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6 机组水力参数的测量
6.1 概述
6.1.1水电站水力测量的目的和内容6.1.2非电量电测法的基本原理
6.1.1水电站水力测量的目的和内容
1、测量目的
为保证电站的安全运行和实现经济运行；为考查已投入运行机组的性能，促进水力机械基础理论的发展，提供和积累必要的数据资料，就必须对水电站及机组的有关水力参数进行测量监视。其中有些是经常的连续的监测，有些则是为某种特定的目的在试验时进行的测量。水电站必须设置先进的而完整的水力监测装置。
2、测量内容
对大中型水电站来说，需对拦污栅前、后压差，水电站上、下游水位及装置水头，水轮机工作水头和引用流量等水力参数进行测量，根据需要还要在某些机组上设置水轮机汽蚀、压力脉动、真空度、振动与轴向位移的测量装置。
6.1.2非电量电测法的基本原理
1、非电量电测法
在描述水电站及水力机组工作状态的参数中多数为非电量，传统的机械式测量方法，无法满足水电站的自动化要求，为此都采用电气的方法来测量，即非电量电测法。
2、非电量电测法的优点
1>测量范围大、灵敏度好、精度高；
2>可连续测量且便于显示和记录；
3>能对测量结果进行数学分析和处理；
4>惯性小，特别适应测量过渡过程；
5>便于测量元件的标准化和系列化。
6.2 传感器6.2.1概述
6.2.2压力压差传感器
6.2.3位移传感器
6.2.4振动传感器
6.2.5温度传感器
3、分类
1>按是否需外加能源分；自源、它源
2>按被测参数类型分：压力、位移、振动、温度
3>按测量的原理分：电阻、电容、电感、压电
6.2.2压力压差传感器
压力压差传感器可将被测介质的压力或压差转换为电信号输出。一般是用压力敏感元件直接将压力转换成电阻、电荷量等电量的变化。其主要类型有：
应变式：基于电阻应变原理，利用应变片配合适当的弹性元件而工作，其特点是精度高、体积小、重量轻、测量范围广和固定频率高等；
电感式：利用位移—电感变换器在位移因压力变化而变化时，其输出电压相应变化的原理来工作的；
压电式：以某些电介质的压电效应为基础进行工作的。所谓压电效应是指当晶体发生机械变形时，它们的相对两面上将发生异号电荷。（不能用于静态测量，只能用于动态测量）
6.2.3位移传感器
位移传感器可将位移量转换为电量。按位移的特征，分为线位移和角位移。常用的位移传感器有：
电位器式：属于电阻式的一种，它可将位移或其他能够转换为位移的物理量变换为电阻值的变化。其结构简单，采取补偿措施后线性度也较好，且可用于对大位移的测量；
电感式：它是根据电磁感应的原理，把被测位移转换为自感系数或互感系数的变化，再将自感系数或互感系数接入一定的转换电路，最后变为电信号输出。其具有结构简单、工作可靠、灵敏度高和输出功率大等优点
差动变压器式：属于电感式的一种，它利用线圈的互感作用而工作。具有灵敏度高和线性范围广等优点。
感应同步式：它是根据电磁耦合原理将位移转变成电信号。
6.2.4振动传感器（又称拾振器）
1．根据测量参考坐标的不同，分为两类。
相对式：有两个相对运动的部分，一个固定在相对静止的物体上作为参考点，另一个用弹簧压紧在振动物体上，将振动直接刻划在记录纸上或转换成电量输送给测振仪；（适于在一定的频率和振幅范围内工作）
绝对式（或惯性式）：通常是一个由质量块、弹簧组成的惯性系统，整个传感器装在被测物体上，由于惯性力、弹力和阻尼力的组合作用而使质量块对壳体做相对运动，来反映被测振动（水电站常用的形式）；
2．根据测量原理分为磁电式、应变式、压电式等。
磁电式速度传感器：其感应电动势正比于被测振动的速度；
应变式加速度传感器：应变片电阻值的变化正比于被测振动的加速度
压电式加速度传感器：传感器产生的电荷正比于被测振动的加速度
6.2.5温度传感器
1．热电阻传感器
热电阻：利用电阻与温度呈一定函数关系的金属导体或半导体材料制成的感温元件。
当被测件温度发生变化时，感温元件的电阻也随之发生变化。当我们知道其变化规律后，设法测出感温元件的电阻值，就可获得感温元件的温度，从而获得感温元件所在的环境温度。2．热电偶传感器
热电偶：由两种成分不同的导体A和B连接在一起构成的感温元件（当导体A和B的两个接点存在温差时，回路中将产生温差电势）。
利用热电偶的特性，可获得被测环境温度与基准温度之间的差值，从而获得被测环境的实际温度。
深圳大学实验报告 课程名称：电路分析 实验项目名称：交流电路元件参数的测定学院： 专业： 指导教师： 报告人：学号：班级： 实验时间： 实验报告提交时间： 教务部制
实验目的与要求： 1．正确掌握交流电流表、电压表、功率相位组合表的用法。 2．加深对交流电路元件特性的了解。 3．掌握交流电路元件参数的实验测定方法。 方法、步骤： 电阻器、电容器和电感线圈是工程上经常使用的基本元件。在工作频率不高的条件下，电阻器、电容器可视为理想电阻和理想电容。一般电感线圈存在较大电阻，不可忽略，故可用一理想电感和理想电阻的串联作为其电路模型。 电阻的阻抗为： 电容的阻抗为： 电感线圈的阻抗为： 电阻器、电容器、电感线圈的参数可用交流电桥等仪器测出，若手头没有这些设备，可搭建一个简单的交流电路，通过测阻抗算出元件参数值。 1．三表法 利用交流电流表、交流电压表、相位表（或功率表）测量元件参数称为三表法。这种方法最直接，计算简便。元件阻抗为 对于电阻 对于电容 对于电感，， 由已知的电源角频率ω，可进一步确定元件参数。 2．二表法 若手头上没有相位表或功率表，也可只用电流表和电压表测元件参数，这种方法称为二表法。由于电阻器和电容器可看作理想元件，已知其阻抗角为0或90度，故用二表法测其参数不会有什么困难。 二表法测电感线圈参数的电路如图2所示。图中的电阻R是一个辅助测量元件。由 图2可见，根据基尔霍夫电压定律有，而，其中和为假想电压，分别代表线圈中等效电阻r和电感L的端电压。各电压相量关系如图3所示，由于电压U、U1、U2可由电路中测得，故图中小三角形Δaob的各边长已知，再利用三角 形的有关公式求出bc边和ac边的长度，即电压U r和U L可求。最后，由式、 及已知的电源角频率ω可求得线圈的参数。 3．一表法 只用一个交流电压表测量元件参数的方法称为一表法，其原理与二表法相同，不同 的是辅助测量电阻R的阻值应预先已知，这样电路中电流可求，可省去一个电流表。此法有更强的实用性。
