華中科技大學教學課件—水力機械現(xiàn)代設(shè)計 部分1（共計459頁）

1、 基本原理回顧； 水力機械的選型設(shè)計與計算； 水輪機的模型試驗與綜合特性曲線； 引水部件的水力設(shè)計； 導(dǎo)水機構(gòu)的水力設(shè)計； 軸流式轉(zhuǎn)輪的水力設(shè)計； 徑流式、混流式轉(zhuǎn)輪的水力設(shè)計； 沖擊式轉(zhuǎn)輪的水力設(shè)計。 原動機將流體的能量轉(zhuǎn)換為機械能用于驅(qū)動其他的機械設(shè)備。 水輪機、汽輪機、燃氣輪機、風力機、各種液壓馬達和各種氣動工具等。 工作機則將機械能轉(zhuǎn)換為流體的能量，以便將 流體輸送到高處 有更高壓力的空間 克服管路阻力將流體輸送到遠處 例如各種泵、風機和壓縮機等。 流體機械可分成容積式和葉片式： 取決于流體與機械相互作用的方式。例如往復(fù)活塞式流體機械： 活塞與缸體形成一個封閉工作腔，介質(zhì)與機械間的相互

2、作用力為活塞表面的壓力。當介質(zhì)推動活塞運動時，是原動機。當活塞推動介質(zhì)流動時，是工作機。 具有一個帶有葉片（動葉）的轉(zhuǎn)子（葉輪impeller或轉(zhuǎn)輪runer）； 工作時介質(zhì)對葉片連續(xù)繞流； 介質(zhì)作用于葉片的力是慣性力； 流體由殼體與靜止葉柵的引入。 葉片式流體機械可分成反擊式和沖擊式： 取決于流體在葉輪內(nèi)的壓力與速度的變化情況轉(zhuǎn)輪噴嘴噴針調(diào)節(jié)機構(gòu)中段準三維解： 將三維流動簡化為兩個相關(guān)二維流面，即s1、s2流面，在s1和s2流面上迭代求解。三維Euler解： 將三維N-S方程中的粘性項略去，得到三維Euler方程，在求解域中解Euler方程。三維粘性解： 從平均NS方程出發(fā)，輔以一定的湍流模

3、式，求解平均NS方程。 一元理論： 假定轉(zhuǎn)輪軸面速度沿過水斷面均勻分布。二元理論： 假定轉(zhuǎn)輪軸面流為軸對稱有勢流動?！耙辉搿崩碚摚?認為轉(zhuǎn)輪軸面流動既不是均勻流動也不是有勢流動，根據(jù)工程經(jīng)驗直接給定軸面速度的分布規(guī)律。 傳統(tǒng)的設(shè)計方法 避免計算的困難，不得不引入一些簡化條件，以求用簡單的方法對流動進行分析計算，并在此基礎(chǔ)上確定通流部件的幾何尺寸。由于這些簡化而產(chǎn)生的誤差，則通過經(jīng)驗進行修正或通過試驗進行改進。 一般的步驟為： 簡化 經(jīng)驗 數(shù)表 修正 模型試驗 現(xiàn)代設(shè)計方法 現(xiàn)代設(shè)計方法在傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計的基礎(chǔ)之上，引入內(nèi)部流動分析（CFD）、性能預(yù)估計算、優(yōu)化設(shè)計理論、工質(zhì)物性計算以及強度計算

4、和CAD、CAM等先進技術(shù)，發(fā)展為現(xiàn)代水力機械的設(shè)計體系。 直接用三元流動分析方法求解反問題在技術(shù)上尚有困難，所以實際的設(shè)計過程是一個反復(fù)依次求解正、反問題的過程。 軟件名稱 功能和用途 適用部件 SDRC-IDEAS 實體造型 幾何分析 水輪機所有部件 剛、強度分析 TASCflow CFD求解 前后處理器 水輪機所有部件 性能預(yù)測 ICEMCFD 通流部件網(wǎng)格劃分 水輪機所有部件 bbX 轉(zhuǎn)輪設(shè)計 轉(zhuǎn)輪 Turbogrid 轉(zhuǎn)輪網(wǎng)格劃分 轉(zhuǎn)輪 SWIN Excel 通流部件設(shè)計 蝸殼、固定導(dǎo)葉、活動導(dǎo)葉、尾水管進口出口0,40,50,60,70,80,91,01,11,21,31,41,5

