当前课程知识点：流体机械基础 > 第1讲 流体机械概述 > 1.3 水轮机工作过程概述 > Video
接下来我们将重点学习水轮机
泵与风机这三类典型的流体机械
他们的最主要的共同特点
是流体不可压缩或微可压
及流体温度场变化很小
从而流体本身的粘性系数
和密度都可认为是不变的
流体机械在工作过程中
会产生各种原因
引起的水力损失
损失的能量会以热能的形式
传递给工作介质
但由于流体的流动
流体温度场的变化是很小的
同样流体因相变的原因
其粘性系数和密度
也会在相变区域产生较大的变化
这些变化引起的流体机械性能的变化
也是目前流体机械
领域研究的难点和重点
下面我们来学习水轮机的工作过程
水轮机是一种将水的动能
和势能转化为机械能的装置
水轮机最早出现在1745年
是由英国学者巴克斯提出的
一种依靠水流反作用力工作的原动机
但效率很低 仅有50%左右
经过200多年的发展
目前人类已经能够制造适用于
各种水头的高效率水轮发电机组了
水轮机根据水流与转轮的作用方式
大致可以分为两类
分别是反击式水轮机和冲击式水轮机
反击式水轮机利用
水流的动能和势能做功
水充满流道
根据水流进出转轮的流向
可分为混流式 斜流式 轴流式和贯流式水轮机
冲击式水轮机仅利用水的动能
冲击转轮旋转而做功
根据水流进出转轮的流向
又可分为切击式 斜击式和双击式水轮机
图中是混流式水轮发电机组的立体示意图
水轮发电机组由发电机和水轮机组成
水轮机转轮与主轴相连
再通过连接法兰与发电机主轴相连
它的工作过程是
水流对转轮做功 推动转轮旋转
通过主轴带动发电机转子旋转
转子切割磁力线产生电流
混流式水轮机过流部件主要由
蜗壳 引水室 固定导叶 活动导叶
转轮和尾水管构成
水流从蜗壳进口流入
经过固定导叶 活动导叶
形成周向和径向比较对称的流动速度
进入转轮做功并向轴向流出
最后经尾水管排放到下游
因为水流径向流入转轮
然后从轴向流出
所以该型水轮机的名字
叫混流式水轮机
水流从转轮叶片流道内改变流速
对转轮叶片产生作用力
驱动转轮旋转并做功
各过流部件的工作情况
和相互配合情况决定了
水轮机的整体工作性能的好坏
这是我国新安江水电站
混流式水轮发电机组
工作过程的动画演示
下面我们再来看轴流式水轮机
它的主要过流部件有
引水室 固定导叶 活动导叶
转轮和尾水管
它的转轮由转轮体
叶片和泄水锥组成
叶片数少于混流式水轮机
根据转轮叶片角度是否可调节
它又分为轴流定浆式和轴流转浆式水轮机
轴流转桨机组的转轮叶片枢轴轴线
与水轮机轴线垂直
水流从引水室出来
经过固定导叶和活动导叶
流过转轮做功
再从尾水管流出
由于在转轮区域内
水流轴向流入转轮 轴向流出转轮
所以称为轴流式水轮机
轴流式水轮机
一般适用于中低水头 大流量的水电站
大家想一想
斜流式水轮机进出转轮的水流方向
应该是怎样的呢
我们再来介绍贯流式水轮机的工作过程
贯流式水轮机的引水部件
转轮 排水部件都在一条轴线上
水流一贯平直通过
它没有蜗壳而使用直轴形引水室代替
一般采用卧式布置
所以称为贯流式水轮机
贯流式水轮机由于过流量大
多用于低水头电站
常用的形式有
灯泡式 竖井式 轴伸式和全贯流式
在左图的灯泡贯流式机组中
发电机等部件安装
在流道中一个灯泡形状的空间内
水流从灯泡体外部环带流过
并汇流在灯泡体尾部
推动转轮旋转而做功
由于灯泡体的存在
所以该型机组被称为
灯泡贯流式水轮机
右图的轴伸贯流式机组中
主轴延伸出流道
发电机组是安装在流道之外的
所以称为轴伸贯流式机组
最后我们来介绍切击式水轮机
切击式水轮机
是目前冲击式水轮机中
应用最广泛的一种机型
它的结构与工作原理
和上面几种反击式水轮机有较大的不同
水流在很高的水压力作用下
由喷嘴高速喷出
形成一股自由射流
射流冲击在水斗形的叶片上
将动能传递给叶片做功
因为射流中心线与转轮节圆相切
所以称作切击式水轮机
喷嘴起着引水室与导水机构的双重作用
喷嘴内的喷针用来调节流量
切击式水轮机多用于高水头电站
水头变化幅度相对较小
转轮的进水速度方向不变
速度大小变化也不大
-1.1 流体机械定义
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-1.2 流体机械分类
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-1.3 水轮机工作过程概述
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-1.4 泵与风机工作过程概述
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-1.5 其他流体机械工作过程概述
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-1.6 流体机械工程应用
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-参考文献
--html
-第一讲习题--作业
-2.1 流体机械的主要性能参数
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-2.2 转轮内部的典型流态
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-2.3 速度三角形
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-2.4 工况发生变化时速度三角形分析
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-2.5 欧拉方程
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-参考文献
--html
-第二讲习题--作业
-3.1 水轮机过流部件工作原理
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-3.2 泵与风机过流部件工作原理
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-3.3 机组能量传递过程与效率分析
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-3.4例题分析
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-参考文献
--html
-第三讲习题--作业
-4.1 空化的定义与分类
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-4.2 空化余量与空化系数
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-4.3 吸出高度与安装高程
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-4.4 空蚀现象与类型
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-4.5 空化空蚀的危害及防护
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-参考文献
--html
-第四讲习题--作业
-5.1 泥沙磨损基本概念
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-5.2 泥沙磨蚀基本概念
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-5.3 流体机械磨损磨蚀现象
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-5.4 流体机械常见抗磨措施
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-5.5 腐蚀基本概念