水轮机的选型设计 水轮机选型时水电站设计的一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的功能经济指标及运行稳定性，可靠性都有重要影响。 水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式，功能参数，水工建筑物的布置等，并考虑国内外已生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选若干个方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳型式与参数。 一：水轮机选型的内容，要求和所需资料 1：水轮机选择的内容 （1）确定单机容量及机组台数。 （2）确定机型和装置型式。 （3）确定水轮机的功率，转轮直径，同步转速，吸出高度及安装高程，轴向水推力，飞逸转速等参数。对于冲击式水轮机，还包括确定射流直径与喷嘴数等。（4）绘制水轮机的运转综合特性曲线。 （5）估算水轮机的外形尺寸，重量及价格。 wertyp9 ed\结合水轮机在结构、材质、运行等方面的要求，向制造厂提出制造任务书。 2.水轮机选择的基本要求 水轮机选择必须要考虑水电站的特点，包括水能、水文地质、工程地质以及电力系统构成、枢纽布置等方面对水轮机的要求。在几个可能的方案中详细地进行以下几方面比较，从中选择出技术经济综合指标最优的方案。 （1）保证在设计水头下水轮机能发生额定出力，在低于设计水头时机组的受阻容量尽可能小。 （2）根据水电站水头的变化，及电站的运行方式，选择适合的水轮机型式及参数，使电站运行中平均效率尽可能高。 （3）水轮机性能及结构要能够适应电站水质的要求，运行稳定、灵活、可靠，有良好的抗空化性能。在多泥沙河流上的电站，水轮机的参数及过流部件的材质要保证水轮机具有良好的抗磨损，抗空蚀性能。 （4）机组的结构先进、合理，易损部件应能互换并易于更换，便于操作及安装维护。 （5）机组制造供货应落实，提出的技术要求要符合制造厂的设计、试验与制造水平。 （6）机组的最大部件及最重要部件要考虑运输方式及运输可行性。 3.水轮机选型所需要的原始技术材料 水轮机的型式与参数的选择是否合理、是否与水电站建成后的实际情况相吻合，在很大程度上取决于对原始资料的调查、汇集和校核。根据初步设计的深度和广度的要求，通常应具备下述的基本技术资料： （1）枢纽资料：包括河流的水能总体规划，流域的水文地质，水能开发方式，水库的调节性能，水利枢纽布置，电站类型及厂房条件，上下游综合利用的要求，工程的施工方式和规划等情况。还应包括严格分析与核准的水能基本参数，诸如电站的最大水头Hmax、最小水头Hmin,加权平均水头Ha，设计水头Hr，各种特征流量Qmin、Qmax、Qa,典型年（设计水平年，丰水年，枯水年）的水头、流量过程。此外还应有电站的总装机容量，保证出力以及水电站下游水位流量关系曲线。 （2）电力系统资料：包括电力系统负荷组成，设计水平年负荷图，典型日负荷
交流电路参数的测定实验报告 一、实验目的: 1.了解实际电路器件在低频电路中的主要电磁特性，理解理想电路与实际电路的差异。明确在低频条件下，测量实际器件哪些主要参数。 2.掌握用电压表、电流表和功率表测定低频元件参数的方法。 3.掌握调压变压器的正确使用。 二、实验原理: 交流电路中常用的实际无源元件有电阻器、电感器和电容器。 在低频情况下，电阻器周围的磁场和电场可以忽略不计，不考虑其电感和分布电容，将其看作纯电阻。可用电阻参数来表征电阻器消耗电能这一主要的电磁特征。 电容器在低频时，可以忽略引线电感，忽略其介质损耗和漏导，可以用电容参数来表征其储存和释放电能的特征。 电感器的物理原型是导线绕制成的线圈，导线电阻不可忽略，在低频情况下，线匝间的分布电容可以忽略。用电阻和电感两个参数来表征。 交流电流元件的等值参数R、L、C可以用专用仪器直接测量。也可以用交流电流表、交流电压表以及功率表同时测量出U、I、P，通过计算获得，简称三表法。 本实验采用三表法，由电路理论可知，一端口网络电压电流及 将测量数据分别记入表一、表二、表三。每个原件各测三次，求其平均值。 三、仪器设备
1.调压变压器 2.交流电压表 3.功率表 4.交流电流表 5.电感电容电阻。 四、注意事项: 1.测量电路的电流限制在1A以内。 2.单相调压器使用时，先把电压调节手轮调在零位，接通电源后再从零位开始升压。每做完一项实验随手把调压器调回零再断开电源。 六、报告要求: 根据测试结果，计算各元件的等效参数，并与实际设备参数进行比较。 五、思考题 若调压变压器的输出端与输入端接反，会产生什么后果,
