6-水轮机模型综合特性曲线
(一)水电站水轮机选型设计方法及案例
水电站水轮机选型设计总体思路和基本方法水轮机选型是水电站设计中的一项重要任务。
水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的动能经济指标及运行稳定性、可靠性都有重要的影响。
水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式、动能参数、水工建筑物的布置等，并考虑国内外已经生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选若干个方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳型式与参数。
一 已知参数1 电站规模：总装机容量：32.6MW 。
2 电站海拔：水轮机安装高程：▽=850m3 水轮机工作水头：max H =8.18m ，min H =8.3m ，r H =14.5m 。
二 机组台数的选择对于一个确定了总装机容量的水电站，机组台数的多少将直接影响到电厂的动能经济指标与运行的灵活性、可靠性，还将影响到电厂建设的投资等。
因此，确定机组台数时，必须考虑以下有关因素，经过充分的技术经济论证。
1机组台数对工程建设费用的影响。
2机组台数对电站运行效率的影响。
3机组台数对电厂运行维护的影响。
4机组台数对设备制造、运输及安装的影响。
5机组台数对电力系统的影响。
6机组台数对电厂主接线的影响。
综合以上几种因素，兼顾电站运行的可靠性和设备运输安装的因素，本电站选定机组为：4×8.15MW 。
三 水轮机型号选择 1 水轮机比转速s n 的选择水轮机的比转速s n 包括了水轮机的转速、出力与水头三个基本工作参数，它综合地反映了水轮机的特征，正确的选择水轮机的比转速，可以保证所选择的水轮机在实际运行中有良好的能量指标与空化性能。
各类水轮机的比转速不仅与水轮机的型式与结构有关，也与设计、制造的水平以及通流部件的材质等因素有关。
目前，世界各国根据各自的实际水平，划定了各类水轮机的比转速的界限与范围，并根据已生产的水轮机转轮的参数，用数理统计法得出了关于水轮机比转速的统计曲线或经验公式。
当已知水电站的水头时，可以用这些曲线或公式选择水轮机的比转速。
第4章 水轮机相似理论与特性曲线
二、单位参数
H=1m的标准水轮机参数 1、定义：指转轮直径D1=1m，水头H=1m的标准水轮机参数。 定义：指转轮直径D =1m，水头H=1m的标准水轮机参数。 称为单位转速，表示转轮直径D =1m，水头H=1m H=1m时水轮机具有的 1）n11—称为单位转速，表示转轮直径D1=1m，水头H=1m时水轮机具有的 7 转速；（ ；（P86 12） 转速；（P86 公式 4-12）
6
第四章 水轮机相似理论与特性曲线 §4.2 相似律与单位参数
水轮机相似律（参数之间关系） 一、 水轮机相似律（参数之间关系）
1、转速相似律：（P85 公式4-8） 转速相似律：（P85 公式4 ：（ 物理含义：表示原型与模型水轮机在相似工况下转速之间的相互关系， 物理含义：表示原型与模型水轮机在相似工况下转速之间的相互关系， 它适用于同一系列的水轮机在相似工况下， 转速与直径成反比 与直径成反比， 它适用于同一系列的水轮机在相似工况下，其转速与直径成反比，与水头平方 根成正比。 根成正比。 流量相似律：（P86公式 10） ：（P86公式4 2、流量相似律：（P86公式4-10） 物理含义：表示原型与模型水轮机在相似工况下流量之间的相互关系， 物理含义：表示原型与模型水轮机在相似工况下流量之间的相互关系， 它适用于同一系列的水轮机在相似工况下， 流量与直径平方成正比 与直径平方成正比， 它适用于同一系列的水轮机在相似工况下，其流量与直径平方成正比，与水头 平方根成正比。 平方根成正比。 出力相似律： P86公式 11） 公式4 3、出力相似律：（P86公式4-11） 物理含义：表示原型与模型水轮机在相似工况下出力之间的相互关系， 物理含义：表示原型与模型水轮机在相似工况下出力之间的相互关系， 它适用于同一系列的水轮机在相似工况下， 出力与直径平方成正比 与直径平方成正比， 它适用于同一系列的水轮机在相似工况下，其出力与直径平方成正比，与水头 平方根的三次方成正比。 平方根的三次方成正比。
水轮机专业基础知识问答(附参考答案)