5、 EfficiencyMeasurements CalculationsQ11/Q11 opt2 %Comparison of experiment results and calculationCFD tools to predict performances, and comparison with measurement results世界上最先進的CFD設(shè)計軟件和設(shè)計理念一、葉輪流道（葉片）投影圖及主要尺寸葉片表面方程： （r，z）工程中表達葉片表面的方法:投影圖圓柱坐標系中的投影方法：旋轉(zhuǎn)投影軸面投影平面投影葉輪的軸面投影圖: 反映了葉輪的總體尺寸和特征軸面投影圖平面投影圖離心泵葉輪

6、：主要尺寸：D1、D2、b1、b21 進口；2 出口；D 直徑；b 寬度混流（斜流）泵葉輪：主要尺寸：D1、D2、b1、b21進口；2出口；D 直徑；b 寬度水輪機的混流式轉(zhuǎn)輪主要尺寸：D1、D2、b0軸流式水輪機：主要尺寸：D、Dh、b0軸流泵葉輪：主要尺寸：D、Dhcu 能量頭cm 流量圓柱坐標系中速度矢量及分解c ccr+cz+cu=cm+cucm=cr+cz 流線：空間流線與軸面流線流面：流線（軸對稱假設(shè)）旋轉(zhuǎn)一周空間流面的展開徑流式： 圓環(huán)面(平面)混流式： 圓錐面(展開成平面)軸流式： 圓柱面(展開成平面)軸面流動的過流斷面 A=2Rcb qVAcm軸面流線與cm的分布軸面流線過水

7、斷面線斷面質(zhì)心流線流面軸面流線cm分布軸對稱旋轉(zhuǎn)一周軸面投影與軸面的交線幾個概念之間的關(guān)系速度三角形注意重點內(nèi)容！絕對速度 c牽連速度（圓周速度）u相對速度 w軸面速度的關(guān)系：cmwm圓周速度的關(guān)系：ucuwu相對流動角絕對流動角cwuwuwzwrcucmcrcz流面的定義：經(jīng)過任意一條不與流線重合的曲線上所有的點的流線的集合，稱為流面。該任意曲線稱為流面的生成線生成線。兩類相對流面的概念：（無窮多葉片，軸對稱條件下）S S1 1流面流面：生成線為垂直于葉輪軸線的平面上以軸線為圓心的圓（回轉(zhuǎn)面）S S2 2流面流面：生成線為（葉片數(shù)無窮多時）葉片表面的任意曲線（葉片表面）葉輪機械三元流動計算的

8、創(chuàng)立：吳仲華 1953準三元解與全三元解；全三元條件下S1流面的翹曲及S2流面的定義； 葉輪的葉片數(shù)為無窮多，葉片無限薄。因此葉輪內(nèi)的流動可以看作是軸對稱的，并且相對速度的方向與葉片表面相切。 相對流動是定常的。 軸面速度在過流斷面上均勻分布。 1、泵進口速度三角形作圖條件： 已知機器尺寸、轉(zhuǎn)速和流量1）進口邊圓周速度30nru112）進口邊軸面速度1111m111V1mAqAqc3）吸入室與進口導(dǎo)流器的影響 cu1（或1）阻塞系數(shù)（排擠系數(shù)）的概念： AA無沖擊進口：無沖擊進口：1f（u1，cm1，1）b11）出口邊圓周速度2）出口處軸面速度3）出口相對流動角 2 2 = = b2b230n

9、ru222222m222V2mAqAqc軸面過流面積的計算：離心、軸流和混流式葉輪3、反擊式水輪機進口速度三角形作圖條件： u1、cm1、cu1（1）無沖擊進口條件4、反擊式水輪機出口速度三角形 作圖條件： u2，cm2，2b2 2f（u2，cm2，2）90法向出口法向出口控制面單位時間流入的動量矩L1qmcu1r1流出的動量矩L2qmcu2r2根據(jù)動量矩定理有)rcrc(qdtdLM11u22um作用力矩：1）控制面外流體的作用的力矩為零2）葉輪的作用力對軸的力矩M二、歐拉方程式推導(dǎo)條件：推導(dǎo)條件：無窮葉片數(shù)；定常流動；因為 MgqVHth，可得歐拉方程歐拉方程2u21u1thcucugH水