冲击式水轮发电机组技术参数水轮机 设计水头下 型号设计水头(m) 流量(m3/s)出力(KW)转速(r/min)发电机型号调速器型号 或机座号进水阀 CJ22-W-55/1×4.5 CJ22-W-55/1×5.5 CJ22-W-55/1×6 CJ22-W-55/1×7 CJ22-W-65/1×7.51600.0856109.9920SFW100-6/560手动调速Dg250 1900.0933*******SFW125-6/560手动调速Dg250 2200.1004177.71079SFW160-6/560手动调速Dg250 2600.1091222.91173SFW200-6/650手动调速Dg250 1000.10182.8 727SFW75-8/493手动调速Dg250 1200.1107108.6797SFW100-8/560手动调速Dg250 1400.1196134.4860SFW125-8/560手动调速Dg250 1500.1238147.8891SFW125-6/560手动调速Dg250 1700.1317183948SFW160-6/560手动调速Dg250 1900.1393217.61002SFW200-6/650手动调速Dg250 2200.1499268.81079SFW250-6/740手动调速Dg250 2700.166355.31195SFW320-6/740手动调速Dg250 800.10969.4 615SFW55-10/560手动调速Dg250 900.11681.7 655SFW75-10/560手动调速Dg250 1100.128111.8720SFW100-8/560手动调速Dg250 1300.139142.4785SFW125-8/650手动调速Dg250 1500.149174835SFW160-8/650手动调速Dg250 1700.159212890SFW200-6/650手动调速Dg250 2000.172274.8970SFW250-6/740手动调速Dg250 2400.1883551070SFW320-6/740手动调速Dg250 1000.1637131.5727SFW125-8/560手动调速Dg250 1200.1793172.2797SFW160-8/650手动调速Dg250 1500.2004234.1891SFW200-8/740手动调速Dg250 1600.207262.3920SFW250-6/740手动调速Dg250 1900.2256344.41002SFW320-6/740手动调速Dg250 2200.2427425.31079SFW400-6/850手动调速Dg250 600.14869.7 450SFW55-8/493手动调速Dg300 700.15989.8 486SFW75-8/493手动调速Dg300 800.17 108520SFW100-12/740手动调速Dg300 1000.19 152580SFW125-10/650手动调速Dg300 1100.199174610SFW160-10/740手动调速Dg300 1300.216220662SFW200-10/850手动调速Dg300 1500.233278.5713SFW250-8/740手动调速Dg300 1700.248355758SFW320-8/850手动调速Dg300 2100.275448840SFW400-8/850手动调速Dg300 2400.294557900SFW500-6/850手动调速Dg300 CJ22-W-65/1×8.8105-1700.24-0.312200-400600-750850-990手动调速 1400.1937218.7676SFW200-8/740手动调速Dg300 1600.2071273.7723SFW250-8/740手动调速Dg300 1900.2257353.4788SFW250-8/740手动调速Dg300 CJ22-W-70/1×72200.2428432.3848SFW400-8/850手动调速Dg300 2600.264560.2921SFW500-6/850手动调速Dg300 2900.2788688.6973SFW630-6/990手动调速Dg300
深圳大学实验报告 课程名称：电路与电子学 实验项目名称：交流电路元件参数的测定 学院：信息工程学院 专业：无 指导教师：吴迪 报告人：王文杰学号：2013130073 班级：信工02 实验时间：2014/5/22 实验报告提交时间：2014/5/26 教务部制
一、实验目的与要求： 1．正确掌握交流数字仪表（电压表、电流表、功率表）和自耦调压器的用法。 2．加深对交流电路元件特性的了解。 3．掌握交流电路元件参数的实验测定方法。 二、方法、步骤： 电阻器、电容器和电感线圈是工程上经常使用的基本援建。在工作频率不高的条件下，电阻器、电容器可视为理想电阻和理想电容。一般电感线圈存在较大电阻，不可忽略，故可用一理想电感和理想电阻的串联作为电路模型。 电阻的阻抗为：Z=R 电容的阻抗为：Z=jX C=－j(1/ωC) 电感线圈的阻抗为：Z=r+ jX L=r+jωL=|Z|∠ 电阻器、电容器、电感线圈的参数可用交流电桥等一起测出，若手头没有这些设备，可大减一个简单的交流电路，通过测阻抗算出元件参数值。 1.三表法 利用交流电流表、交流电压表、相位表（或功率表）测量元件参数称为三表法、这种方法最直接，计算简便。实验电路如图1所示。元件阻抗为： 对于电阻 对于电容 对于电感 由已知的电源角频率ω，可进一步确定元件参数。
2.二表法 若手头上没有相位表或功率表，也可只用电流表和电压表测元件参数，这种方法称为二表法。由于电阻器和电容器可看作理想元件，已知其阻抗为0或者90度，故用二表法测其参数不会有什么困难。 二表法测电感线圈参数如图2所示。途中的电阻R是一个辅助测量元件。由图2课 件，根据基尔霍夫电压定律有，而，其中和为假想电压，分别代表线圈中等效电阻r和电感L的端电压。各电压相量关系如图3所示，忧郁U、U1、U2可由电路中测的，故途中小三角△aob的各边长已知，再利用三角形的有关公式（或准确地画出图3，由图3直接量的）求出bc边和ac边的长度，即电压U r 和U L可求。最后，由式及已知的电源角频率ω可求得线圈的参数。 3.一表法 只用一个交流电压表测量元件参数的方法称为一表法，其原理与二表法相同，不同