水轮机专业基础知识问答（附参考答案）第一部分简答1什么叫水轮机?答:将水能转变为旋转机械能的水力原动机叫做水轮机。
2简述冲击式水轮机与反击式水轮机的区别。
答:工作原理方面:利用水流的势能与动能做功的水轮机为反击式水轮机;利用水流的动能做功的水轮机为冲击式水轮机；流动特征方面:反击式水轮机转轮流道有压,封闭,全周进水;冲击式水轮机转轮流道无压,开放,部分进水；结构特征方面也显著不同.如转轮的差别,有无喷嘴,尾水管。
3简述反击式水轮机的过流部件及其作用。
引水室:作用是引水流进入导水机构。
导水机构:作用是调节水轮机过流量,并使水流能按一定方向进入转轮。
转轮:将水流能量转换为固体旋转机械能量的部件。
尾水管:作用是将水流排下下游,并回收转轮出口的剩余动能。
4简述冲击式水轮机的主要部件喷嘴:水轮机自由射流的形成装置。
喷针:与喷嘴共同完成流量控制(以行程变化喷嘴控制喷嘴出口过流面积)。
转轮:由轮盘和轮盘外周均匀排列的水斗构成的组件,转换水流能量为固体旋转机械能。
折向器:自由射流流程内部件,可遮断射流,以防止转轮飞逸。
5简述我国关于水轮机标准直径的定义。
混流式:转轮叶片进水边上最大直径。
浆叶式(轴流式,斜流式,贯流式):浆叶转动轴线与转轮室相交处直径。
冲击式:射流中心线与转轮相切处节圆直径。
6简述水轮机主要工作参数工作水头H:水轮机的进口和出口处单位重量水流的能量差值。
流量Q:单位时间内通过水轮机的水流体积。
转速n:水轮机转轮单位时间内旋转的次数。
出力P:水轮机轴端输出的功率。
效率η:水轮机的输入与输出功率之比。
7简述水轮机中水流运动的分解水轮机流道内水流空间运动,可用若干个简单运动表示的方法就是其水流运动的分解。
例如转轮中水流运动,为水流质点绝对运动(或绝对速度),为水流质点沿叶片的相对运动(或相对速度),为水流质点随转轮所用的周向牵连运动(或牵连速度).其相应的矢量关系图即为速度三角形。
8简述水轮机工况的概念水轮机的运行状态或运行条件称为水轮机的工况.水轮机的不同工况相应一组不同的工作参数。
水轮机_河海大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
水轮机_河海大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.转桨式水轮机模型综合特性曲线中常绘出的等值线有答案:等叶片转角线_导叶等开度线_等效率线2.轴流转桨式水轮机与混流式水轮机比较，其特点是答案:高效率区宽_结构稍复杂3.混凝土蜗壳的断面形状一般均采用T形或Γ形。
答案:正确4.贯流式水轮机总体上可以分为全贯流式和半贯流式，半贯流式又可以分为轴伸式、竖井式和灯泡式。
答案:正确5.一定直径的水轮机，比转速越高流量就越大，导叶应该做得高一些，否则就要增加开度？答案:正确6.各种比转速水轮机在导水机构开度很小或很大时，其水力损失都较大？答案:正确7..轴流式水轮机适用于高水头，小流量工况答案:错误8.一元理论多用于设计低比转速的转轮，二元理论多用于设计中高比转速的转轮答案:正确9.水轮机尾水管的作用是（）。
答案:使转轮的水流排入河床，减少水头损失10.对尾水管内的水力损失的叙述，说法正确的是：（）。
答案:尾水管出口水流动能愈小，则尾水管的回能系数愈大11.升力法很大程度上依赖机翼的试验资料，是一种半经验半理论的方法答案:正确12.增加混流式水轮机转轮叶片数对空化性能的影响为答案:空化性能可能变好也可能变差13.为了保证水轮机运行效率导叶相对开度应保持在40%～90%答案:错误14.混流式水轮机转轮的设计理论包括答案:二元理论_三元理论_一元理论15.斜流式水轮机的应用水头介于轴流式与混流式水轮机之间。
答案:正确16.50~200m的水电站既可使用混流式水轮机，也可使用斜流式水轮机。
答案:正确17.轴流转桨式水轮机，由于桨叶和导叶随着工况的变化形成最优的协联关系，提高了水轮机的平均效率，扩大了运行范围，获得了稳定的运行特性。
答案:正确18.低比转速水轮机强度和刚度有充分保证，空化系数小，有良好空化性能和效率答案:正确19.轴流式水轮机叶片包角越大则叶片越长答案:正确20.动力相似是指两水轮机形成的液流中各相应点所受的力答案:方向一致_名称相同_数量相同21.低水头（低于20m）且水头变化范围较大的情况下，一般选择轴流转浆式机组。
水轮机试题3
1.蜗壳同一圆断面上应力最高点发生在离座环最远点处。
