水轮机复习知识要点总结 第一章 1、 水轮机是一种将河流种蕴藏的水能转换成旋转机械能的原动机，水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机或者发电
机的转子将旋转的机械能转换成电能。 2、 反击式水轮机转轮区内的水流在通过转轮叶片通道时，始终是连续充满整个转轮的有压流动，当水流通过水轮机后
其动能和势能大部分被转换成转轮的旋转机械能。 3、 反击式水轮机包括：混流式水轮机：水流从四周沿径向进入转轮，然后近似的以轴向流出转轮，应用
水头范围较广，约为20~700m，水头较高。
轴流式水轮机：水流在导叶和转轮之间由径向流动变为轴向流动，而在转轮区
水流保持轴向流动，其应用水头约为3~80m，适用水头较低，根据其转轮叶片在运行中能否转动，可以分为轴流定浆式和轴流转浆式两种。
斜流式水轮机：斜流式水轮机具有较宽的高效率区，适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，
约为40~200m。
贯流式水轮机：根据其发电装置形式不同，分为全贯流式和半贯流式两类。
4、冲击式水轮机的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转变成高速自由射流，该射流冲击水轮机的部分轮叶，并在轮叶的约束下发生流速大小和方向的急剧改变，从而将其动能大部分传递给轮叶，驱动轮叶旋转。
5、冲击式水轮机按射流冲击转轮方式的不同分为：水斗式水轮机、斜击式水轮机、双击式水轮机三种。 6、水头H：水轮机的水头（亦称工作水头），是指水轮机进口和出口截面处单位重量的水流能量差，单位为m。 7、各种水头：（1）最大水头：Hmax，是允许水轮机运行的最大净水头。它对水轮机结构的强度设计有决 性影响。
（2）最小水头Hmim，是保证水轮机安全、稳定运行的最小净水头。
（3）加权平均水头Ha：是在一定期间内（视水库调节性能而定），所有可能出现
的水轮机水头的加权平均值，是水轮机在其附近运行时间最长的净水头。
（4）设计水头Hr：是水轮机发出额定出力时所需要的最小净水头。
8、流量： 水轮机的流量是指单位时间内通过水轮机某一过流断面的水流体积，常用符号Q表示，常用单 位为m/s。在设计水头下，水轮机以额定转速、额定出力时所对应的水流量常委设计流量。 9、出力P:水轮机出力是水轮机轴端输出的功率，常用符号P表示，常用单位为KW。 10、水流的出力：Pn=?QH=9.81QH(KW) 水轮机的效率：?t?P由于水轮机在总做中存在能量耗损所以水轮机PnM2?n 其中?是水轮机的旋转速度，rad/s；M是60的出力P总是小于水流的出力Pn，其效率总是小于1.
水轮机的出力P=Pn?t=9.81OH?t(KW) 或者是P=M??水轮机主轴输出的旋转力矩，N.m；n是水轮机转速，r/min。
11、水轮机型号：①HL220—LJ—250，表示转轮型号为220的混流式水轮机，立轴，金属蜗壳，转轮直径为250cm。 ②ZZ560—LH—500，表示转轮型号为560的轴流转浆式水轮机，立轴，混凝土蜗壳，转轮直径为500cm。 ③GD600—WP—300，表示型号为600的贯流定浆式水轮机，卧轴、灯泡式引水，转轮直径为300cm。 ④2CJ—20W—120/2×10，表示转轮型号为20的水斗式水轮机，一根轴上装有两个转轮，卧轴，转轮直径为120cm，每个转轮有两个喷嘴，射流直径为20cm。
11、水轮机的装置形式：指水轮机主轴的不知形式与引水室形式相结合的总体。
①反击式水轮机的装置形式：大型机组采用立轴布置形式，水轮机轴与发电机轴直接连接；中高水头混流式机组，
采用立轴，金属蜗壳，弯肘形尾水管；中低水头混流式机组和轴流式机组采用立轴，混凝土蜗壳，弯肘形尾水管。 ②冲击式水轮机的装置形式:斜击式和双击式水轮机由于机组容量小，一般都采用卧轴装置型式，切击式水轮机由
于机组容量范围较大，因此装置形式有立式也有卧式，大容量机组一般是立式，小容量机组是卧式。 第二章
1、径面：取纸平面为辐角??0的起始面，任意?角的r轴和z轴构成的平面称为经面或径面，常以m表示。
o 轴面：??0和?=180的径面称为轴面。
轴面投影：转轮叶片是空间扭曲面，常将其投影到轴面上，得到的投影为轴面投影。
2、水流在转轮中的运动：水流进入转轮中的流动是一种复合运动。水流质点沿叶片的运动称为相对运动，相应的速度
称为相对速度，用符号W表示；水流质点随转轮的旋转运动称为牵连运动，相应的速度称为牵连速度，用符号U表示；水流质点对大地的运动称为绝对运动，相应的速度称为绝对速度，用符号V表示。V=U+W。 3、动量矩定理：单位时间内水流质量对水轮机主轴的动量矩变化应等于作用在该质量上全部外力对同一轴的力矩总和。
只有圆周速度VU作功，作用在水流质量上的外力矩只有转轮叶片对水流的作用力产生力矩。H?s?（VU1r1-VU2r2）
oo?g2V12?V22U12?U2W12?W12，速度矩的变化是转轮作功的主要依据。转轮的输出功率主要决定于转H?s???2g2g2g轮进口与出口的速度环量变化。
4、水轮机的效率：水轮机输出功率与水流输入功率之比称为水轮机的效率，常用?表示 水轮机总效率是由水力效率、容积效率和机械效率组成：
①水力效率：水轮机的水力效率是有效水头与工作水头的比值?s? ②容积效率：在水轮机的运行过程中有一小部分流量
H??hH
?q从水轮机的固定部件与旋转部件之间的间隙中漏出，这部
Q
分流量没有对转轮作功，所以称为容积损失,?v?Q-?q ③机械效率：在扣除水力损失和容积损失之后，便可得出水流作用在转轮上的有效功率
Pe?9.81（Q??q）.(H??h）?9.81QH?s?v机械效率?j?水轮机的总效率为???s?v?j故P?9.81QH?