单相电路参数测量及功率因数的提高 一实验目的 1．掌握单相功率表的使用。 2．了解日光灯电路的组成、工作原理和线路的连接。 3．研究日光灯电路中电压、电流相量之间的关系。 4．理解改善电路功率因数的意义并掌握其应用方法。 二实验原理 1．日光灯电路的组成 日光灯电路是一个RL串联电路，由灯管、镇流器、起辉器组成，如图3－1所示。由于有感抗元件，功率因数较低，提高电路功率因数实验可以用日光灯电路来验证。 I 图3－1日光灯的组成电路 灯管：内壁涂上一层荧光粉，灯管两端各有一个灯丝（由钨丝组成），用以发射电子，管内抽真空后充有一定的氩气与少量水银，当管内产生辉光放电时，发出可见光。 镇流器：是绕在硅钢片铁心上的电感线圈。它有两个作用，一是在起动过程中，起辉器突然断开时，其两端感应出一个足以击穿管中气体的高电压，使灯管中气体电离而放电。二是正常工作时，它相当于电感器，与日光灯管相串联产生一定的电压降，用以限制、稳定灯管的电流，故称为镇流器。实验时，可以认为镇流器是由一个等效电阻R L和一个电感L串联组成。 起辉器：是一个充有氖气的玻璃泡，内有一对触片，一个是固定的静触片，一个是用双金属片制成的U形动触片。动触片由两种热膨胀系数不同的金属制成，受热后，双金属片伸张与静触片接触，冷却时又分开。所以起辉器的作用是使电路接通和自动断开，起一个自动开关作用。 2．日光灯点亮过程 电源刚接通时，灯管内尚未产生辉光放电，起辉器的触片处在断开位置，此
时电源电压通过镇流器和灯管两端的灯丝全部加在起辉器的二个触片上，起辉器的两触片之间的气隙被击穿，发生辉光放电，使动触片受热伸张而与静触片构成通路，于是电流流过镇流器和灯管两端的灯丝，使灯丝通电预热而发射热电子。与此同时，由于起辉器中动、静触片接触后放电熄灭，双金属片因冷却复原而与静触片分离。在断开瞬间镇流器感应出很高的自感电动势，它和电源电压串联加到灯管的两端，使灯管内水银蒸气电离产生弧光放电，并发射紫外线到灯管内壁，激发荧光粉发光，日光灯就点亮了。 灯管点亮后，电路中的电流在镇流器上产生较大的电压降（有一半以上电压），灯管两端（也就是起辉器两端）的电压锐减，这个电压不足以引起起辉器氖管的辉光放电，因此它的两个触片保持断开状态。即日光灯点亮正常工作后，起辉器不起作用。 3．日光灯的功率因数 日光灯点亮后的等效电路如图2 所示。灯管相当于电阻负载R A ，镇流器用内阻R L 和电感L 等效代之。由于镇流器本身电感较大，故整个电路功率因数很低，整个电路所消耗的功率P 包括日光灯管消耗功率P A 和镇流器消耗的功率P L 。只要测出电路的功率P 、电流I 、总电压U 以及灯管电压U R ，就能算出灯管消耗的功率P A =I ×U R ， 镇流器消耗的功率P L =P ?P A ，UI P =?cos R A 图3－2日光灯工作时的等效电路 2．功率因数的提高 日光灯电路的功率因数较低，一般在0.5 以下，为了提高电路的功率因数，可以采用与电感性负载并联电容器的方法。此时总电流I 是日光灯电流 I L 和电容器电流 I C 的相量和：? ? ? +=C L I I I ，日光灯电路并联电容器后的相量图如图3 所示。由于电容支路的电流I C 超前于电压U 90°角。抵消了一部分日光灯支路电流中的无功分量，使电路的总电流I 减小，从而提高了电路的功率因数。电压与电流的相位差角由原来的 1?减小为?，故cos ?＞cos 1?。 当电容量增加到一定值时，电容电流C I 等于日光灯电流中的无功分量，?= 0。cos ?=1，此时总电流下降到最小值，整个电路呈电阻性。若继续增加电容量，
实验报告 一、实验目的 1. 学会用交流电压表、交流电流表和功率表测量元件的交流等效参数的方法 2. 学会功率表的接法和使用 二、原理说明 1. 正弦交流激励下的元件值或阻抗值，可以用交流电压表、交流电流表及功率表，分别测量出元件两端的电压U，流过该元件的电流I和它所消耗的功率P，然后通过计算得到所求的各值，这种方法称为三表法，是用以测量50Hz交流电路参数的基本方法。 计算的基本公式为 阻抗的模 │Z│= U I 电路的功率因数 cosφ= P UI 等效电阻 R＝P I 等效电抗X=│Z│sinφ 如果被测元件是一个电感线圈，则有： X= XL=│Z│sinφ= 2πf L 如果被测元件是一个电容器，则有： X= X C=│Z│sinφ= 1 2πfc 2. 阻抗性质的判别方法： 在被测元件两端并联电容或串联电容的方法来加以判别，方法与原理如下： (1) 在被测元件两端并联一只适当容量的试验电容, 若串接在电路中电流表的读数增大，则被测阻抗为容性，电流减小则为感性。 (a) (b) 图12-1 并联电容测量法 图12-1(a)中，Z为待测定的元件，C’为试验电容器。(b)图是(a)的等效电路，图中G、B为待测阻抗Z的电导和电纳，B'为并联电容C’的电纳。在端电压有效值不变的条件下，按下面两种情况进行分析： ①设B＋B’＝B"，若B’增大，B"也增大，则电路中电流I 将单调地上升，故可判断B 为容性元件。 ②设B＋B’＝B"，若B’增大，而B"先减小而后再增大，电流I 也是先减小后上升， 如图5-2所示，则可判断B为感性元件。 I I2
I g B 2B B ’ 图5-2 I -B'关系曲线 由上分析可见，当B 为容性元件时，对并联电容C ’值无特殊要求；而当B 为感性元件时，B ’<│2B │才有判定为感性的意义。B ’>│2B │时， 电流单调上升，与B 为容性时相同，并不能说明电路是感性的。因此B ’<│2B │是判断电路性质的可靠条件，由此得判定条件为 C ’= 2B ω (2) 与被测元件串联一个适当容量的试验电容，若被测阻抗的端电压下降，则判为容性，端压上升则为感性，判定条件为 1ωC ’ <│2X │ 式中X 为被测阻抗的电抗值，C ’为串联试验电容值，此关系式可自行证明。 判断待测元件的性质，除上述借助于试验电容C'测定法外还可以利用该元件电流、电压间的相位关系，若i 超前于u ，为容性；i 滞后于u ，则为感性。 序号 名称 型号与规格 数量 备注 1 交流电流表 1 D37-1 2 交流电压表 1 D38-1 3 单相功率表 1 D34- 2 4 自耦调压器 1 DG01 5 电容负载 4.7μF 450V 1 DG09 6 电感线圈 40W 日光灯配用 1 DG09 7 白炽灯 25W/220V 3 DG08 四、实验内容 测试线路如图12-3所示 1. 按图12-3接线，并经指导教师检查后，方可接通市电电源。 2. 分别测量15W 白炽灯(R)，40W 日光灯镇流器(L) 和4.7μf 电容器( C)的等效参数。要求R 和C 两端所加的电压为220V ，L 中流过电流小于0.4A 。 3. 测量L 、C 串联与并联后的等效参数。 4. 用并接试验电容的方法来判别LC 串联和并联后阻抗的性质。 计算所需的电容大小：
