3.2近似弹簧型水锤
（A.31）
使用条件：3＜＜6，0.5＜＜2。
A.3.3弹性水锤（A：压力钢管末端，B：引水管进口处）
(A.32)
适用条件：＜3，＜0.5。