10、輪機：泵：1u12u2thcucugH歐拉方程的其他形式第二歐拉方程2ww2uu2ccgH2p2s2s2p2s2pthussuppthcucugH方程的意義與普遍性關(guān)于假設(shè)條件： 葉片無窮多；cm均勻分布對軸流式和混流式葉輪的運用對軸流式：hthu（cupcus）ucu過流部件（通流部件）固定元件 葉輪與環(huán)境（機器或相鄰級進、出口）之間的連接，影響葉輪的工作，決定了整機尺寸與重量。各部件的相互影響： 葉片式機械的可逆性，流動方向與性能的關(guān)系1、水輪機的引水室引水室的作用： 產(chǎn)生所需的cu1 將水流均勻（軸對稱）地（經(jīng)過導(dǎo)水機構(gòu)）引入轉(zhuǎn)輪。分類：開式與閉式1、速度矩不變：curK2、水流均勻進入

11、轉(zhuǎn)輪ibibRrRruiVrVidrrrbKdrrbcqq)()(3603、K值由進口斷面確定：0bRr0Vrdrr) r (b360qK進口斷面由于半徑r減小，所以cu1增加固定導(dǎo)葉 僅起支承作用，不應(yīng)對水流產(chǎn)生作用（阻力小，不改變環(huán)量）在自由流動時rKcurb2qcVmconstcctanum所以，骨線應(yīng)為等角螺線2、水輪機的導(dǎo)水機構(gòu)（活動導(dǎo)葉）導(dǎo)葉開口與出流角開口 a0 mm出流角 0 度作用：調(diào)節(jié)流量活動導(dǎo)葉的翼型形狀：負曲率、對稱、正曲率當導(dǎo)葉出口角一定時，出口速度為00V0mbr2qc000V00m0uctgbr2qctgcc轉(zhuǎn)輪進出口速度矩：00V00u11uctgb2qrcrc

12、22b2V2222b2m2222urctgAqrrctgcrurc代入歐拉方程式并解出qV，可得2b2200th22VctgArctgb21gHrq調(diào)節(jié)流量的手段：0、b0 、 b2混流式： 0軸流式： 0 、0b2實際的流量調(diào)節(jié)關(guān)系，由試驗確定作用： 收集水流 回收利用轉(zhuǎn)輪出口水流剩余的能量轉(zhuǎn)輪出口（2點）的能量：22222zg2cgpE無尾水管時： p2pa（大氣壓）有尾水管時：靜力真空 與 動力真空動力真空)Hg2cc(zgpgp5225222a2 g2cHg2cc22525522V恢復(fù)系數(shù)恢復(fù)系數(shù)cu2的影響過大：產(chǎn)生渦帶。略帶：可以避免流動分離，減小H2-5。實際的最優(yōu)出口條件： 略

13、帶正環(huán)量（cu2略大于零）gH2c0gH2d4q20V p cw w p c引水管路噴嘴轉(zhuǎn)輪引水管路渦殼、導(dǎo)葉轉(zhuǎn)輪尾水管1、吸入室吸入室的作用： 向葉輪提供，速度大小合適、且分布均勻的入流。半螺旋形吸入室的工作原理吸入室由兩部分組成： 渦殼形部分 非渦形部分在螺旋部分：VRr0V11uaqdrr) r (b360qrc0b在非螺旋部分： cu1r1=0平均： cu1r1=k qV1V1mAqc因為所以11111kArcctguma為比例系數(shù)，由吸水室的幾何形狀決定1const.不同吸入室對葉輪進口速度方向的影響半螺旋吸入室：1=const與流量無關(guān)其他各種吸入室： 1=90cu1r10對葉輪H

