叶片式水力机械的全特性(Q-H)

第一篇水力机械水轮机 + 发电机：水轮发电机组功能：发电水泵 + 电动机：水泵抽水机组功能：输水水泵 + 水轮机：抽水蓄能机组。

功能：抽水蓄能水轮发电机组：水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站动力设备之一。

第一章水轮机概述第一节水轮机的工作参数水轮发电机组装置原理图定义：反映水轮机工作状况特性值的一些参数，称水轮机的根本参数。

由水能出力公式：N=9.81ηQH可知，根本参数：工作水头H、流量Q、出力N、效率η，工作力矩M、机组转速n。

一、水头(head)1. 毛水头(nominal productive head)H M =E U -E D =Z U -Z D2. 还击式水轮机的工作水头毛水头 - 水头损失=净水头H G =E A - E B =H M - h I -A3. 冲击式水轮机的水头H G =Z U - Z Z - h I-A其中Z U 和Z Z 分别为上游和水轮机喷嘴处的水位。

4.特征水头(characteristic head)表示水轮机的运行X 围和运行工况的几个典型水头。

最大工作水头： H max =Z 正-Z 下min -h I-A最小工作水头： H min =Z 死-Z 下max -h I-A设计水头(计算水头) H r ：水轮机发额定出力时的最小水头。

平均水头： H av =Z 上av -Z 下av二、流量(m 3/s)(flow quantity)单位时间内通过水轮机的水量Q 。

Q 随H 、N 的变化：H 、N 一定时， Q 也一定；当H =H r 、N =N 额时，Q 为最大。

在H r 、n r 、N r 运行时，所需流量Q 最大，称为设计流量Q r三、出力与效率(output and efficiency)1. 出力(水轮机的输出功率)N ：指水轮机轴传给发电机轴的功率。

水轮机的输入功率 (水流传给水轮机的能量)为：QH QH N w 81.9==γ 水轮机的输出功率：ηηQH N N w 81.9==2. 效率：η=N /N w ，一般η=80%~95%四、工作力矩和转速水轮机的出力可以用旋转机械运动公式来表达QH n M M N ηπϖ81.9602=== 式中M ——主轴力矩；ω——水轮机旋转角速度，n ——转速，n =3000/p ； p ——发电机磁极对。

.. ；. 泵的性能参数 叶片泵性能是由其性能参数表示的。表征水泵性能的主要参数有六个：流量、扬程、功率、效率、转速和允许吸上真空高度（或必需汽蚀余量）。这些参数之间互为关联，当其中某一参数发生变化时，其它工作参数也会发生相应的变化，但变化的规律取决于水泵叶轮的结构型式和特性。为了深入研究叶片泵的性能，必须首先掌握叶片泵性能参数的物理意义。

1、流量（flowrate, capacity, discharge） 水泵的流量是指单位时间内流出泵出口断面的液体体积或质量，分别称为体积流量（volume capacity）和质量流量（mass capacity）。体积流量用符号Q表示，质量流量用Qm表示。体积流量常用的单位为升每秒（L/s）、立方米每秒（m3/s）或立方米每小时（m3/h）；质量流量常用的单位为千克每秒（kg/s）或吨每小时（t/h）。根据定义，体积流量与质量流量有如下的关系：Qm＝ρQ，式中的ρ为被输送液体的密度（kg/m3）。

由于各种应用场合对流量的需求不同，叶片泵设计流量的范围很宽，小的不足1升每秒，而大的则达几十、甚至上百立方米每秒。

除了上述的水泵流量以外，在叶轮理论的研究中还会遇到水泵理论流量QT和泄漏流量q的概念。

所谓理论流量（theoretical capacity）是指通过水泵叶轮的流量。泄漏流量（leakage capacity）是指流出叶轮的理论流量中，有一部分经水泵转动部件与静止部件之间存在的间隙，如叶轮进口口环与泵壳之间的间隙、填料函中泵轴与填料之间的间隙以及轴向力平衡装置中的平衡孔或平衡盘与外壳之间的间隙等，流回叶轮进口和流出泵外的流量。由此可知，水泵流量、理论流量和泄漏流量之间有如下的关系：QT ＝Q + q。

2、扬程（head） 扬程，用符号H表示，是指被输送的单位重量液体流经水泵后所获得的能量增值，即水泵实际传给单位重量液体的总能量，其单位为m（N·m / N = m）。因此，由水泵扬程的定义，扬程也可表示为水泵进、出口断面的单位能量差。

