水轮机的空化与空蚀

第四章水轮机的空化与空蚀第一节水流的空化

一、水流的空化现象认识到空化空蚀的破坏：发现轮船高速金属螺旋桨在很短时间内就被破坏。固体围绕固定位置振动液体质点位置易迁移常温下液体质点会从液体中离析，取决于该种液体的汽化特性。标准大气压力下，水温达到100℃时，发生沸腾汽化；当周围环境压力降低到 0.24mH2O时，发生空化现象。

由于液体具有汽化特性：液体汽化：1、恒压加热；2、恒温降压

沸腾：液体在衡定压力下加热，当温度高于某一温度时，液体开始汽化形成汽泡。空化：当液体温度一定，降低压力到某一临界压力时，液体也会汽化或溶解于液体中的空气发育形成空穴。

气蚀现象：包括空化和空蚀两个过程。空化：液体中形成空穴使液相流体的连续性遭到破坏，发生在压力下降到某一临界值的流动区域，空穴中主要充满着液体的蒸汽以及从溶液中析出的气体。可以发生在液体内部，也可以发生在固定边界上。空蚀：当空穴进入压力较低的区域时，就开始发育成长为较大的气泡，然后气泡被流体带到压力高于临界值的区域，气泡就将溃灭，在空泡溃灭过程中伴随着机械、电化、热力、化学等过程的作用，引起过流表面的材料损坏。只发生在固体边界上。空蚀是空化的直接后果。

水轮机气蚀：水流通过水轮机时，如果某些地方流速增高了，根

第四章水轮机的空化与空蚀第一节水流的空化

一、水流的空化现象认识到空化空蚀的破坏：发现轮船高速金属螺旋桨在很短时间内就被破坏。固体围绕固定位置振动液体质点位置易迁移常温下液体质点会从液体中离析，取决于该种液体的汽化特性。标准大气压力下，水温达到100℃时，发生沸腾汽化；当周围环境压力降低到 0.24mH2O时，发生空化现象。

由于液体具有汽化特性：液体汽化：1、恒压加热；2、恒温降压

沸腾：液体在衡定压力下加热，当温度高于某一温度时，液体开始汽化形成汽泡。空化：当液体温度一定，降低压力到某一临界压力时，液体也会汽化或溶解于液体中的空气发育形成空穴。

气蚀现象：包括空化和空蚀两个过程。空化：液体中形成空穴使液相流体的连续性遭到破坏，发生在压力下降到某一临界值的流动区域，空穴中主要充满着液体的蒸汽以及从溶液中析出的气体。可以发生在液体内部，也可以发生在固定边界上。空蚀：当空穴进入压力较低的区域时，就开始发育成长为较大的气泡，然后气泡被流体带到压力高于临界值的区域，气泡就将溃灭，在空泡溃灭过程中伴随着机械、电化、热力、化学等过程的作用，引起过流表面的材料损坏。只发生在固体边界上。空蚀是空化的直接后果。

水轮机气蚀：水流通过水轮机时，如果某些地方流速增高了，根

第三节 水轮机的空化系数与吸出高度

一、水轮机的空化系数

衡量水轮机性能好坏有两个重要参数，一个参数是效率，表示能量性能，另一个参数是空化系数，表示空化性能。所以，一个好的水轮机转轮必须同时具备良好的能量性能和空化性能，即既要效率高，能充分利用水能，又要空化系数小，使水轮机在运行中不易发生汽蚀破坏。本节将分析和推导叶片不发生空化的条件和表征水轮机空化性能的空化系数。