14、th 的影響 使Hth降低2、壓水室與擴壓元件a、蝸殼Rr22uiVrVi3drr) r (brc360qq蝸殼與葉輪之間，還可以有其他的擴壓元件b、無葉擴壓器工作原理連續(xù)性方程：4444m3333m2222mbrcbrcbrc動量矩定理：44u33u22urcrcrc所以：344334rrcc 特點：穩(wěn)定，變工況性能好，效率稍低c、徑向?qū)~兩種考查方式：葉片、流道4由葉片形狀決定44433334sinrsinrcc特點：尺寸小，設(shè)計點效率高，變工況性能較差反導(dǎo)葉徑向?qū)~3、進口導(dǎo)流器（前導(dǎo)葉）導(dǎo)流器出口到葉輪進口：000V00u11uctgrAqrcrc由歐拉方程000V2u2ththctg

15、rAqcupgHh 當流量和轉(zhuǎn)速不變時，u2cu2的值將保持不變（忽略壓力變化引起的出口體積流量的變化），此時轉(zhuǎn)動葉片，就可改變能量頭（或揚程、壓力）的值，從而調(diào)節(jié)了工況。 w p吸入室葉輪擴壓器出口管路 c尾水管轉(zhuǎn)輪引水室壓力管路流體機械的可逆性擴壓與收縮流動的不同葉輪：擴壓、收縮擴壓流：擴壓器 尾水管收縮流：吸入室 引水室VpqMP流體機械的損失分類：1、流動損失（水力損失）流動損失（水力損失）H（或h、p）：摩擦損失、沖擊損失、分離損失、二次流損失、葉端損失本質(zhì)上是壓力損失2、泄漏損失（容積損失）、泄漏損失（容積損失）qV（qm）：流量損失3、機械損失、機械損失P：軸承、軸封的摩擦損失P

16、m和圓盤損失Pr力矩或功率損失根本原因：介質(zhì)的粘性1、摩擦損失沿程損失2cdlhHg2ff阻力系數(shù)：與雷諾數(shù)和管壁相對粗糙度的關(guān)系，試驗測定邊界層分離的原因（逆壓梯度）和影響分離的控制：1、擴散角：可壓67，不可壓8122、擴壓度：可壓w1w2A22A11，不可壓A2A11s2smaxswwwD3、擴散（擴壓）因子其他的分離損失，轉(zhuǎn)彎、面積突變等進口沖擊引起葉片表面的流動分離，但沖擊損失與流量的關(guān)系不同于分離損失沖擊速度sh1101www沖擊損失g2wH2sh1shshwww加速與減速沖擊工作機沖擊速度的大小:wshqVqVopt其他部件中的沖擊損失二次流的概念第一類，正比于流量的平方第二類，

17、正比于流量與最優(yōu)流量的差的平方內(nèi)部泄漏與外部泄漏間隙兩端的壓差離心泵的典型密封結(jié)構(gòu)2232rDuKP開式與閉式泵腔能量平衡圖 qVth V Hth、pth h P m 泵 qVqV 1qqqqVVthVV th HH 1HHHHthth PthP 1PPPPth 風機 qVqV 1qqqqVVthVVth PtFp 1ppppthtFth PthP 1PPPPth 水輪機 qVqV 1qqqqVVVthV HH 1HHHHth PthP 1PPPPthth 總效率；內(nèi)部損失與外部損失；內(nèi)效率；機械傳動效率；圓盤效率；全壓效率與靜壓效率已知三峽水輪機設(shè)計工況下部分參數(shù)如下： 設(shè)計水頭Hr80.5

18、m； 設(shè)計流量Q1000m3/s； 發(fā)電機出力N750MW； 發(fā)電機效率98.5； 三峽水輪機設(shè)計工況下的效率是多少？ HSJ第二章 葉片式流體機械的選型第一節(jié) 流體機械產(chǎn)品的標準化與系列化一個矛盾用戶：性能參數(shù)的多樣性價格低、質(zhì)量可靠維修方便制造商：滿足多樣要求：單件或小批量生產(chǎn)，價格、質(zhì)量、維修難以保證滿足價格、質(zhì)量、維修要求：大批量生產(chǎn)，參數(shù)難以滿足不同用戶要求解決辦法：三化（標準化、系列化、通用化）流體機械的系列型譜主要考慮因素：流動特性和結(jié)構(gòu)（強度、材料）型譜的主要內(nèi)容：1）模型的數(shù)量模型、“系列” 和 “型式”2）葉輪的標準直徑“品種”確定品種數(shù)量的依據(jù)：效率降低值HSJ第二節(jié) 中