第一篇水力机械水轮机+ 发电机：水轮发电机组功能：发电水泵+ 电动机：水泵抽水机组功能：输水水泵+ 水轮机：抽水蓄能机组。

功能：抽水蓄能水轮发电机组：水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站动力设备之一。

第一章水轮机概述第一节水轮机的工作参数水轮发电机组装置原理图定义：反映水轮机工作状况特性值的一些参数，称水轮机的基本参数。

由水能出力公式：N=9.81ηQH可知，基本参数：工作水头H、流量Q、出力N、效率η，工作力矩M、机组转速n。

一、水头(head)1. 毛水头(nominal productive head)H M =E U -E D =Z U - Z D2. 反击式水轮机的工作水头毛水头 - 水头损失=净水头H G =E A - E B =H M - h I -A3. 冲击式水轮机的水头H G =Z U - Z Z - h I-A其中Z U 和Z Z 分别为上游和水轮机喷嘴处的水位。

4. 特征水头(characteristic head)表示水轮机的运行范围和运行工况的几个典型水头。

最大工作水头： H max =Z 正-Z 下min -h I-A 最小工作水头： H min =Z 死-Z 下max -h I-A 设计水头(计算水头) H r ：水轮机发额定出力时的最小水头。

平均水头： H av =Z 上av -Z 下av二、流量(m 3/s)(flow quantity)单位时间内通过水轮机的水量Q 。

Q 随H 、N 的变化：H 、N 一定时， Q 也一定；当H =H r 、N =N 额时，Q 为最大。

在H r 、n r 、N r 运行时，所需流量Q 最大，称为设计流量Q r三、出力与效率(output and efficiency)1. 出力(水轮机的输出功率)N ：指水轮机轴传给发电机轴的功率。

水轮机的输入功率 (水流传给水轮机的能量)为：QH QH N w 81.9==γ水轮机的输出功率：ηηQH N N w 81.9==2. 效率：η=N /N w ，一般η=80%~95%四、工作力矩和转速水轮机的出力可以用旋转机械运动公式来表达QH n M M N ηπϖ81.9602=== 式中 M ——主轴力矩； ω——水轮机旋转角速度，n ——转速，n =3000/p ； p ——发电机磁极对。

1绝对压强、相对压强、真空压强的定义及它们之间的关系。

压力表和真空表读数表示的是相对压强还是绝对压强。

绝对压强：p ＇ 以设想完全没有大气存在的绝对真空为零计量的压强。

相对压强：P 以当地大气压作为零点计量的压强。

真空压强：当液体中某点的绝对压强小于当地大气压强，该点的相对压强为负值，则称该点存在真空。

负压的绝对值成为真空压强。

绝对压强永远是正值，相对压强可正也可负，真空压强（真空值）不能为负值。

它们之间的关系：若当地大气压强用绝对压强表示为p a ，则相对压强与绝对压强的关系为： p= p ＇- p a ； 当液面与大气相连通时，根据相对压强的定义，液面压强可表示为：p 0 = 0，静止液体中某点的相对压强为： p=γh ； 真空压强P V =p a - p ＇。

压力表读数，真空表读数表示的都是相对压强 2水头损失的定义及计算。

水头损失：水流在运动过程中克服水流阻力而消耗的能量称为水头损失。

其中边界是外因，粘滞性是内因。

根据边界条件的不同，水头损失分两类：对于平顺的边界，水头损失与流程成正比，称为沿程水头损失，用hf 表示； 由于局部边界急剧改变，导致水流结构改变、流速分布调整并产生旋涡区，从而引起的水头损失称为局部水头损失，用hj 表示沿程阻力系数的变化规律或3掌握水泵的分类，包括叶片式水泵、容积式水泵、其他类型水泵。

(1)叶片式水泵：它对液体的压送是靠装有叶片的叶轮高速旋转而完成的。

属于这一类的有离心泵、轴流泵、混流泵(2)容积式水泵：它对液体的压送是靠泵体工作室容积的改变来完成的。

一般使工作室容积改变的方式有往复运动和旋转运动两种。

(3)其它类型水泵：这类泵是指除叶片式水泵和容积式水泵以外的特殊泵。

属于这一类螺旋泵、射流泵、水锤泵、水轮泵以及气升泵。

4掌握离心泵的工作原理及工作过程。

原理：离心泵在启动之前，应先用水灌满泵壳和吸 水管道，然后，驱动电机，使叶轮和水作高速旋转运动，此时，水受到离心力作用被甩出叶轮，经蜗形泵壳中的流道而流入水泵的压水管道，由压水管道而输入管网中去。

水泵水轮机全特性1．水泵水轮机全特性曲线抽水蓄能电站的水泵水轮机均设有活动导叶，通过导叶调节水轮机运行时的流量，故水泵水轮机的特性曲线一般为一组不同导叶开度下的全特性曲线，其区域的划分与水泵的全特性区域划分一样，只是习惯上以正常水轮机运行工况的各参数为正。