摘要 水电站机电部分设计主要根据获得的设计材料中给定的水头范围进行的主机选型，根据选择的三方案中择优进行模型综合特性曲线的绘制，即选出一方案进行绘制，再根据效率，转速等选其一进行蜗壳、尾水管、水轮发电机外形的计算和绘图，最后进行水轮机的调节保证计算和调速器设备选择。 关键字：水轮机主机选型；水电站机电设备初步计算；外形设计；调节保证计算。
前言 毕业设计是高等教育教学中的最后一个教学环节，是实践性教育的环节。 毕业设计与其他教学环节构成有机的整体，也是各个教学环节的继续、深化补充和检验，是将分散、局部的知识内容加以全面的结合，这次设计提高了我们运用知识的综合能力，将知识化为能力，巩固和加深所学知识，培养知识，综合了系统化的运用。 目前，我国大陆水力资源理论蕴藏在1万KW以上的河流共3886条，水力资源理论蕴藏年发电量6082.9Tw·h；技术可开发装机容量541.64GW。经济可开发装机容量401.8GW。我国水力资源具有三个鲜明特点：第一、在地域上分布极不平衡，西部多，东部少。西部水利资源开发出了满足西部电力市场的需要，更重要的是考虑东部电力市场。第二、大多数河流年内、年际经流分布不均。第三、水力资源集中于大江大河，有利于集中开发和规模外送。 本次设计的主要内容为主机选型、蜗壳、尾水管、发电机确定和调节保证计算。设计过程中，依据资料水电站水头，单机引水流量，总装机，对水轮机发电进行初选，并根据单位转速，模型综合特性曲线，对水轮机型号，转速，效率出力等进行认真计算，校验，对选择方案的蜗壳水管，水轮机选型和绘图。对水轮机进行调节保证机算。
通过这次对相关专业知识的课题设计，更加深入的认识知识和实际应用，学会知识与实际结合、与实践结合，得以充分利用知识为以后工作打下了坚实的基础。 编者 2012年5月 目录 摘要 (1) 前言 (2) 目录 (3) 第一章水轮机型号选择 (5) 第一节水轮机型的选择 (5) 第二节初选水轮机基本参数的计算 (6) 第三节水轮机运转综合特性曲线的绘制 (17) 第四节待选方案的综合比较和确定 (19) 第二章蜗壳计算 (21) 第一节蜗壳形式、进口断面参数选择 (21) 第二节蜗壳各断面参数计算 (23) 第三节金属蜗壳图 (25) 第三章尾水管选型 (26) 第四章水轮发电机的初步选择计算 (27) 第五章调节保证计算及设备的选择 (33) 第一节调节保证计算 (33)
第三节 水轮机的比转速 一、水轮机比转速的概念 水轮机的单位参数111111,,P Q n 只能分别从不同的方面反映水轮机的性能。为了找到一个能综合反映水轮机性能的单位参数，提出了比转速的概念。 由式（3-14）、式（3-16）消去1Q 可得4/51111/H NP n P n =。对于同一系列水轮机， 在相似工况下其1111P n 和均为常数，因此，常数=1111P n ，这个常数就称为水轮机的比转速，常用s n 表示，即 45H P n n s = （3-26） 式（3-26）中，n 以r/min 计；H 以m 计；P 以kw 计。从上式可见，比转速s n 是一个与1D 无关的综合单位参数，它表示同一系列水轮机在=H 1m ，=P 1kw 时的转速。 如果将H D Q Q D H n n HQ P 2111111,81.9===和η代入式（3-26），可导出s n 的另 外两个公式。 4313.3H Q n n s η = （3-27） η111113.3Q n n s = （3-28） 另外，如果在式（3-26）中P 定义为马力，对应比转速s n (用马力计算)与上述s n (用千瓦计算)的换算关系为： s n (用马力计算)s p n H KW P n H h P n 67)(67)(4545===(用千瓦计算) （3-29） 将比转速表达式作适当变换，可写成以下公式： 434565.381.967H Q n H HQ n n s ηη== （3-30） 用单位参数表示为： η111165.3Q n n s = （3-31） 由式（3-26）~式（3-28）可见，s n 综合反映了水轮机工作参数P Q H n 或,,之间的关 系，也反映了单位参数111111,Q P n 或之间的关系，因此，s n 是一个重要的综合参数，它代表同一系列水轮机在相似工况下运行的综合性能。目前国内大多采用比转速s n 作为水轮机系列分类的依据。但由于s n 随工况变化而变化，所以通常规定采用设计工况或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