19、、小型水輪機的系列型譜一、水輪機型號的編制方法水輪機型式轉(zhuǎn)輪型號（比轉(zhuǎn)速）水輪機型式轉(zhuǎn)輪型號（比轉(zhuǎn)速）主軸布置型式引水室的特征主軸布置型式引水室的特征轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)輪直徑直徑水輪機型式代表符號水輪機型式代表符號水輪機型式代表符號混流式水輪機HL切擊（水斗）式水輪機CJ軸流轉(zhuǎn)漿水輪機ZZ斜擊式水輪機XJ軸流定漿式水輪機ZD雙擊式水輪機SJ斜流式水輪機XL可逆混流式水泵水輪機HLN貫流轉(zhuǎn)漿式水輪機GZ可逆軸流轉(zhuǎn)漿式水泵水輪機ZZN貫流定漿式水輪機GD可逆斜流式水泵水輪機XLNHSJ主軸布置型式和引水室特征代表符號 沖擊式水輪機直徑表示：標稱直徑：名 稱 代表符號 名 稱 代表符號 立 軸 L 明 槽 M

20、臥 軸 W 明 槽 有 壓 MY 金屬蝸殼 J 罐 式 G 混凝土蝸殼 H 虹吸式 X 燈泡式 P 軸伸式 Z 豎 井 式 S 直徑射流數(shù)射流直徑型號示例： HL220LJ5502CJ30W120210HSJ二、中小型軸流式、混流式水輪機轉(zhuǎn)輪的系列型譜表 6-3 軸流式入譜轉(zhuǎn)輪主要參數(shù) 最 優(yōu) 工 況 限 制 工 況 備注 推薦使用水頭 m 轉(zhuǎn)輪 型號 模型轉(zhuǎn)輪直徑 Dm mm 導(dǎo)葉相對高度 b0 輪轂比 dh 葉片數(shù) 單位轉(zhuǎn)速 n11 rs 單位流量 Q11 m3s 效率 比轉(zhuǎn)速 nS m? kW 單位流量 Q11 m3s 效率 空化系數(shù) m 615 ZZ560a 460 0.4 0.330

21、.38 4 140 1.06 89.0 569 2.0 84.2 0.83 暫用 1222 ZZ560 460 0.4 0.350.40 4 140 1.08 88.3 554 1.9 84.0 0.71 HSJ混流式入譜轉(zhuǎn)輪主要參數(shù) 最 優(yōu) 工 況 限 制 工 況 備注 推薦使用水頭 m 轉(zhuǎn)輪型號 模型轉(zhuǎn)輪直徑 Dm mm 導(dǎo)葉相對高度 b0 單位轉(zhuǎn)速 n11 rs 單位流量 Q11 m3s 效率 比轉(zhuǎn)速 nS m? kW 單位流量 Q11 m3s 效率 空化系數(shù) m 2045 HL240 460 0.365 72 1.10 91.0 240 1.24 90.4 0.2 暫用 3560 HL

22、260A244 350 0.315 80 1.08 91.7 263 1.275 86.5 0.15 230320 HL90D54 400 0.12 62 0.203 91.7 94 0.266 87.8 0.033 暫用 300400 HL90D54 400 0.12 62 0.203 91.7 94 0.266 87.8 0.033 標準直徑系列HSJ三、中小型軸流式、混流式水輪機產(chǎn)品系列型譜HSJ第三節(jié) 水輪機的選型計算一、原始資料，選型任務(wù)及原則（一）水輪機選型的原始資料 1）水電站的水頭和流量：Hmax、Hmin：運行范圍內(nèi)的最大與最小水頭；設(shè)計水頭Hd：最高效率點的凈水頭；額定水頭

23、Hr：能發(fā)出額定功率的最小凈水頭；加權(quán)平均水頭Hw，加權(quán)平均值；最大流量qVmax：流經(jīng)電站的流量的最大值；額定流量qVr：額定水頭、轉(zhuǎn)速，功率時的流量。HSJ2）上下游水位標高（海拔高程）。3）水電站的裝機容量，機組臺數(shù)，及初步選擇的水輪機轉(zhuǎn)輪型號、參數(shù)、直徑和轉(zhuǎn)速。4）調(diào)節(jié)保證要求值。5）水電站的水質(zhì)資料，如河流含砂量及砂粒大小等。6）水輪機輸水管道尺寸及布置情況。7）水電站允許的最大挖深值。8）運輸及安裝條件。原始資料，選型任務(wù)及原則HSJ系統(tǒng)的負荷分配9）水電站的運行情況，如水電站在電力系統(tǒng)中擔任峰荷或基荷的情況，是否要作調(diào)相機運行等。HSJ（二）選型計算的任務(wù)1）水輪機的類型和轉(zhuǎn)輪型

