水輪機的工作原理-水輪機的安裝高程

水電站項目4.水輪機的工作原理1水輪機基本方程式2水輪機的效率3水輪機的安裝高程項目4.水輪機的工作原理4.2水輪機的安裝高程每臺水輪機在安裝中都涉及安裝海拔高度的問題，也就是機組的安裝高程問題，那么安裝高程是隨意定還是有嚴格算法呢？經(jīng)很多輩人很多年的研究發(fā)現(xiàn)，安裝高程與水輪機的空蝕現(xiàn)象有緊密的聯(lián)系。影響因素主要有：空蝕現(xiàn)象及空蝕系數(shù)；材料的空蝕性能；河流水質(zhì)；當?shù)睾０渭皻鈮?。安裝高程概述水輪機的空化現(xiàn)象大約在20世紀被人們發(fā)現(xiàn)的，是水流在能量轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的一種不利現(xiàn)象。當液體溫度一定時，降低壓力到某一臨界壓力時，液體會汽化或溶解于液體中的空氣發(fā)形成空穴，這種現(xiàn)象稱為空化?？栈窃谝后w中形成空穴使液相流體的連續(xù)性遭到破壞，它發(fā)生在壓力下降某一臨界值的流動區(qū)域中。在空穴中主要充滿著液體的蒸汽以及從溶液中析出的氣體。當這空穴進入壓力較低的區(qū)域時，就開始發(fā)育成長為較大的氣泡。4.3.1空蝕4.3.1空蝕4.3.1空蝕當空化產(chǎn)生的氣泡被流體帶到壓力高于臨界值的區(qū)域，氣泡就將潰滅?？栈^程可以發(fā)生在液體內(nèi)部，也可以發(fā)生固定邊界上?？瘴g是指由于空泡的潰滅，過流表面材料由于長期沖擊產(chǎn)生疲勞破壞后引起的損壞。在空泡潰滅過程中伴隨機械、電化、熱力、化學等過程的作用?？瘴g是空化的直接后果，空蝕只發(fā)生在固體邊界上?？瘴g可定義為由于空化現(xiàn)象引起的過流表面材料的破壞。即最終結(jié)果表現(xiàn)為過流表面的破損。4.3.1空蝕4.3.1空蝕空蝕破壞后的過流部件4.3.1空蝕水輪機空蝕的特征：噪音：沉悶的低頻噪音；振動：機組振動加??；波動：效率、出力下降、擺動；破壞：過流表面損傷，出現(xiàn)麻點、蜂窩狀小坑，甚至穿孔。水輪機空蝕的根本原因：局部壓力過低（低于該溫度的臨界氣化壓力）。4.3.1空蝕水輪機空蝕的類型（依據(jù)發(fā)生部位）：翼型空蝕：發(fā)生在反擊式水輪機葉片上的空蝕；間隙空蝕：發(fā)生在過流間隙之間的空蝕；空腔空蝕：發(fā)生在尾水管內(nèi)的空蝕；局部空蝕：發(fā)生在不平整表面后的空蝕。4.3.1空蝕4.3.2空蝕系數(shù)衡量水輪機性能好壞有兩個重要參數(shù)，一個參數(shù)是效率，表示能量性能，另一個參數(shù)是空蝕系數(shù)，表示空化性能。一個好的水輪機轉(zhuǎn)輪必須同時具備良好的能量性能和空蝕性能，既要效率高，能充分利用水能，又要空化系數(shù)小，使水輪機在運行中不易發(fā)生氣蝕破壞。

4.3.2空蝕系數(shù)σ是壓力最低點動力真空的相對值，無因次量；σ值與轉(zhuǎn)輪翼型和水輪機的工況有關，一般轉(zhuǎn)輪出口動能大一些，空化系數(shù)σ也會增大；σ值與尾水管的性能有關，尾水管的恢復系數(shù)越大σ也越大，水輪機發(fā)生空化的可能性越大；對于某一水輪機，在既定的某一工況下，其σ值是定值。4.3.3水輪機的吸出高度壓力最低點的靜力真空又稱為吸出高度，它與水輪機安裝高程有關。取決于轉(zhuǎn)輪相對于下游水面的裝置高度，而與水輪機型式無關。吸出高度定義為壓力最低點至下游水位的垂直距離。吸出高度越小，則水輪機裝得越低，水輪機抗空蝕性能愈好，但水電站的基建投資則愈大，因此，選擇合理的吸出高度是水輪機裝置參數(shù)優(yōu)化設計和電站總體設計的技術經(jīng)濟的重要問題之一。4.3.3水輪機的吸出高度但是轉(zhuǎn)輪區(qū)域壓力最低點的位置很難界定，因此工程上對吸出高度做了統(tǒng)一規(guī)定。(1)立軸混流式水輪機：Hs為導葉下部底環(huán)平面到下游尾水位垂直高度；(2)立軸軸流式水輪機：Hs為轉(zhuǎn)輪葉片軸線到下游尾水位垂直高度。(3)斜流式水輪機:Hs為至轉(zhuǎn)輪葉片旋轉(zhuǎn)軸線于轉(zhuǎn)輪室內(nèi)表面交點到下游尾水位的垂直高度。(4)臥式反擊式水輪機：Hs是葉片最高點到下游尾水位的垂直高度。Hs

為正值表示轉(zhuǎn)輪位于下游水面之上；若為負值，則表示轉(zhuǎn)輪位于下游水面之下。Hs的絕對值常稱為淹沒深度。4.3.3水輪機的吸出高度吸出高度的規(guī)定4.3.3水輪機的吸出高度為了避免轉(zhuǎn)輪葉片上的空化，必須使壓力最低點壓力大于水流的飽和汽化壓力，即。經(jīng)化簡最終得到或

▽——水輪機安裝位置的海拔高程，可取為下游平均水位的海拔;

——模型空化系數(shù)?！鳌栈禂?shù)的修正值，可根據(jù)設計水頭H查?。?/p>

H——水輪機水頭；

——水輪機的空化安全系數(shù).4.3.4水輪機的安裝高程工程上對安裝高程

做了統(tǒng)一規(guī)定：對于

立軸反擊式水輪機安

裝高程是指導葉中心

面高程，如圖(a)所示；

對于臥式水輪機是指

主軸中心高程，如圖

（b）所示。4.3.4水輪機的安裝高程⑴立軸混流式水輪機式中——尾水位，m；