水轮机计算部分

支管水力计算水力计算是水利工程中非常重要的一部分，它涉及到管道、泵站、水轮机等工程构筑物的设计与运行。

正确进行水力计算可以确保工程的安全稳定运行，因此水力计算是水利工程中一项非常重要的技术。

本文将全面介绍水力计算的内容，包括管道水力计算、泵站水力计算和水轮机水力计算。

一、管道水力计算1.流量计算：根据管道的材质、孔径和坡度等参数，使用雷诺数和曼宁公式等计算方法，确定管道的流量。

2.压力损失计算：根据管道的材质和长度、流量和流速等参数，使用达西公式等计算方法，确定管道的压力损失。

3.防冲击计算：在水力计算中，还需要考虑管道内部的防冲击设计。

因为当管道中的流速发生突变时，会产生压力冲击。

通过伯努利方程和马朝尔方程等计算方法，来设计管道内部的防冲击设施。

二、泵站水力计算1.扬程计算：泵站的扬程是指泵站出水口与进水口之间的水位差。

通过测量进水口和出水口的水位，使用流量守恒公式，结合泵的性能曲线，计算得出泵站的扬程。

2.泵功率计算：泵站的功率是指在不同流量和扬程条件下泵的输出功率。

根据泵的性能曲线和流量扬程计算公式，在给定的流量和扬程条件下，计算得出泵站的功率。

3.变频器调速计算：变频器能够通过调整泵的转速，调整出水量，使之与水的需求相匹配。

通过对泵站的运行情况进行分析，结合流量扬程计算公式，计算出变频器的转速。

三、水轮机水力计算1.入水流速计算：水轮机的入水流速是指水流进入水轮机之前的流速。

根据水轮机型号和水量，使用水力计算方法，计算出水流的流速。

2.转动力矩计算：水轮机的转动力矩是指水轮机在给定的水量和入水流速条件下，转动的力矩。

通过计算水轮机的进水和出水之间的压力差和叶轮半径等参数，利用液力动量守恒定律和转动动力学方程，计算出水轮机的转动力矩。

3.输出功率计算：水轮机的输出功率是指在给定的水量和入水流速条件下，水轮机产生的功率。

通过计算水轮机的转动力矩和转速，使用功率计算公式，计算出水轮机的输出功率。

（一）水轮机型号的选择根据题目条件已知要用HL120-38和HL100-40型水轮机进行选择，对比计算分别如下： （二）水轮机主要参数的计算HL120-38型水轮机方案主要参数的计算1、转轮直径的计算1D =式中：'3112500;240;380/0.38/r r N kW H m Q L s m s====同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况的效率=88.4%M η，由此可初步假定水轮机在该工况的效率为90.4%将以上各值代入上式得10.999D m == 选用与之接近而偏大的标准直径1 1.00D m =。

2、效率修正值的计算由附表一查得水轮机模型在最优工况下的max =90.5%M η，模型转轮直径10.38M D m =，则原型水轮机的最高效率max η可依下式计算，即max max =1M ηη-（1-1(10.93593.5%=--== 考虑到制造工艺水平的情况取11%ε=；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20ε=，则效率修正值η∆为：max max 10.9350.9050.010.02M ηηηε∆=--=--=由此求出水轮机在限制工况的效率为：0.8840.020.904M ηηη=+∆=+=（与原来假定的数值相同）1、 转速的计算1n =式中'''10101M n n n =+∆有附表一查得在最优工况下的'1062.5/min M n r =，同时由于'1'10110.0160.03M n n n ∆====<所以'1n ∆可以忽略不计，则以'1062.5n =代入上式得：973.3/min n r ==选用与之接近而偏大的标准同步转速1000/min n r =。

2、 工作范围的验算在选定的1 1.00D m =、1000/min n r =的情况下，水轮机的'1max Q 和各种特征水头下相应的'1n 值分别为：'31max 3232221125000.3790.38/9.8112400.9049.81rrN Q m s D H η===<⨯⨯⨯/ 则水轮机的最大引用流量max Q 为：'23max 1max 1= 1.0/s Q Q D ⨯对'1n 值：在设计水头240r H m =时'164.5/min r n r === 在最大水头max 245H m =时'1min 63.9/min n r === 在最小水头min 235H m =时'1max 65.2/min n r === 在HL120型水轮机的模型综合特性曲线图上，分别画出'1max 379/,Q L s ='1min 63.9/min n r =和'1m 65.2/min ax n r =的直线，如图所示。

水轮机效率计算全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：水轮机是一种利用水流能量来驱动转子运动的机械装置，是水力发电厂中的主要设备之一。

水轮机的效率指的是水轮机转化输入的水能为机械能的能力，是衡量水轮机性能的重要指标之一。

本文将介绍水轮机效率的计算方法，以便读者更好地了解水轮机的工作原理和性能。

一、水轮机效率的定义水轮机的效率通常用η表示，其定义为水流通过水轮机时被转化为机械功率的比例。

即，水轮机输出的机械功率与输入水能的比值，通常用公式表示为：η = P_out / P_inP_out为水轮机输出的机械功率，单位为瓦特（W）或千瓦（kW）；P_in为水轮机输入的水能，单位为瓦特（W）或千瓦（kW）。