24、號。2）水輪機的結(jié)構(gòu)型式。3）保證發(fā)出額定功率的轉(zhuǎn)輪直徑。4）水輪機的額定轉(zhuǎn)速和飛逸轉(zhuǎn)速。5）所有運行水頭和功率下水輪機的效率和吸出高度值，即繪出水輪機的運轉(zhuǎn)特性曲線。6）軸向推力及葉片力矩的計算。7）調(diào)節(jié)保證計算。8）輔助設(shè)備的選擇。HSJ（三）選型的一般原則電站的水輪機選型是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，對工程的綜合效益有重大影響主要的技術(shù)經(jīng)濟因素：工程的綜合利用：發(fā)電、航運、防洪、灌溉、養(yǎng)殖、旅游機組：效率、空化、穩(wěn)定性、尺寸、價格土建：工程造價、施工難度、工期制造：設(shè)計、毛坯、加工運輸：安裝：HSJ水力角度：max，av；NPSH；D；n；成本；比速系數(shù)：在保證安全的條件下 nSHnKSHSJ二、用

25、系列型譜使用范圍圖和系列使用范圍圖選型HSJZZ500系列使用范圍圖900SShHHSJ三、根據(jù)綜合特性曲線進行選型計算1、選擇水輪機的系列（水頭段）2、轉(zhuǎn)輪直徑：參數(shù)：P ：單機額定功率（考慮電機效率）Q11 ：混流式5%功率限制線 or HS 軸流式HS or 效率231181. 9HQPD （最小尺寸原則）HSJ混流式水輪機選型時單位流量的確定HSJZZ式水輪機選型時單位流量的確定HSJ轉(zhuǎn)速計算 ：先近似取值，然后修正H額定水頭Hr（?。┗麨闃藴手睆?（通常向大方向）允許采用非標準直徑的情況： 大機組 or 高轉(zhuǎn)速3、轉(zhuǎn)速注意：最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速 和 加權(quán)平均水頭DHnnw110發(fā)電機同步轉(zhuǎn)

26、速（！）:pn3000HSJ檢查正確性HmaxHminHSJ7、允許吸出高度HS的計算8、飛逸轉(zhuǎn)速計算單位飛逸轉(zhuǎn)速HDnnRR11飛逸系數(shù)11011nnKRR混流式的飛逸特性HSJ混流及軸流定槳式的最大飛逸轉(zhuǎn)速DHnnRmaxmax11max轉(zhuǎn)槳式的飛逸特性HSJ轉(zhuǎn)槳式的最大飛逸轉(zhuǎn)速HSJ9、軸向水推力及葉片水力矩的計算離心式軸向水推力的產(chǎn)生HSJ減壓孔與減壓板HSJ軸向水推力的估算作用于軸流式葉片的力單位軸向力max24HDKFh111zuFFFHDFFhh211HSJ抬機事故軸向力特性防止措施分段關(guān)閉HSJ10、水輪機重量估算四、水輪機運轉(zhuǎn)特性曲線的繪制HSJ1、工作特性曲線f（P）的繪制

27、選定若干水頭（包括Hmax、Hmin、Hr、Hw）HSJ轉(zhuǎn)向點HSJ3、功率限制線的繪制發(fā)電機功率限制水輪機功率限制定槳式、轉(zhuǎn)槳式HSJ轉(zhuǎn)槳式的功率限制HSJ4、等吸出高度線的繪制輔助曲線HSf（P）HSJ輔助曲線 Pf（Q11）HSJ運轉(zhuǎn)特性曲線匯總HSJ檢查直徑與轉(zhuǎn)速的合理性HnDn11HDqQV211211nnDH2/3211HDgQP HSJ第四節(jié) 葉片泵的系列型譜與選型計算一、離心葉輪的切割（一）切割定律（經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式）（二）切割拋物線及其應(yīng)用2222AADDqqVV222bb22tgtgDDHH22DDqqVV222DDHH322DDPP2VKqH HHDqqDDVV 222A