Pe-?PjPe水轮机的输出功率P?Pe-?Pj?Pe?j5、 在水轮机的各种水利损失中水利损失是主要的，容积损失和机械损失都比较小而且基本上是一定值，因而提高水轮机的效率主要是提高其水力效率。 6、
无撞击进口工况：在某一工况下，在转轮进口速度三角形中，水流相对速度W1的方向角?1与转轮叶片的进口角?e1
相同，即?1=?e1，则水流平顺的进入转轮而不发生撞击和脱流现象，叶片进口水力损失小从而也提高了水轮机的水力效率，此工况称为无撞击进口工况。 7、
法向出口工况：在某一工况下，在转轮出口速度三角形里，水流绝对速度V2的方向角?2?90，即V2垂直于U2o时，Vu2?0，?2?0，水流离开转轮后没有旋转并沿尾水管流出，不产生涡流现象，从而提高了水轮机的水力效率，次工况称为法向出口工况。 8、
最优工况：当水轮机在?1=?e1，?2?90的工况下工作时，则水流在转轮进口无撞击损失，出口无涡流损失，此
o时水轮机的效率最高，称为水轮机的最优工况。
9、 水斗叶片的出水角?2?0，射流在斗叶上进出口的转向为180度，并且转轮的圆周速度U等于射流速度V0的一半时，则水斗式水轮机的水力效率或出力最大。
10、 水斗式水轮机中的能量损失主要包括喷嘴将水流的压能转变为动能，以及在转轮中射流的动能转变为主轴旋转机械
能的过程中的损失，另外还有水流在转轮出口的能量损失：①喷嘴损失：包括水流在喷管中的沿程水头损失和局部转
弯、断面变化（与喷针的 行程变化有关）和分流等损失，还包括射流的收缩和在空气中的阻力损失。合理的喷
V02嘴 效率可达95%到98%。
2gH ②斗叶损失：1.进口撞击损失2.摩擦损失3.出口损失 ③容积损失
④机械损失：除了主轴在轴承中的机械摩擦损失外尚应包括转轮在转动时的风阻损失。 第三章
1、水轮机系列：水轮机原型可以按比例缩小为模型，如果取不同的比例，则可得若干个尺寸不同的水轮机模型。所有
这些模型尺寸大小不同，但过流部件几何形状相似，即水轮机的相应尺寸大小不等，但成同一比列，这样得到的一系列水轮机称为水轮机系列。
2、研究同系列水轮机的几何尺寸及特性参数间相似关系的理论，或者说，研究模型与原型相似关系的理论，称为水轮
机的相似理论。
3、相似条件：①几何相似：主要是指两个水轮机过留部分几何形状与表面糙度相同，并且一切相应的线性尺寸成比例。 ②运动相似：是指两个水轮机所形成的液流相应点处的速度同名者方向相同，大小成比例，相应的夹角相等，或者说相应点处的速度三角形相似。
③动力相似：是指两个水轮机所形成的液流中各相应点所受的力，数量相同、名称相同，且同名力方向一致，大小成比例。
4、单位参数：为了比较时有一个统一的标准，通常规定把模型试验成果都同意换算到转轮直径D1=1m，有效水头
H?S?1m时的水轮机参数，这种参数被称为单位参数。单位参数有单位转速n11、单位流量Q11和单位出力P11。
*n11?nD1H Q?11?QD12H N11?N 23/2D1H5、??0??T0??M0 ?T??M???0
6、水轮机的比转速：对于统一系列的水轮机，在相似工况下其n11和P11均为常数，因此，n11P11=常数，这个常数就称为水轮机的比转速，常用ns表示，即是nS?nP（比转速高低水头，比转速低高水头）ns是一个重要的综合参H5/4数，它代表统一系列水轮机在相似工况下运行的综合性能，常规定采用设计工况或者是最优工况下的比转速作为水轮机分类的特征参数。现代各型水轮机的比转速范围约为：
水斗式 ns=10—70 混流式ns=200—450 斜流式ns=60—350 轴流式 ns=400—900 贯流式ns=600—1100
1.8（ns?30）空化系数与比转速的关系：??比转速增加空化系数增加，从材料强度与抗空化性能条件着眼，在一定
20000的水头段只能采用对应合适比转速的水轮机，转轮进、出口直径比
D1随比转速ns的增加而减小，比转速不同转轮样D2式也不同。
7、水轮机的飞逸转速：水轮机发电组在正常情况下总是以额定转度运行。这时水轮机的转动力矩和发电机的电磁力矩是平衡的。如果外界负荷突然丢掉，调速机构失灵，导水机构又不能及时关闭时，由于输出的电磁力矩为零，因而输入的水流转动力矩除了少部分消耗与机械损失外，其余大部分就使机组转速急剧增高，并达到某一最大转速，这时的运行工况称为飞逸工况，这是的最大转速称为飞逸转速。水轮机飞逸转速的大小与水轮机的飞逸特性有关，而飞逸特性一般用单位飞逸转速n11R表示，按转速相似公式换算出相应的单位飞逸转速：