水轮机的效率通常为0.7至0.92之间，受水轮机设计、制造质量、运行状况等多方面因素影响。

1. 理论效率计算方法水轮机的理论效率可根据水轮机的设计参数和水流参数进行计算。

理论效率η_t的计算公式为：η_t = 1 - (1/λ)λ为水轮机的比速度，定义为：v_1为水轮机叶片进口处的水流速度（m/s）；g为重力加速度（m/s²）；H为水轮机的有效落差高度（m）。

水轮机的实际效率通常通过实际测量来确定，可以根据以下公式计算：P_out为水轮机输出的机械功率，通常通过功率计等设备来测量；P_in为水轮机输入的水能，通常通过流量计等设备来测量。

在实际应用中，可以通过连续监测水轮机的输出功率和输入水能，计算出水轮机的实际效率，并进行调整和优化。

1. 设计和制造质量：水轮机的设计和制造质量直接影响其效率，良好的设计和制造工艺能够提高水轮机的效率和性能。

2. 运行状况：水轮机的运行状况对其效率也有很大影响，定期检查和维护水轮机可以提高其效率。

3. 水流参数：水轮机的效率和水流参数密切相关，包括水流速度、水流压力、水流量等参数。

4. 负荷变化：水轮机的负荷变化也会影响其效率，需要根据实际负荷情况进行调整。

通过合理设计、制造、运行和维护，可以提高水轮机的效率，减少能源浪费，实现更好的经济效益和环境效益。

§5.5 水轮机主要参数选择 反击式水轮机基本参数计算（用模型综合特性曲线计算）一、水轮机转轮标称直径D 1的确定r r r r H Q P D η2/311181.9'= (m) P r ---水轮机额定出力，P r = N f ／ηf ；N f ---发电机额定出力（机组容量）；η f --发电机的效率，大中型：ηf =0.95～0.97； Q 11---水轮机额定工况的单位流量；混流式水轮机由5%出力限制线得到Q 11；轴流式由汽蚀条件得到，或型谱表中推荐值； H r ---水轮机的额定水头；若取H=H max 进行计算，则求出的D 1太小，除H=H max 以外，均不能发出额定出力。

若取H=H min 进行计算，则求出的D 1太大，增加设备投资。

η：原型水轮机额定工况下的效率，在D 1未确定时，不能得出确切的η。

一般先取η=ηM +△η (△η=2～3%)，求得D 1后再修正。

计算出D 1计算值，按国家标准圆整为系列选择标称直径。

二、转速的选择1110D H n n a = n101---为原型水轮机的最优单位转速； Hr---为水电站的设计水头或平均水头；计算值按一般原则选择最接近的同步转速nr ，一般取大。

三、工作范围的验算求出水轮机的参数D 1、n 后，在模型综合特性曲线上绘出水轮机的相似工作范围，检验是否包括了高效率区，以验证D 1、n 的合理性。

四、最大吸出高度HS 的计算H H s )(90010σσ∆+-∇-≤ 计算时，选择H max 、H min 、H a 、H r 若干水头，分别计算出不工况下的吸出高度，从中选取最小值作为最大允许高度。

注意：计算H S 时，要用各水头下限制工况下空化系数。

五、安装高程计算▽▽=Z 下游水位+Hs(2) 用比转速和统计资料推算水轮机的基本参数 D 1的确定 r r r r H Q P D η2/311181.9'= 转速的选择 rrs P H n n 45= H S 的计算 H H z s σ-∇-≤90010。

十、附录（一）.下面通过一个水电站工程设计实例来具体说明水轮机型号的选择和主要参数的计算。

已知某水电站的最大水头=max H 35.87m ，加权平均水头m H v a 0.30=，设计水头m H r 5.28=，最小水头m H 72.24min =；水轮机的额定出力=r N 17750kW ，水电站的海拔高程m 0.24=∇，最大允许吸出高.4m H s -≥试选择水轮机的型号及其主要参数。

1．水轮机型号的选择据该水电站的工作水头范围，在反击式水轮机系列型谱表中查得HL240型水轮机和 ZZ440水轮机都可使用，这就需要将两种水轮机都列入比较方案，并对其主要参数分别 予以计算。

2．水轮机主要参数的计算2.1 HL240型水轮机方案主要参数的计算 2.11 转轮直径1D 的计算ηr rrH H Q N D 1181.9'=式中 ⎪⎩⎪⎨⎧=='==)1(/24.1/12405.281775031查得由附表s m s L Q m H kW N r r同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况下的效率%4.90=M η，由此可初步假设水轮机在该工况的效率为92．0％。