第1章 概论 （一） 单项选择题 1．水轮机的工作水头是（ ）。 （A ）水电站上、下游水位差 （B ）水轮机进口断面和出口断面单位重量水流的能量差 2．水轮机的效率是（ ）。 （A ）水轮发电机出力与水流出力之比 （B ）水轮机出力与水流出力之比 3．反击式水轮机是靠（ ）做功的。 （A ）水流的动能 （B ）水流的动能与势能 4. 冲击式水轮机转轮是（ ）。 （A ）整周进水的 （B ）部分圆周进水的 5．喷嘴是（ ）水轮机的部件。 （A ）反击式 （B ）冲击式 （二）填空题 1．水电站中通过 把水能转变成旋转机械能，再通过 把旋转机械能转变成电能。 2．水轮机分为 和 两大类。 3．轴流式水轮机分为 和 两种。 4．水轮机主轴的布置形式有 和 两种。 5．冲击式水轮机有 、 和 三种。 （三）计算题 1．某水轮机的水头为18.6m ，流量为1130m 3/s ，水轮机的出力为180MW ，若发电机效率97.0=g η，求水轮机的效率和机组的出力g P 。 2．某水轮机蜗壳进口压力表的读数为a P 310650?，压力表中心高程为887m ，压力表所在钢管内径D = 6.0m ，电站下游水位为884m ，水轮机流量Q = 290 m 3/s ，若水轮机的效率%92=η，求水轮机的工作水头与出力。 第2章 水轮机的工作原理 （一） 单项选择题 1．水轮机中水流的绝对速度在轴面上的投影是（ ）。 （A ）轴向分量z v （B ）轴面分量m v 2．水轮机中水流的轴面分量m v 与相对速度的轴面分量m w （ ）。 （A ）相等 （B ）不相等 3．水轮机输出有效功率的必要条件是（ ）。 （A ）进口环量必须大于0 （B ）进口环量必须大于出口环量 4．无撞击进口是指水流的（ ）与叶片进口骨线的切线方向一致。 （A ）绝对速度 （B ）相对速度 5．法向出口是指（ ）。 （A ）出口水流的绝对速度是轴向的 （B ）出口水流的绝对速度与圆周方向垂直 （二）填空题 1．水轮机转轮中的水流运动是 和 的合成。 2．水轮机轴面上所观察到的水流速度分量是 和 。
水轮机型号选择 根据水电站的水头变化范围36.0m~38.0m,在水轮机洗力型谱表3-3，表3-4中查出适合的机型有HL240和ZZ440两种，现将这两种水轮机作为初选方案，分别求出有关参数，并进行比较分析。 一）HL240型水轮机方案的主要参数选择 1).转轮直径D1计算 查表3-6和图3-12可得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量 Q '1 = 1.24 s m 3 效率m η =92%，由此可初步假定原型水轮机在该工况 下的单位流量Q '1=Q M '1=1.24s m 3 上述的 Q '1，η和额定出力r N =kw kw N gr gr 40816% 984==万η r H =36m 1D = η 2\3181.9Hr Q Nr '= 92 .03624.181.940816 2 \3??=4.109 m 选用与之接近而偏大的标称直径 D1=4.5m 2) 转速n 计算 查表3-4可得HL240型水轮机在最优工况下单位转速 M n 10 '=72min r ,初步假定10n '=M n 10'将已知的10n '和加权平均水头av H =36m, 1D =4.2m 代入 n= 965 .4367211 =?='D H n min r 故选用与之接近而偏大的用步转速n=100min r 3) 效率及单位参数修正 查表3-6可得HL240型水轮机在最优工况下的模型最高效率为 M m a x η=92% 模型转轮直径为M D 1=0.46m 根据式（3-14） ，求得原型效率 %9.945 .446.0)92.01(1)1(155 11max max =--=--=D D M M ηη则效率修正值为 %9.2%92%9.94max max =-=-=?M ηηη 考
RLC正弦交流电路参数测量实验报告
【RLC正弦交流电路参数测量】实验报告 【实验目的】 1.熟悉正弦交流电的三要素，熟悉交流电路中的矢量关系； 2.学习用示波器观察李萨尔图形的方法； 3.掌握R,L,C元件不同组合时的交流电路参数的基本测量方法。 【实验摘要（关键信息）】 1.在面包板上搭接R、L、C的并联电路； 2、将R、L并联，测量电压和电流的波形和相位差，计算电路的功率因素。 3、将R、C并联，测量电压和电流的波形和相位差，计算电路的功率因素。 4、将R、L、C并联，测量电压和电流的波形和相位差，由相位差分析负载性质。计算功率因素。 【实验原理】 1.正弦交流电的三要素 初相角：决定正弦量起始位置； 角频率：决定正弦量变化快慢 幅值:决定正弦量的大小。 2.电路参数 在正弦交流电路的负载中，可以是一个独立的电阻器、电感器或电容器，也可以由他们相互组合（以串联为例）。电路里元件的阻抗特性为 当采用交流电压表、电流表和有功功率表对电路 测量时（三表法），可用下列计算公式来表述Z与 P、U、I相互之间的关系： 负载阻抗的模︱Z︱；负载回路的等效电阻 ； 负载回路的等效电抗； 功率因数cosφ;电压与电流的相位差φ 当φ>0时，电压超前电流；当φ<0时，电压滞后电流。 3.矢量关系：基尔霍夫定律在电路电路里依然成立，有和，可列出回路方程与节点方程。 【电路图】
电路图1 电路图2
电路图3 【实验环境（仪器用品等）】 面包板，示波器，1KΩ电阻，47Ω电阻,导线,函数发生器，10mH电感，0.1μF 电容 【实验操作】 1.分别按照电路图1、2、3在面包板上连接电路； 2.调节函数发生器，使其通道1输出频率为1KHz,峰峰值为5V的正弦波； 3.示波器校准，通道1接入函数发生器输出的信号，通道2接入通过47Ω小 电阻的信号，两通道地线要接在一起； 4.调节示波器，使其为李萨尔图形，观察两波形相位差，记录数据并分析。【实验数据与分析】 1.R、L并联
水轮机的型号（转） 根据我国“水轮机型号编制规则”规定，水轮机的型号由三部分组成，每一部分用短横线“—”隔开。第一部分由汉语拼音字母与阿拉伯数字组成，其中拼音字母表示水。 轮机型式，阿拉伯数字表示转轮型号，入型谱的转轮的型号为比转速数值，未入型谱的转轮的型号为各单位自己的编号，旧型号为模型转轮的编号；可逆式水轮机在水轮机型式后加“N”表示。第二部分由两个汉语拼音字母组成，分别表示水轮机主轴布置形式和引水室的特征；第三部分为水轮机转轮的标称直径以及其它必要的数据。水轮机型号中常见的代表符号如表1-2所示。 对于冲击式水轮机，上述第三部分应表示为：转轮标称直径（cm）/每个转轮上的喷嘴数×射流直径（cm）。 表1-2水轮机型号的代表符号
