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水輪機工作原理(編輯修改稿)

2025-08-31 02:34 本頁面

　

【文章內容簡介】發的，這個夾角等于葉片出口部分骨線與圓周切線的夾角。實際上葉片是有限數目的，在葉片流道中水流因自身慣性，只有緊貼葉片的水流質點才符合上述假設，而其余部分的水流并不按照葉片扭曲方向改變運動方向。因而在轉輪出口處的相對速度方向與葉片方向不完全一致，即出流角與葉片出口安放角總是有些差別。作出轉輪出口速度三角形，就可以求出、。軸流式水輪機進，出口某點處的水流速度三角形，常采用下列假定：1．在轉輪區域內，水流速度的徑向分量很小，可忽略，因而水流質點系沿圓柱層流動，轉輪區域的與轉輪軸線平行，則有2．軸面速度均勻分布，位于不同半徑各圓柱面上的軸面流速均相等，則：（318）式中 ——轉輪標稱直徑（圖39a）；——轉輪輪轂直徑。3．轉輪進、出口水流的大小，因軸流式轉輪內水流上速特點，故位于同一流線上進，出口兩點水流圓周速度有（319）式中 ——位于同一流面上的轉輪進，出口計算點所在圓直徑（即該圓柱流面直徑）。4．的大小，的方向（），采用與混流式轉輪相同的分析方法確定。（葉片出口安放角）這樣，即可求出軸流式轉輪進、出口某一點的速度三角形。圖39是直徑為的圓柱面（流面）展開和按上述已知條件作出的轉輪進、出口速度三角形。例題1．已知混流式水輪機的下列數據：m,m,m3/s,r/min,導葉出口部分與圓周切線夾角。試求轉輪進口速度三角形的、和。解：m/sm/s因，故水輪機進水邊軸面投影與轉輪旋轉軸線平行并比較靠近導葉，可取由此 m/sm/s m/s （參看圖39）：m,m,m,m/s,r/min,。試求m的圓柱層上（其中）轉輪進、出口速度三角形中的、和、（不考慮葉片排擠，轉輪進口無撞擊）。解：m/sm/sm/sm/sm/sm/sm/sm/s第二節水輪機的基本方程與應用一、水輪機的基本方程水輪機的轉輪是將水流的能量轉化為轉軸上的旋轉機械能，那么是如何轉化的呢？學習了下面的水輪機基本方程以后，我們這個疑問就會得到很好的回答。水輪機基本方程式可用動量矩定理導出。當質量為以速度運動時，其動量是，若質量至軸的距離為半徑，而所在處的速度與半徑的圓周切線之夾角為，則質量對軸的動量矩等于或，如圖310，根據動量矩定理，單位時間內水流質量對定軸的動量矩變化等于作用在該質量上的全部外力對定軸的力矩和，即（320）式中——外力矩。現考慮水流通過轉輪時的動量矩變化。圖310 質量m的動量矩如圖311，在時刻，水流質量充滿轉輪流道微元，經過時間后，該部分質量運動至，此時部分水流從流道中流出，其質量為為進入轉輪流道微元的流量。在流道進口處，經時間后空出的部分為后繼水流充滿，根據連續性定理，其質量也是。在時間內將轉輪中的水流運動看成是穩定流動，則部分的動量矩沒變化，而流道元的動量矩變化就等于部分的動量矩減去部分的動量矩，即假定在整個轉輪進出口處與，分別為常數，則整個轉輪流道水流質量總的動量矩變化為：亦即：式中 ——水輪機有效過流量，即通過轉輪流道流量；——轉輪出口處水流速度圓周分量；——轉輪進口處水流速度圓周分量。上述的水流動量矩變化是dt時段內作用在水流上的外力對水輪機旋轉軸線的力矩引起的。下面三種外力并不產生這種力矩。1．重力：因重力的合力與軸線重合式相交；2．上冠、下環的內表面對水流壓力：因這些表面為旋轉面，故壓力與軸線重合；3．轉輪外的水流在轉輪進、出口處對所考慮水流的壓力，因這兩部分水流在轉輪進、出口處的接觸面可看作是旋轉面，故壓力與軸線相交。圖311 水流通過轉輪時的動量矩變化可見，水流通過轉輪時動量矩變化僅由轉輪葉片的作用力引起，即由此（321）而水流對轉輪葉片的作用力矩（322）為水流作用于轉輪上的力矩，故它與轉輪旋轉角速度的乘積，就是單位時間內水流傳給轉輪的能量。換句話說，也就是作用于轉輪上的水流所具有的有效功率，則：（323）式中， ——水輪機過流量；——水輪機容積損失；——水輪機工作水頭；——水輪機中的水力損失，即包括水流流經蝸殼，導水機構，轉輪及尾水管時所產生的水力損失總和；——水輪機有效過流量，即通過轉輪流道流量； ——水輪機有效工作水頭。式中，——水輪機的水力效率。式(323)亦可寫作: （324）由式(322)和(324)得：（325）由于，則可得到水輪機的基本方程式： (326)方程左邊，表示作用于水輪機工作轉輪單位重量水流所具有的有效水能，也就是單位重量水流所傳給轉輪的有效能量。方程右邊，則表示轉輪進、出口處水流速度矩的變化（即水

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