28、AHSJ切割葉輪的出口速度三角形：討論條件：A2，2不變u2w2c2u2D2如果有cm2 D2，則三角形相似此時有H D22，qV D2切割定理對應(yīng)工況HSJ（三）最大允許切割量和切割高效區(qū)允許切割量 與nS 的關(guān)系切割高效區(qū)HSJ二、葉片泵的系列型譜泵產(chǎn)品的特點：用途廣泛、要求各異、批量大型譜的特點：綜合劃分水力、結(jié)構(gòu)、用途（一）農(nóng)用水泵的分類方法1、大類排灌機械2、小類：混合劃分 離心泵、混流泵、軸流泵、井用泵、地表潛水泵、噴灌機械、水輪泵、手動泵、特種泵3、系列：結(jié)構(gòu)型式、用途、材料相同，部件通用，參數(shù)按規(guī)律分布4、品種規(guī)格：按基本參數(shù)劃分，不同系列參數(shù)不同。品種還可分規(guī)格HSJ機械產(chǎn)品

29、大大 類類小小 類類離 心 泵混 流 泵軸 流 泵井 用 泵排灌機械系系 列列單 級 離 心 泵多 級 離 心 泵單 級 雙 吸 泵自 吸 離 心 泵品品 種種型型 號號IB5032125規(guī)規(guī) 格格I B 5 0 3 2 125AIB5032160HSJ（三）葉片泵的系列型譜其他產(chǎn)品系列 泵的 “系列” 概念：更強調(diào)結(jié)構(gòu)、材料、零部件的通用化程度； 不再以比轉(zhuǎn)速作為劃分系列的依據(jù)。 系列：結(jié)構(gòu)形式、用途、材料相同，除過流部件外，其它零部件通用程度高，基本參數(shù)按一定規(guī)律分布的產(chǎn)品。 同一系列中，可由若干比轉(zhuǎn)速按一定規(guī)律變化的水力模型換算構(gòu)成系列中的全部產(chǎn)品。不同的系列中，則可能有相同的水力模型H

30、SJ泵的系列型譜圖HSJ二 葉片泵的選型計算（一）原始資料及選型原則任務(wù)的分類：專用與通用產(chǎn)品1、泵選型的原始資料排灌泵站：1）系統(tǒng)的揚程和流量Hmax、Hd、Hmin、Hav、qVmax、qVmin、qVd2）系統(tǒng)的總?cè)萘浚üβ剩?）輸送介質(zhì)資料，例如水中含砂量及砂粒大小等4）管道尺寸及布置情況5）系統(tǒng)的運行情況HSJ2. 泵選型的原則1）滿足流量及揚程要求2）效率高，同時不發(fā)生空蝕和動力超載的現(xiàn)象3）機電設(shè)備和土建投資少4）便于操作維修，運行和管理費用小5）盡量選用標準化、系列化的產(chǎn)品和相同型號的泵（二）葉片泵選型的計算1、用系列型譜圖或產(chǎn)品特性曲線進行選型（現(xiàn)有產(chǎn)品）注意事項：專用與通用

31、系列臺數(shù)：多方案比較各揚程時的實際流量考慮管網(wǎng)特性以后：平均揚程對應(yīng)于泵的高效范圍設(shè)計揚程保證提供設(shè)計流量最大最小揚程時能安全運行HSJ泵的運轉(zhuǎn)特性曲線補充說明：使用揚程范圍問題離心、混流與軸流的選用臺數(shù)問題多級泵站的協(xié)調(diào)HSJ2、根據(jù)水力模型性能參數(shù)進行選型計算（新產(chǎn)品）1、選定水力模型1、確定轉(zhuǎn)速2、計算比轉(zhuǎn)速3、選擇模型4、計算直徑HHKmHVmVqqqK 2、qHmKKDD DDKnnmHm3、4、計算各揚程下的qV、HS、P、5、不同方案的比較分析6、配套功率的確定HSJ第三章 水力機械的模型試驗及特性曲線HSJ本章講述的主要內(nèi)容：第一節(jié) 水力機械模型試驗的意義和任務(wù)第二節(jié) 水力機械