A) 对B) 错参考答案: B2.转速特性曲线中不为常数的参量为（）A) 导叶开度B) 叶片转角C) 水头D) 出力参考答案: D3.冲击式水轮机工作轮在与水流进行能量交换时，仅接受了水的动能。
A) 对B) 错参考答案: B4.水轮机模型综合特性曲线以（）作为坐标参数。
A) n11，Q11B) H，PC) n11,PD) H,Q11参考答案: A5.混流式水轮机的应用水头范围___mA) 20---700B) 3---80C) 40---200参考答案: A6.下列不是影响弯肘尾水管的性能的因素的是A) 尾水管深度B) 肘管形式C) 水平长度D) 肘管的材料参考答案: D7.轴流式水轮机转轮直径是指其转轮叶片进水边的最大直径:A) 对B) 错参考答案: A8.空蚀对金属表面的破坏包括:A) 化学作用B) 机械破坏作用C) 电化作用D) 都不是参考答案: ABC9.补气效果取决于:A) 补气量B) 补气位置C) 补气装置D) 补气方向参考答案: ABC10.水轮机HL200-LJ-250中的HL表示A) 轴流式B) 混流式C) 水斗式D) 斜流式参考答案: A11.使用高比转速的水轮机还是低比转速的水轮机能带来更多的经济效益? :A) 高比转速B) 低比转速参考答案: B12.动力相似是指两水轮机形成的液流中各相应点所受的力（）A) 大小相同B) 数量相同C) 名称相同D) 方向一致参考答案: BCD13.水轮机的线性特性曲线可用（）等不同形式表示。
A) 流量特性曲线B) 工作特性曲线C) 水头特性曲线D) 转速特性曲线参考答案: BCD14.速度三角形中相对速度和绝对速度的轴面速度不相等A) 对B) 错参考答案: B15.冲击式水轮机包括:A) 水斗式B) 斜击式C) 双击式D) 贯流式参考答案: ABC16.HL及LJ分别代表的意义是( )A) 混流,立轴B) 轴流,立轴C) 混流,卧式参考答案: A17.具有较高的比转速，高效率区范围较广，结构较复杂，造价较高，一般用于水头、出力均有较大变化幅度的大中型水电站（）A) 混流式B) 轴流转桨式C) 轴流定桨式D) 斜流式参考答案: B18.是反击式水轮机中应用最普遍的一种引水室A) 蜗壳式引水室B) 罐式引水室C) 开放式引水室参考答案: A19.混流失水轮机转轮直径是指( )A) 与叶片轴线相交处的转轮室内径B) 与射流中心线相切处的节圆直径C) 转轮叶片进水边的最大直径参考答案: C20.空蚀对金属材料表面的侵蚀破坏，起主要作用的是A) 电化作用B) 机械作用C) 化学作用参考答案: B共20题，您回答正确0题，正确率为0%1.使用高比转速的水轮机还是低比转速的水轮机能带来更多的经济效益? :A) 高比转速B) 低比转速参考答案: B2.下列不是影响弯肘尾水管的性能的因素的是A) 尾水管深度B) 肘管形式C) 水平长度D) 肘管的材料参考答案: D3.空蚀是空化的直接后果，空蚀只发生在固体边界上:A) 对B) 错参考答案: A4.水轮机模型综合特性曲线以（）作为坐标参数。
利用AutoCAD对水轮机模型特性曲线数字化的方法
利用AutoCAD 对水轮机模型特性曲线数字化的方法吴现（上海勘测设计研究院，上海200434）摘要：系统地介绍了如何将水轮机的模型综合特性曲线数字化，即将水轮机的模型综合特性曲线中的重要的有用的信息转换成数据，并以一定的格式储存在文件中，随时调用，提高设计效率。
关键词：水轮机；模型特性曲线；运转特性曲线；数字化中图分类号：TK730.2文献标识码：B文章编号：1672-5387（2012）06-0008-03收稿日期：2012-07-12作者简介：吴现（1964-），男，高级工程师，从事水利水电工程设计工作。
1水轮机模型综合特性曲线水轮机模型综合特性曲线体现了模型水轮机的综合性能，包括能量指标、空蚀指标、运行稳定性指标等，主要体现在下列几组等值曲线中：（1）等效率曲线；（2）等空蚀系数线；（3）等导叶开度线；（4）转桨式水轮机的等桨叶转角线(卡普兰或灯泡贯流式)（5）混流式机组5%出力限制线；（6）其他曲线，如压力脉动线和卡门涡线等由此可见，水轮机模型综合特性曲线是对水轮机水力性能参数的一个完整的反映。
水轮机模型综合特性曲线一般是以单位流量为横坐标，单位转速为纵坐标绘制的多组曲线。
2水轮机模型综合特性曲线数字化的目的不管是设计院还是制造厂，在进行水轮机选型时，为了比较准确地确定水轮机的运行范围，运行参数（如效率、出力等），通常需要绘制原型水轮机运转特性曲线。
