W 《水电站》 2009年2月 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc..com/
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第二章水轮机的工作原理 Francis Turbine fluid inlet animation produced by SELLIC Online volute fluid outlet runner blades guide vanes 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc..com/
浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/ 第二章 水轮机的工作原理
第一节水流在反击式水轮机转轮中的运动 一、复杂的空间非恒定流 ◆水轮机内的水流运动是复杂的空间非恒定流 1)水头、流量在不断变化 2)叶片形状为空间扭曲面，水流在两叶片之间的流 道内为复合运动，流速的大小、方向在不断地变 化，而转轮本身也在运动。 浙江水专国家精品课程《水电站》http:/sd血jwc he..com/
浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/ 第一节 水流在反击式水轮机转轮中的运动 一、复杂的空间非恒定流 ◆水轮机内的水流运动是复杂的空间非恒定流 1)水头、流量在不断变化 2)叶片形状为空间扭曲面，水流在两叶片之间的流 道内为复合运动，流速的大小、方向在不断地变 化，而转轮本身也在运动
二、恒定流状态 冬 水轮机在某一工作状况时，(H、2、N、不变)， 水流在水轮机的蜗壳、导水叶及尾水管中的流动 假定是恒定流。 。水流在转轮内的流动相对于转轮旋转坐标而言， 也假定是恒定流。 公水流在转轮中的运动非常复杂，上述假定可以简 化分析。 浙江水专国家精品课程《水电站》http:/sd血jwc he..com/
浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/ 二、恒定流状态 ❖ 水轮机在某一工作状况时，(H、Q、N、η不变)， 水流在水轮机的蜗壳、导水叶及尾水管中的流动 假定是恒定流。 ❖水流在转轮内的流动相对于转轮旋转坐标而言， 也假定是恒定流。 ❖水流在转轮中的运动非常复杂，上述假定可以简 化分析
三、水流运动是空间三元流 水流运动规律用速度三角形表达 立=石+而 立—水流绝对流速（相对于地球） 水流流动的牵连流速 币 一水流沿叶片流动的相对流速 用速度三角形分析水流运动的方法是研究转 轮流速场的重要方法。 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwche.com/
浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/ 三、水流运动是空间三元流 水流运动规律用速度三角形表达 ——水流绝对流速（相对于地球） ——水流流动的牵连流速 ——水流沿叶片流动的相对流速 用速度三角形分析水流运动的方法是研究转 轮流速场的重要方法。 V =U +W V W U
对于混流式水轮机，可以认为任一水流质点在转 轮中的运动是沿着某一喇叭形的空间曲面（称之为 流面)而作的螺旋形曲线运动。 流面即由某一流线绕主轴旋转而成的回旋曲面。 在整个转轮流道内有无数个这样的流面。 冬流面上每一个进口点的速度 轴面 三角形是相同的；每一个出 口点的速度三角形也是相同 流面 的。 浙江水专国家精品课程《水电站》http:jpkc.j小wchc.com/sdz
浙江水专国家精品课程《水电站》http://jpkc.zjwchc.com/sdz ❖对于混流式水轮机，可以认为任一水流质点在转 轮中的运动是沿着某一喇叭形的空间曲面(称之为 流面)而作的螺旋形曲线运动。 ❖流面即由某一流线绕主轴旋转而成的回旋曲面。 在整个转轮流道内有无数个这样的流面。 ❖流面上每一个进口点的速度 三角形是相同的；每一个出 口点的速度三角形也是相同 的
根据恒定流假定可知，任一水流质点在转轮进口 的运动状态及其流动到转轮出口的运动状态可由 同一时刻该流面上任意进、出口点的速度三角形 表示。 浙江水专国家精品课程《水电站》http:jpkc.wchc.com/sdz
浙江水专国家精品课程《水电站》http://jpkc.zjwchc.com/sdz ❖根据恒定流假定可知，任一水流质点在转轮进口 的运动状态及其流动到转轮出口的运动状态可由 同一时刻该流面上任意进、出口点的速度三角形 表示
速度与分速度的空间矢量关系 喷平备 , (e) 触植式水轮机被轮进、出口谢度三角形 邀度三角形中各速度及其分速度的关系 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwche.com/
浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/ 速度与分速度的空间矢量关系
第二节水轮机工作的基本方程式 动量矩定理 单位时间内水流对转轮的动量矩改变，应等于 作用在该水流上的外力的力矩总和。即： M= ree(Van-Vur2) 8 其中M为水流对转轮的力矩，方程右端为水流 本身速度矩的变化。该式表达了水轮机中水流能量 转换为旋转机械能的平衡关系。 浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwche.com/
浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/ 第二节 水轮机工作的基本方程式 一、动量矩定理 单位时间内水流对转轮的动量矩改变，应等于 作用在该水流上的外力的力矩总和。即： 其中M为水流对转轮的力矩，方程右端为水流 本身速度矩的变化。该式表达了水轮机中水流能量 转换为旋转机械能的平衡关系。 ( ) 1 1 2 2 V r V r g Q M u u e = −
二、水轮机的基本方程 > 在稳定工况下(，Q,H均不变)，转轮内的水流 运动时假定为恒定流，因此转轮的出力为： N.=Ma-12-(Vai-Va)=-(@UVa-U:Va) 8 N。=2Hn >所以，水轮机的基本方程为： Hnsg =UVu-U2V12 >该方程式对反击式、冲击式水轮机均适用。 浙江水专国家精品课程《水电站》http:/sd血jwc he..com/
浙江水专国家精品课程《水电站》http://sdz.zjwchc.com/ 二、水轮机的基本方程 ➢ 在稳定工况下(n、Q、H均不变)，转轮内的水流 运动时假定为恒定流，因此转轮的出力为： ➢ 所以，水轮机的基本方程为： ➢ 该方程式对反击式、冲击式水轮机均适用。 ( ) 1 1 2 2 V r V r g Q N M u u e e = = − ( ) 1 u1 2 u2 e U V U V g Q = − Ne Qe Hs = Hs g =U1 Vu1 −U2 Vu2