图4-6为一水轮机流道示意图，设最低压力点为上的点，压力为则

，点为下游水面上的点，

点，其压力为

,2点为叶片出口边

为下游水面上的压力，若下游为开敞式的，

为大气压力。列出点和2点水流相对运动的伯努力立程式

+

式中

——由

+-=++-+ （4-2）

到2点的水头损失。由于点和2点非常接近，故可近似地认为

，则上式为

=+++ （4-3）

为了求出2点的压力，可取叶片出口处2点与下游断面点间水流绝对运动的伯努力方程式

+

式中

+=++ （4-4）

，则上式可写成

—由2点到点的水头损失，由于出口流速很小可以认为

+

将式（4-5）代入式（4-3）可得

=++ （4

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

1、水轮机工作水头：水轮机水头是水轮机进口断面和出口断面之间水流能量的差值（落差）

2、水轮机的效率：由于水流流经水轮机进行能量交换时会产生一定的损耗，因此水流流经水轮机的出力会小于水流出力，水轮机出力和水流出力之比称为水轮机的效率。

3、水轮机蜗壳包角:蜗壳从进口起到鼻端（末端）为止的环绕水轮机座环的总角度。 4、水轮机吸出高度:水轮机叶片背面压力最低点K到下游水面的垂直高度。符号：Hs，单位：m。

5、水轮机单位转速、单位流量、单位功率

单位转速 n11 ：表示D1=1m，Hηs=1m时该水轮机实际转速 单位流量Q11 ：表示D1=1m，Hηs=1m实际有效流量

单位功率N11 ：表示同系列的水轮机D1=1m，有效水头Hηs=1m时水轮机的出力 6、空化现象：当液体温度一定时，降低压力到某一临界压力时，液体也会汽化或溶解于液体中的空气发育形成空穴，这种现象称为空化。空化过程可以发生在 液体内部，也可以发生在固定边界上。

7、空蚀现象：空蚀是指由于空泡的溃灭，引起过流表面的材料损坏。在空泡溃灭过程中伴随着机械、电化、热力、化学等过程的作用。

8、空化和空蚀的关系：空蚀是空化的直接后果，先空化后空蚀，空化可以发生在液体内部，也可以发生在

1、水轮机工作水头：水轮机水头是水轮机进口断面和出口断面之间水流能量的差值（落差）

2、水轮机的效率：由于水流流经水轮机进行能量交换时会产生一定的损耗，因此水流流经水轮机的出力会小于水流出力，水轮机出力和水流出力之比称为水轮机的效率。

3、水轮机蜗壳包角:蜗壳从进口起到鼻端（末端）为止的环绕水轮机座环的总角度。 4、水轮机吸出高度:水轮机叶片背面压力最低点K到下游水面的垂直高度。符号：Hs，单位：m。

5、水轮机单位转速、单位流量、单位功率

单位转速 n11 ：表示D1=1m，Hηs=1m时该水轮机实际转速 单位流量Q11 ：表示D1=1m，Hηs=1m实际有效流量

单位功率N11 ：表示同系列的水轮机D1=1m，有效水头Hηs=1m时水轮机的出力 6、空化现象：当液体温度一定时，降低压力到某一临界压力时，液体也会汽化或溶解于液体中的空气发育形成空穴，这种现象称为空化。空化过程可以发生在 液体内部，也可以发生在固定边界上。

7、空蚀现象：空蚀是指由于空泡的溃灭，引起过流表面的材料损坏。在空泡溃灭过程中伴随着机械、电化、热力、化学等过程的作用。

8、空化和空蚀的关系：空蚀是空化的直接后果，先空化后空蚀，空化可以发生在液体内部，也可以发生在

1、水轮机的基本工作参数都有哪些？

答：水头、流量、转速、出力、效率（每写对一个得2分）

2、水轮机的编号规则？

类型 比转速表示水轮型号 主轴布置形式 引水形式 以厘米表示的转轮直径（每写对一个得2分）

3、试简述一元理论，二元理论，三元理论。

一元理论：采用无穷叶片数及轴面速度沿过流断面均匀分布假定，流动状态只是转面流线长度坐标的函数。

二元理论：放弃一元理论中两个基本假设中的一个。

三元理论：完全放弃一元理论的两个基本假设，直接研究三维流场。 4、什么是蜗壳的最大包角、水轮机比转速、单位流量？

答：蜗壳最大包角指蜗壳的进口端面到蜗壳的鼻端所围成的角度。

水轮机比转速是指水轮机在水头为1m，出力为1kw时所具有的转速。

单位流量是指水轮机标称直径为1m，有效水头为1m时所具有的的流量。 5、按水流流经导叶与水轮机轴线的相对位置，导水机构可分为哪几种形式？ （1）径向式导水机构，水流方向与主轴垂直 （2）轴向式导水机构，水流方向与主轴平行 （3）斜向式导水机构，水流方向与主轴相交