同时抽水蓄能电站一般H 也总是正值，即在实际工程中实用也就是5个工况区，即水轮机工况、水轮机制动工况、水泵工况、反水泵工况、水泵制动工况。

水泵水轮机全特性曲线表示方法通常采用1111~n Q 和1111~n M 来表示。

图3-7和图3-8所示为某抽水蓄能电站水泵水轮机的四象限特性曲线。

图3-7 水泵水轮机流量特性曲线 图3-8 水泵水轮机力矩特性曲线2．水泵水轮机全特性曲线的特点通过对不同水泵水轮机的全特性分析可以看出，水泵水轮机全特性有着下述的规律与特点：（1）在水泵工况，大开度等导叶开度曲线汇集成一簇很窄的交叉曲线，说明在此区域水泵扬程与导叶开度的关系不大，开度的改变不会造成单位转速及单位力矩的很大的变化。

当导叶开度较小区域时随着导叶开度的减小其流量曲线及力矩曲线则加速分又，说明此时的导水机构可看作是节流装置，水头损失急剧增大，从而对水泵的力矩及流量产生较大的影响。

在水泵实际运行中导叶开度将随着扬程的变化而沿各导叶开度特性曲线的外包络线变化，使得水力损失最小，也即使得水泵的效率在此工况最高。

此外，随着单位转速的增大，也即水泵扬程的减小，水泵的流量及水力矩将快速增大，所以在水泵及电动机设计时应充分考虑此时水泵的力矩特性，电动机容量应根据可能的正常运行最低扬程工况进行设计，并留有一定的裕量；同时根据导叶小开度区域力矩分散的特性，在异常低扬程起动时（如初次向上水库异常低扬程充水时）可采取关小导叶开度来限制其水力矩，即限制水泵的入力在一定范围以内。

（2）水泵制动区力矩随单位转速的减小而逐渐增大，其中沿大导叶开度线要比小导叶开度线要明显得多；另外，各导叶开度线与单位转速坐标轴的交点集中，表明水泵水轮机冰泵的零流量点与导叶开度关系不大，同时各导叶开度线的切线基本为正斜率，表明随着水泵工况反向流量的增大其制动水力矩不断增大，但水力矩的增速逐渐变缓，同时单位转速减小，转速减小的速度逐渐加快，这主要是机组转动部件及水体有着惯性力矩的抑制作用。

第一章叶片式流体机械概述思考题1、流体具有的能量主要包括哪几个方面？2、什么是流体机械？根据什么将流体机械分为叶片式流体机械和容积式流体机械？3、什么是往复式流体机械和回转式流体机械？试分别列举几种型式。

4、往复式泵的工作原理是什么？5、泵有哪些用途？它在国民经济中的地位和作用如何？6、常用的泵有哪几种分类法？按工作原理分类，水泵有哪几种型式？叶片式水泵主要指哪几种？其作用原理如何？7、叶片泵的过流部件包括叶轮、吸水室和压水室。

不同型式、不同用途的泵，其过流部件也不同，试分别说明它们的种类和型式？8、单级单吸悬臂式离心泵叶轮上的轴向力是怎样产生的？平衡该力通常应用什么措施？多级泵叶轮上的轴向力有哪几种平衡方式，作用原理如何？9、水泵的基本性能参数有哪几个？它们是如何定义的？互相间的关系怎样？10、水泵扬程H是怎样定义的？它同水泵单位质量能Y有何区别？11、区分下述几个物理量的概念及其相互关系。

（1）水泵的工作扬程，装置扬程，泵站扬程；（2）水泵的轴功率，水泵的有效功率，电动机的输入功率、输出功率；（3）水泵效率，传动效率，机组效率，电动机效率，装置效率，泵站效率12、根据泵把原动机的能量传递给被抽送的液体，使液体能量得到增加的定义，有人认为，泵总是把液体由低处抽升到高处。

这种说法对吗？为什么？13、水泵效率包括哪三种？它们的意义是什么？根据其能量损失的原因，试述提高水泵效率的途径。

14、图1-3为一轴流泵抽水装置，试写出水泵扬程的表达式（吸水池行近流速忽略不计）。

图1-1 轴流泵抽水装置图习题一p＝323.7kPa，进口真空1、某抽水装置，测得水泵流量Q＝18L／s，泵出口压力表读数为d表读数为s p ＝39.24kPa ，表位差Z ∆＝0.8m ，水泵进、出口直径分别为100mm 和75mrn ，电动机进线端功率表读数为d p =10.5kw ，电动机效率d η＝95％。

求此时水泵的轴功率P 和效率η（机、泵直联传η＝1）。