32、特性曲線的定義和分類第三節(jié) 模型試驗及特性曲線的繪制第四節(jié) 水力機械與管網(wǎng)系統(tǒng)的聯(lián)合工作第五節(jié) 泵的串聯(lián)和并聯(lián)運行第六節(jié) 水力機械的工況調(diào)節(jié)第一節(jié) 水力機械模型試驗的意義和任務(wù)一、水力機械的現(xiàn)代設(shè)計方法：理論與試驗相結(jié)合的方法理解： 水力機械過流通道內(nèi)的流動規(guī)律目前還不能利用數(shù)學的方法 完全解決，因此設(shè)計時，必須引入一些假設(shè)進行簡化。 設(shè)計對給定計算工況（即設(shè)計工況）下進行。在非設(shè)計工況 下，流動會產(chǎn)生脫流或轉(zhuǎn)輪低壓側(cè)的強烈旋渦等，進行流動 分析更加困難。因此除了在理論上進行探索之外，還必須通 過試驗來修正和補充。 試驗工作必須有理論進行指導(dǎo)。HSJ二、水力機械的模型試驗1、進行真機的全特性試

33、驗不可能，真機試驗多為驗收試驗、專題研究試驗及改進性試驗。但有些情況：如制造質(zhì)量的檢驗；實際運行情況（振動、軸承發(fā)熱、漏水等）以及泥沙磨損和汽蝕程度等，則只有在真機上才能觀察到。2、為得到水力機械的全特性，模型水力試驗的任務(wù)包括： 確定水力機械各工況下的效率及汽蝕系數(shù)（即能量特性和汽蝕特性） 確定水力機械某些部件的力特性（如導(dǎo)水機構(gòu)、轉(zhuǎn)輪的力特性） 確定水力機械在非設(shè)計工況下的壓力脈動和不穩(wěn)定性（水輪機） 確定過流部件的液流結(jié)構(gòu)水力試驗是設(shè)計水力機械的一個重要手段HSJ三、水力機械的模型試驗必須遵循水力機械的相似準則四、新轉(zhuǎn)輪的出現(xiàn)，一般要經(jīng)過下面的程序： 根據(jù)給定的參數(shù)（Q，H, 及n），設(shè)

34、計出一些模型轉(zhuǎn)輪方案。 由于工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的不同組合以及不同的計算方法， 這些方案彼此不同。 對各種方案進行試驗，給出模型轉(zhuǎn)輪的全特性。 其中性能最好的就是我們要求的模型轉(zhuǎn)輪。HSJ第二節(jié) 水力機械特性曲線的定義和分類f（a0，qV，H，n，P，）0決定工況的參數(shù)：25綜合特性曲線和線型特性曲線全工況（四象限）特性曲線力特性曲線和飛逸特性曲線HSJ一、線型特性曲線（一）水泵的工作特性曲線（二）水輪機的工作特性曲線H、nconst，qVf（a0）P、f（qV）),(,),(constnqfPpHVtF1）空載流量qVxx2）最優(yōu)流量qV03）極限功率Pnp與極限流量4）功率限制P=gqV H

35、HSJ（三）水輪機的轉(zhuǎn)速特性曲線H、a0、constqV、M、P、f（n）飛逸轉(zhuǎn)速 nR流量隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律模型試驗曲線HSJ（四）不同比轉(zhuǎn)速機器工作特性曲線的比較效率隨流量（或負荷）變化的規(guī)律平均運行效率影響效率曲線形狀的因素功率限制問題HSJ泵的比較HSJ二、綜合特性曲線 自變量2（一）工作機的綜合特性曲線1、變轉(zhuǎn)速曲線HSJ變?nèi)~片角曲線HSJ（二）原動機（水輪機）的綜合特性曲線1、綜合特性曲線等效率線等開度線等空化系數(shù)線功率限制線HSJ2、運轉(zhuǎn)特性曲線功率限制線：電機功率限制水輪機功率限制混流式：Pmax軸流轉(zhuǎn)槳：a0HSJ各種水輪機的綜合特性曲線低比速混流式HSJ切擊式水輪機HSJ軸流定槳