《水轮机相似理论》PPT课件

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1、第四章水轮机的相似理论第一节相似条件第二节水轮机的相似定律及单位参数第三节原、模型水轮机参数的换算第四节水轮机的比转速第五节比转速与水轮机性能的关系第一节水轮机的相似条件1.几何相似二、相似条件同系列水轮机相似理论模型试验一、相似理论的一般概念二、相似条件2.运动相似3.动力相似第二节水轮机相似定律及单位参数相似工况:两台同一系列水轮机保持运动相似的工况时，彼此即为相似工况。相似定律流量相似律功率相似律转速相似律一、转速相似律转速相似律—原、模型水轮机的转速与各自的有效水头及直径之间的关系。代入基本方程式，并整理得一、转速相似律续转速相似律转速与直径成反比，与水头的平方根成正比。二、流量相

2、似律流量相似律—原、模型水轮机的流量与各自的有效水头及直径之间的关系。流量相似律流量与直径成正比，与水头的平方根成正比。三、功率相似律功率与转轮直径平方成正比，与有效水头的3/2次方成正比。由此得到：功率相似律四、水轮机的单位参数1.单位转速：直径为D1=1m，H1=1m时，水轮机所具有的转速称为水轮机的单位转速，单位为r/min.习惯用n11表示。同型号水轮机不同工况下单位转速不同，在相似工况下单位转速相同；最优工况对应的单位转速称为最优单位转速，用n110表示；单位转速高可减小机组尺寸。2.单位流量直径为D1=1m，H1=1m时，水轮机的过流量称为水轮机的单位流量，单位为m3/s.习惯

3、用Q11表示。同型号水轮机不同工况下单位流量不同，在相似工况下单位流量相同；最优工况对应的单位流量称为最优单位流量，用Q110表示；在出力相同情况下单位流量大可减小机组尺寸，在机组尺寸相同情况下可增大出力。3.单位出力直径为D1=1m，H1=1m时，水轮机的出力称为水轮机的单位出力，单位为kw.习惯用N11表示。第三节原、模型单位参数的换算模型与原型不可能保持完全的力学相似，雷诺数并不相等。因此由粘性力引起的水力摩擦相对损失在原、模型中就不相等。采用下列假定推导水轮机效率换算公式：（2）水轮机中的粘性摩擦损失类似于圆管中的沿程摩擦损失。（3）水轮机中的流态处于“水力光滑区”，水头损失系数仅

4、与雷诺数有关，而与管壁粗糙度无关。一、水轮机的效率换算1.最优工况下的效率修正（1）水力损失仅有粘性摩擦损失（此情况较符合最优工况）。1.最优工况下的效率修正混流式：轴流式：当水头较高时，忽略水头的影响粘性损失占总损失的比重2．非最优工况下的效率修正转桨式水轮机，桨叶转角不同，相应的最高效率值也不同。修正时应取不同转角下的最高效率对该转角下的非最优工况的效率加以修正。故原型效率值为等差修正法（3）令此差值为非最优工况时原、模型的效率差计算结果表明，当<75%时，误差较大。注意：（1）计算最优工况时原型水轮机的最高效率；（2）计算原、模型水轮机的最高效率差；二、单位参数的修正计入效率的影响。

5、所以单位参数的修正例题在设计中一般规定，单位转速可不予修正，即单位流量的修正值一般较小，可不作修正，第四节水轮机的比转速对于同一系列水轮机，在相似工况下其单位转速和单位出力均为常数，所以有比转速表示水头为1m，出力为1kw时水轮机所具有的转速，其单位为m·kw。比转速的说明1.综合参数，随工况的变化而变化；2.同系列水轮机在相似工况下比速相同；3.最优比速或限制工况下的比速代表该系列水轮机的性能；第五节比速与水轮机性能的关系比速与水轮机型式的关系比速与水力性能的关系比速与水轮机几何参数的关系一、比速与水轮机型式的关系10—35水斗式150—350斜流式50—300混流式300—850轴流式

6、600—1000贯流式二、比速与水力性能的关系能量特性：效率、出力。汽蚀特性：汽蚀系数（压力或速度变化）。能量特性和汽蚀特性是矛盾的、互相制约的。在保证汽蚀的条件下，提高比转速。三、比速与水轮机几何参数的关系2.b0，D21.z0混流式轴流式过流能力、强度比速与水轮机几何参数的关系比速升高，叶片进口角变小，变平直。本章教学要求掌握水轮机的相似理论及单位参数的定义和作用；掌握相似水轮机的单位参数的换算方法；掌握水轮机比转数的概念与意义。公式：1.单位转速、单位流量、比转速；2.出力计算；3.效率修正；4.单位参数的修正。