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-5.6 流体机械腐蚀现象及防腐措施
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-参考文献
--html
-第五讲作业--作业
-6.1 流动相似概述
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-6.2 常用相似准则数
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-6.3 流体机械的相似准则分析
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-6.4 流体机械单位参数与相似换算
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-6.5 综合相似判别数——比转速
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-6.6 相似准则的工程应用
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-参考文献
--html
-第六讲作业--作业
-7.1 特性曲线概述
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-7.2 模型试验
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-7.3 典型模型机组综合特性曲线
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-7.4 水轮机运转特性曲线
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-7.5 水轮机的选型计算
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-第七讲作业--作业
-8.1 流体机械多相多组分非定常流动概述
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-8.2 二次流动现象
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-8.3 动静干涉
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-8.4 脱流
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-8.5 间隙流动
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-8.6 叶道涡
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-8.7 卡门涡
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-8.8 尾水管涡带
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-8.9 泵的旋转失速
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-8.10 泵的喘振
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-8.11 压力波传递与叠加
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-参考文献
--html
-第八讲作业--作业
-9.1 流体机械四象限特性概述
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-9.2 水泵水轮机全特性曲线
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-9.3 水泵水轮机典型工况流动现象
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-9.4 水泵水轮机调相运行工况流动现象
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-9.5 双向潮汐机组复杂运行工况认识
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-参考文献
--html
-第九讲作业--作业
-10.1 流体机械在管网系统中的工作特性
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-10.2 流体机械暂态运行过程
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-10.3 调节系统与调速器
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-10.4 改善流体机械暂态运行性能工程措施
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-参考文献
--html
-第十讲作业--作业
-11.1 流体机械多场耦合特性概述
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-11.2 转轮流固耦合特性
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-11.3 轴承热流固耦合特性
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-11.4 轴系多场耦合特性
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-参考文献
--html
-第十一讲作业--作业
-12.1 标准化概述
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-12.2 流体机械行业标准
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-12.3 水轮机型号
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-12.4 泵型号
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-12.5 风机型号
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-12.6 阀门型号
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-12.7 流体机械工业流程
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-12.8 流体机械质量监督
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-参考文献
--html
-第十二讲作业--作业
-13.1 空化、通（补）气、压力脉动与安装高程
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-13.2 压力脉动与水锤
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-13.3 智能流体机械
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-13.4 流体机械及工程学科知识体系与学术交流
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