将以上各值均代人上式得 m D 23.392.05.2824.181.9177502/31=⨯⨯⨯=选用与之接近而偏大的标准直径m D 3.31=2.1.2效率修正值的计算由附表1查得HL240型水轮机在最优工况下模型的最高效率max 92.0%M η=，模型转 轮的直径m D M 46.01=，则原型水轮机的最高效率m ax η可采用下式计算，即 %6.94946.030.346.0)92.01(1)1(15511max max ==--=--=D D M M ηη 考虑到制造工艺水平的情况取%11=ε；由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模型机基本相似，故认为02=ε；则效率修正值η∆为：016.001.092.0946.01max max =--=--=∆εηηηM 由此得水轮机限制工况的效率为：92.0016.0904.0=+=∆+=ηηηM （与原来假定的数值相同）2.1.3转速的计算110D H n n av '=式中 11010n n n M '∇+'=' 由附表1查得在最优工况下的min /7210r n M ='，同时由于： 03.0014.0192.0946.01max max 101<=-=-=''∆M M n n ηη 所以1n '∆可忽略不计，则以/1072n =代入上式得： min /5.1193.33072r n ==选用与之接近而偏大的标准同步转速min /125r n = 2.1.4工作范围的验算在选定的m D 3.31=，min /125r n =的情况下，水轮机的max 1Q '和各种特征水头下相应的1n '值分别为： s m H D N Q r r/24.119.192.05.283.381.91775081.932/322/321max 1≤=⨯⨯⨯=='η则水轮机的最大引用流量max Q 为：s m H D Q Q r /18.695.283.319.13221max 1max =⨯⨯='= 对1n '值：在设计水头m H r 5.28=时 min /3.775.283.312511r H nD n rr =⨯=='在最大水头87.35max =H 时 min /9.6887.353.3125max 1min 1r H nD n =⨯=='在最小水头72.24min =H 时 min /97.8272.243.3125min1maxr H nD n =⨯=='在HL240型水轮机的模型综合特性曲线图上，分别画出s L Q /1190max 1='，min /9.68min 1r n ='和min /97.82max 1r n ='的直线，如图3-8所示。

水轮机出力计算公式
1.流量：水轮机通过的水流量，单位为立方米每秒(m/s)。

2. 水头：水轮机利用水能的高度差，单位为米(m)。

3. 效率：水轮机的机械效率，一般为0.8到0.9之间。

4. 密度：水的密度，单位为千克每立方米(kg/m)。

根据以上参数，水轮机的出力计算公式为：
P = Q × H ×η×ρ× g
其中，P表示水轮机的出力，单位为瓦特(W)；
Q表示水轮机通过的水流量，单位为立方米每秒(m/s)；
H表示水轮机利用水能的高度差，单位为米(m)；
η表示水轮机的机械效率；
ρ表示水的密度，单位为千克每立方米(kg/m)；
g表示重力加速度，取9.81米每平方秒(m/s)。

水轮机的出力计算公式可以帮助工程师和设计师确定水力发电的实际输出功率，进而进行系统设计和优化。

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水轮机的输出功率概念水轮机的输出功率指的是水轮机在单位时间内产生的功率，也可以理解为水轮机将水流能转化为机械能的速度。

它是衡量水轮机性能的一个重要指标，在水力发电中扮演着至关重要的角色。

水轮机的输出功率可以通过公式P = ρgQHη来计算，其中P表示输出功率，ρ是水的密度，g是重力加速度，Q是通过水轮机的水流量，H是有效水头，η是水轮机的效率。

这个公式给出了输出功率与水轮机运行相关的重要因素。

在公式中，水流量Q是指通过水轮机的单位时间内的水的体积，单位一般为立方米每秒(m³/s)。

水轮机通常会根据其设计和运行条件，具有一个额定水流量Qn，当水轮机的运行水流量与额定水流量相同时，输出功率为额定功率。

有效水头H是指水从水轮机顶部到底部的高度差，单位一般为米(m)。

它是给予水轮机的能量来源，也是决定水轮机输出功率大小的重要因素。

可以通过堰顶水位和出口水位之差来计算出有效水头。

水轮机的效率η是指水流能转化为机械能的效率，它是衡量水轮机性能优劣的一个重要指标。

效率的计算是输出功率与输入功率的比值，取决于水轮机的内部结构和设计，以及损耗情况，通常以百分比表示。

水轮机的输出功率与水流量、有效水头和效率有着密切的联系。

当水流量增加时，通过水轮机的水的体积增加，从而提高了输出功率。

当有效水头增加时，水在通过水轮机的过程中具有更大的能量，也会提高输出功率。

而效率则代表着水轮机将水流能转化为机械能的程度，效率越高，输出功率就越大。

水轮机的输出功率对于水力发电的运行和发展具有重要的意义。

多年来，人们不断改进水轮机的设计和技术，以提高其输出功率和效率。

水轮机的输出功率决定了水力发电站的发电能力，也影响到电力系统的稳定性和供电能力。

因此，提高水轮机的输出功率对于促进可持续发展和清洁能源的利用具有重要意义。