为了得到该曲线就需要在模型综合特性曲线中读取几十甚至上百个离散的点，然后通过一系列的计算、绘图处理后才能完成，工作量非常大，一般绘制一个曲线需要几天甚至更长的时间，工作效率极低。
由于绘制该曲线大部分为机械的重复劳动，因此，如果能将这些点以一定的格式存入文件中，然后再通过编写各种计算机程序对这些数据进行处理，最终自动形成水轮机运转特性曲线，这就加快了工作效率，特别是在方案比选阶段，有着非常重要的作用。
3数据文件的储存格式为了便于编辑，采用ASCII 码储存比较好，但保密性不好，容易误操作而损坏。
第四章特性曲线及选型讲解
怎样保证模型与原型相似？怎样相互换算参数？
二、水轮机相似条件
1、几何相似： (1) 对应角相等：
βb1＝βb1M ；βb2＝βb2M ；Φ＝ΦM……
(2) 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
4. 绘制水轮机运转综合特性曲线 (第六节) 5. 确定蜗壳、尾水管的形式及其尺寸，估算水轮机
的重量和价格。 (第七节、第八节)
6. 调速器及油压装置选择 （第五章） 7. 根据选定的水轮机型式和参数，结合水轮机在
结构上、材料、运行等方面的要求，拟定并向 厂家提出制造任务书，最终双方共同商定机组 的技术条件，作为进一步设计的依据。
不受奇偶台数限制总之一般应采用较大的n较少的台数但一般至少应选2台中型电站一般46台大型电站一般68台葛洲坝共21台装机2715mw三峡26700共装机18200mw坝后厂房6台右岸地下厂房水轮机的标准系列1水轮机的系列型谱我国1974年编制了反击式水轮机暂行系列型谱大中型轴流式水轮机转轮参数适用水转轮型号转轮叶片z1轮毂对高度最优单位转速推荐使位最大流量模型空化系03304381422000071022zz56004004013020000590771526zz46005003821161750062036zz440050037511516500380653035zz36005503501071300023040适用水头转轮型号导叶相对高度最优单位转推荐使用的单位最大流模型空化系数30hl3100391883140003602545hl2400365720124002003565hl2300135710111001705085hl22002507001150013390125hl2000200680960010090125hl18002006708600085110150hl16002246706700065140200hl11001186153800055180250hl12001206253800060230320hl10001006152800045大中型混流式水轮机转轮参数2水轮机转轮标称直径系列cm253035404250607180841001201401601802002252502753003303804104505005506006507007508008509009501000说明
(精品)水轮机特性及选型
n1
nD1 H
n n H D1
N1
N D12 H 3/ 2
N N1D12 H 3/ 2
❖ 单位参数是同轮系水轮机的“代表”参数，Q1'，n1' 表示水轮机的运行工况
❖ 同型号的水轮机在相似工况下的单位参数为常数，不 同工况下单位参数分别为一常数(工况不同，单 位参数不同)
❖ 在最优工况下的单位参数——最优单位参数， (Q‘10, n’10, N‘10)，代表该轮系水轮机的工作性能。
容积效率：缝隙 机械效率；部件之间的摩擦 水力效率：粗糙度，水流粘滞力，流场
（沿程损失，局部损失）
第三节 水轮机的效率换算与单位参数修正
二、水轮机效率换算经验公式
1、最优工况下的效率修正
1963年国际电工委员会推荐的公式：
混流：max 1 (1 M max)5
D1M D1
4-33
轴流：max
和出力各为多少？（假定原型与模型效率相 等）
相似率解决的问题： 同轮系水轮机的模型、原型参数换算
未解决的问题： 1. 不同轮系水轮机的性能比较 2. 同轮系水轮机不同工况性能比较？不同尺寸水轮
机性能比较？
需要有一个统一标准
二、单位参数
将模型试验成果按相似率转化为D1M=1m， HM=1m标准情况下的参数—单位参数，
D21M
hH hM H
M
2
P
或
NM
D12M (H MsM )3/2 jM
N
D12 (Hs )3/2 j
C
❖ 效率问题： 效率未知 三个效率怎样分开？
假定：相等 实际: 原型效率大于模型效率，需修正)