各种型式水轮机的转轮标称直径（简称转轮直径，常用表示）规定如下（参见图1-12所示）： 1．混流式水轮机转轮直径是指其转轮叶片进水边的最大直径； 2．轴流式、斜流式和贯流式水轮机转轮直径是指与转轮叶片轴线相交处的转轮室内径； 3．冲击式水轮机转轮直径是指转轮与射流中心线相切处的节圆直径。 水轮机型号示例： 1．HL220-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。 2．ZZ560-LH-500，表示转轮型号为560的轴流转桨式水轮机，立轴、混凝土蜗壳，转轮直径为500cm。 3．GD600-WP-300，表示转轮型号为600的贯流定桨式水轮机，卧轴、灯泡式引水，转轮直径为300cm。 4．2CJ20-W-120/2×10，表示转轮型号为20的水斗式水轮机，一根轴上装有2个转轮，卧轴、转轮直径为120cm，每个转轮具有2个喷嘴，射流直径为10cm。 主题：[水力发电设备]水轮发电机
第四章水轮机选择 §4.1 水轮机的标准系列 由于各开发河段的水力资源和开发利用的情况不同，水电站的工作水头和引用流量范围也不同，为了使水电站经济安全和高效率的运行，就必须有很多类型和型式的水轮机来适应各种水电站的要求。 一、反击式水轮机的系列型谱 表4—1、4—2、4—3、4—4中给出了轴流式、混流式水轮机转轮的参数。 1)、水轮机的使用型号规定一律采用统一的比转速代号。 2)、每一种型号水轮机规定了适用水头范围。水头上限是根据该型水轮机的强度和汽蚀条件限制的，原则上不允许超过；下限主要是考虑到使水轮机的运行效率不至于过低。 二、水斗式水轮机转轮参数 表4—5，系列型谱尚未形成 三、水轮机转轮尺寸系列表（表4—6） 四、水轮发电机标准同步转速（表4—7） 五、水轮机系列应用范围图 为纵座标绘制某一系列水轮机应用范围。 以H为横座标，N 单 1、根据H r、N r→范围→D1，n。 2、水轮机吸出高度的确定H s：根据h s~H的关系曲线确定。 由H r→h s，H s＝h s－▽／900
§4.2水轮机的选择 一、水轮机选择的意义、原则、内容 1、意义 水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益，因此根据H、N的范围选择水轮机是水电站中主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。 2、原则 (1)、充分考虑电站特点（水文水能、电力系统技术条件，电站总体布置)。 (2)、有利于降低电站投资、运行费、缩短工期，提前发电 (3)、提高水电站总效率，多发电 (4)、便于管理、检修、维护，运行安全可靠，设备经久耐用 (5)、优先考虑套用机组 3、内容 (1)、确定机组台数及单机容量 (2)、选择水轮机型式（型号） (3)、确定水轮机转轮直径D1、n、H s、Z a；Z0、d0 (4)、绘制水轮机运转特性曲线
实验十五 用三表法测量电路等效参数 一、实验目的 1. 学会用交流电压表、 交流电流表和功率表测量元件的交流等效参数的方法。 2. 学会功率表的接法和使用。 二、原理说明 1. 正弦交流信号激励下的元件值或阻抗值，可以用交流电压表、 交流电流表及功率表分别测量出元件两端的电压U 、流过该元件的电流I 和它所消耗的功率P ，然后通过计算得到所求的各值，这种方法称为三表法， 是用以测量50Hz 交流电路参数的基本方法。 计算的基本公式为： 阻抗的模I U Z = ， 电路的功率因数 cos φ＝UI P 等效电阻 R ＝ 2I P ＝│Z │cos φ， 等效电抗 X ＝│Z │sin φ 或 X ＝X L ＝2πfL ， X ＝Xc ＝ fC π21 1. 阻抗性质的判别方法：可用在被 测元件两端并联电容或将被测元件与电容 串联的方法来判别。其原理如下： 图15-1 并联电容测量法 (1) 在被测元件两端并联一只适当容量的试验电容, 若串接在电路中电流表的读数增大，则被测阻抗为容性， 电流减小则为感性。 图15-1(a)中，Z 为待测定的元件，C'为试验电容器。 (b)图是(a)的等效电路，图中G 、B 为待测阻抗Z 的电导 和电纳，B'为并联电容C' 的电纳。在端电压有效值不变 的条件下，按下面两种情况进行分析： ① 设B ＋B'＝B"，若B'增大，B"也增大，则 图15-2 电路中电流I 将单调地上升，故可判断B 为容性元件。 ② 设B ＋B'＝B"，若B'增大，而B"先减小而后再增大，电流I 也是先减小后上升，如图15-2所示，则可判断B 为感性元件。 由以上分析可见，当B 为容性元件时，对并联电容C'值无特殊要求；而当B 为感性元件时，B'<│2B │才有判定为感性的意义。B'>│2B │时，电流单调上升，与B 为容性时 相同，并不能说明电路是感性的。因此B'<│2B │是判断电路性质的可靠条件， , . . (a) (b)
交流电路参数的测定三表法的实验原理 交流电路参数的测定三表法的实验原理 类别：电子综合 1．交流电路元件的等值参数R，L，C可以用交流电桥直接测得，也可以用交流电压表、交流电流表和功率表分别测量出元件两端的电压U、流过该元件的电流I和它消耗的功率P，然后通过计算得到。后一种方法称为“三表法”。“三表法”是用来测量50Hz频率交流电路参数的基本方法。 如被测元件是一个电感线圈，则由关系可得其等值参数为同理，如被测元件是一个电容器，可得其等值参数为2．阻抗性质的判别方法。如果被测的不是一个元件，而是一个无源一端口网络，虽然从U,I,P三个量，可得到该网络的等值参数为R＝|Z|cos，X＝|Z|sin，但不能从X的值判断它是等值容抗，还是等值感抗，或者说无法知道阻抗幅角的正负。为此，可采用以下方法进行判断。（1）在被测无源网络端口（入口处）并联一个适当容量的小电容。在一端口网络的端口再并联一个小电容C时，若小电容C＝Zsinr,a，视其总电流的增减来判断。若总电流增加，则为容性；若总电流减小，贝刂为感性。图1（a）中，Z为待测无源网络的阻抗，C为并联的小电容。