6、水轮机的几个典型工作水头如何定义？

最大水头：是允许水轮机运行的最大净水头。

最小水头：是保证水轮机安全、稳定运行的的最小净水

目 录

一、水轮机选型计算的依据及其基本要求……………………………………………………………1 1 水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据……………………………1 2 水轮机选型计算应满足下述基本要求………………………………………………1 二、反击式水轮机基本参数的选择计算…………………………………………………………1 1 根据最大水头及水头变化范围初步选定水轮机的型号……………………………1 2 按已选定的水轮机型号的主要综合特性曲线来计算转轮参数……………………………1 3 效率修正………………………………………………………………………………4 4 检查所选水轮机工作范围的合理性…………………………………………………4 5 飞逸转速计算…………………………………………………………………………5 6 轴向推力计算…………………………………………………………………………5 三、水斗式水轮机基本参数的选择计算………………………………………………10 1 水轮机流量……………………………………………………………………………10 2 射流直径d0…………………………………………

浅谈水轮机选型计算

张 彪

(南宁广发重工集团发电设备公司 广西 南宁 530031)

摘要：简单介绍了水轮机的形式、适用范围、特点、水轮机选型的步骤、蜗壳、尾水管的尺寸计算及调速设备和油压装置的选择方法。阐述水轮机各种机型特点及水轮机技术参数之间的相互关系。 关键词：水轮机选型、蜗壳、尾水管、进水阀门、调速器、油压装置

原则

选型计算的一般原则概括为以下几点：

①所选定的水轮机应有较高的效率。不仅要选择效率高的转轮型号，而且还要根据水轮机的模型综合曲线和真机工作特性曲线选择工作范围最好的转轮，以保证水轮机运行时有较高的工作效能； ②所选定的水轮机转轮直径应较小。较小的转轮直径将使机组获得较高的转速，从而缩小机组尺寸，降低机组造价。 ③所选定的水轮机应有良好的汽蚀性能和工作稳定性(压力脉动小)。

④优先考虑套用已有型号转轮直径接近的机组。 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)、确定水轮机参数D1、Q、n、Hs、ns、F、Z0、do。 (4)、绘制水轮机运转特性曲线

(5)、估算水轮机的外形尺寸、重量及价格、蜗壳、尾水管的形式、尺寸、调速器及油压装

置选择

(6)、根据选定水

浅谈水轮机选型计算

张 彪

(南宁广发重工集团发电设备公司 广西 南宁 530031)

摘要：简单介绍了水轮机的形式、适用范围、特点、水轮机选型的步骤、蜗壳、尾水管的尺寸计算及调速设备和油压装置的选择方法。阐述水轮机各种机型特点及水轮机技术参数之间的相互关系。 关键词：水轮机选型、蜗壳、尾水管、进水阀门、调速器、油压装置

原则

选型计算的一般原则概括为以下几点：

①所选定的水轮机应有较高的效率。不仅要选择效率高的转轮型号，而且还要根据水轮机的模型综合曲线和真机工作特性曲线选择工作范围最好的转轮，以保证水轮机运行时有较高的工作效能；

②所选定的水轮机转轮直径应较小。较小的转轮直径将使机组获得较高的转速，从而缩小机组尺寸，降低机组造价。

③所选定的水轮机应有良好的汽蚀性能和工作稳定性(压力脉动小)。

④优先考虑套用已有型号转轮直径接近的机组。 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)、确定水轮机参数D1、Q、n、Hs、ns、F、Z0、do。 (4)、绘制水轮机运转特性曲线

(5)、估算水轮机的外形尺寸、重量及价格、蜗壳、尾水管的形式、尺寸、调速器及油压装

置选择

(6)、根据选定水