图1（b）是图1（a）的等效电路，图中G，B为待测无源网络的阻抗Z的电导和电纳，B为并联小电容C的电纳。在端电压有效值不变的条件下，按下面两种情况进行分析：①设B＋B＝B"，若B增大，B"也增大，则电路中电流I单调地增大，故可判断B为容性。②设B＋B＝B"，若B增大，而B"先减小再增大，则电流I也是先减小再增大，如图2所示，则可判断B为感性。由以上分析可见，当B为容性时，对并联小电容的值C无特殊要求；而当B为感性时，B<|2B|才有判定为感性的意义。B>|2B|时,电流单调增大,与B为容性时相同,但并不能说明电路是感性的。因此，B<|2B|是判断电路性质的可靠条件。由此可得定条件为 图1 阻抗与导纳变换示意图图2 负载并联电容后电流变化示意图（2）在被测无源网络的入口串联一个适当容量的电容C。若被测网络的端电压下降，则判为容性电路；反之，若端电压上升，则判为感性电路。判定条件为，式中X为被测网络的电抗，C为串联电容的值。（3）用“三压法”测Φ，进行判断。在原一端口网络入口处串联一个电阻r，如图3(a)所示，向量如图3(b)所示，由图可得r，Z串联后的阻抗角Φ为测得U,Ur,Uz,即可求得Φ
水轮机型号选择 根据已知的水能参数初选水轮机型号 最大工作水头：H max =Z 上max -Z 下min -△h=609.86-573.12-1.732=35 m 最小工作水头：H min =Z 上min -Z 下max -△h=607.78-574.27-1.732=31.77m 平 均 水 头：H a =12 (H max +H min )= 1 2 ×(35.85+31.35)=33.4 m 查水电站机电设备手册根据我国小型反击式水轮机适应范围参考表初选水轮机型号。 初选水轮机型号：HL240-LJ-140 水轮机类型 混流式 转轮型号 HL240 最大水头 35m 最小水头 31.77m 设计水头 33m 出力 3400kw 校核机组的稳定性 水轮机主要参数的计算： HL240-LJ-140型水轮机方案主要参数的计算: 转轮直径计算 Nr=3400/0.95=3368.42kw Hr=33.4m D 1= M Hr Q Nr η23 181.9' (1-3) 式中： Nr-为水轮机的额定出力（kw ） D 1 -为水轮机的转轮直径（m ） ηM -为水轮机的效率 Hr-为设计水头（m ） Q 1′--为水轮机的单位流量（m 3/s ） 由水力机械课本附表1中查得Q 1′=12.4 L/s=1.24m 3/s,同时在附表1中查得
水轮机模型在限制工况下的效率ηM =90.4%，由此可初步假定水轮机在该工况的效率为92.0% 将Nr=3400kw, Q 1′=1.24 m 3/s, Hr=33.4m, ηM =92%得 m D 12.192 .04.3324.181.942 .33682 31=???= 选择与之接近而偏大的标准直径D 1=1.40m 效率的修正值计算 由水力机械课本附表1查得水轮机模型在最优工况下的效率ηMmax =89.6%,模 型转轮直径D 1M =0.46m, 则原型水轮机的最高效率η max ，即： η max =1-（1-η Mmax ）5 1 1D D M (1-4) 式中： ηmax --为原型水轮机的最高效率 η Mmax --为水轮机模型在最优工况下的效率 D 1M --为模型转轮直径 （m ） D 1 --为原型转轮直径 （m ） 将η Mmax =91.0% ，D 1M =0.46m, D 1=1.4m 带入得: η Mmax =1-（1-η max ）5 1 1D D M =1-（1-0.91）54 .146.0 =92.8% 考虑到制造工艺水平的情况取ε1=1%由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模型基本相似，故认为ε2=0，则效率修正值Δη为： Δη=ηmax -η Mmax -ε 1 式中： Δη--为效率修正值 ηmax --为原型水轮机的最高效率 η Mmax --为水轮机模型在最优工况下的效率 将ηmax=0.928，ηMmax=0.91，ε1= 0.01带入上式得：
三表法测量电路等效参数 实验目的： 1. 学会用交流电压表、 交流电流表和功率表测量元件的交流等效参数的方法。 2. 学会功率表的接法和使用。 原理说明： 1. 正弦交流信号激励下的元件值或阻抗值，可以用交流电压表、 交流电流表及功率表 分别测量出元件两端的电压U 、流过该元件的电流I 和它所消耗的功率P ，然后通过计算得 到所求的各值，这种方法称为三表法， 是用以测量50Hz 交流电路参数的基本方法。 计算的基本公式为： 阻抗的模I U Z = ， 电路的功率因数 cos φ＝UI P 等效电阻 R ＝ 2I P ＝│Z │cos φ， 等效电抗 X ＝│Z │sin φ 或 X ＝X L ＝2πfL ， X ＝Xc ＝fC π21 2. 阻抗性质的判别方法：可用在被测元件两端并联电容或将被测元件与电容串联的方法 来判别。其原理如下： （1）在被测元件两端并联一只适当容量的试验电容, 若串接在电路中电流表的读数增大， 则被测阻抗为容性，电流减小则为感性。 图1(a)中，Z 为待测定的元件，C'为试验电容器。(b)图是(a)的等效电路，图中G 、B 为 待测阻抗Z 的电导和电纳，B'为并联电容C' 的电纳。 图1 在端电压有效值不变的条件下，按下面两种情况进行分析： ① 设B ＋B'＝B"，若B'增大，B"也增大，则电路中电流I 将单调地上升，故可判断B 为 容性元件。 ② 设B ＋B'＝B"，若B'增大，而B"先减小而后再增大，电流I 也是先减小后上升，如图 15-2所示，则可判断B 为感性元件。 由以上分析可见，当B 为容性元件时，对并联电容C'值无特殊要求；而当B 为感性元件 时，B'<│2B │才有判定为感性的意义。B'>│2B │时，电流单调上升，与B 为容性时相同，