水力机械基本概念与质量检测

1、第一章 绪论第一节水力机械根本概念水力机械：以液体为工作介质和能量载体的机械设备.容积式水力机械工作腔数量与容积、静压力叶片式水力机械 能量转换、力、水轮机、水泵叶片式水力机械的分类叶片式水力机械叶轮内液体的特性能量交换水力机械代表机型还击式压力和速度都发生变化动能和势能径流式、混流式轴流式离心泵水轮机冲击式速度发生变化动能切击式、斜击式双仙水轮机第二节 水力机械质量检测的目的与意义1、 为水力机组运行提供最可靠的技术资料,有效指导生产;2、 检验水机理论、计算方法；3、 鉴定水力机组制造质量；4、 鉴定水力机组安装质量；第三节水力机械质量检测的内容1、 投运前 材料、尺寸、安装过程2、 投运

2、后 效率、过渡过程、稳定性、力特性、空蚀与磨损、启动第四节常用传感器与检测仪器常用传感器的选用分类1、 按被测物理量 位移、速度、温度、力、加速度2、 按传感器工作原理 机械、电气、辐射3、 按信号变换特征物性型、结构型4、 按传感器与被测量之间的关系能量转换型、能量限制型5、 按传感器输出量的性质模拟式、数字式性能1、 量程最大与最小输入量的范围2、 精确度测定值与真值附和的程度3、 灵敏度 稳态输出量变化与输入量变化的比值4、 线性度输出与输入之间的关系曲线与选定的工作曲线的偏离程度5、 迟滞 小到大与大到小,输出不一致的程度6、 重复性屡次变动所得不一致的程度7、 零点漂移 在零状态下,

3、输出值的漂移.时间、温度8、 动态特性 随时间变化的输入量的响应特性选用原那么1、 确定传感器的类型 对象、环境2、 灵敏度的选择信噪比高、方向性3、 频率相应特性 频率相应高,可测的信号频率范围就宽.4、 线性范围线性范围宽,量程大5、 稳定性 率定6、精度精度越高,价格越贵常用传感器的性质常用检测仪器1、 超声波探伤仪 工件内部探伤2、 千分表 长度测量3、 粗糙度仪 外表粗糙度 TR100粗糙度仪4、 声级计噪声测量 声压级L、A第二章材料试验材料力学试验拉伸试验1、抗拉强度拉断前的最大应力值2、屈服强度下屈服点的应力值3、弯曲垂直外力、加荷方式、试件断面、跨距4、延伸率 延伸、剩余延伸

4、率、非比例延伸率、总延伸率塑性材料、脆性材料5、 抗冲击韧性定义、单位、冲击韧度取决于材料及其状态,同时与试样的形状、尺寸有关.不同 类型和尺寸的试样,不能直接比拟.6、硬度试验方法试验内容适用范围划痕法莫氏硬度划痕比照矿物的硬度压痕法布氏硬度压入钢球退火状态金属洛氏硬度压入120.金刚石圆锥或直直接读数径为1.588mm!网球维氏硬度压入两相对夹角136°正棱形角锥极薄层内的硬度,鉴别金相组织动力法肖氏硬度回跳硬度,比拟弹性模量相 同的材料原材料7、剪切试验 一对方向相反距离很近的横向力作用、错动变形探伤 内部的裂纹或缺陷的无损检测探伤方法原理优点缺点与局限性超声 波超声波在试件中

5、的传播特性1、可检材料：金属、非 金属、复合材料2、可检厚度范围大,表 面、内部都可检3、缺陷定位较准4、面积型缺陷检出率局5、灵敏度高6、对人无害1、不规那么外形试件不易检测2、材质、晶粒度对检测结果有影响3、检测结果无直接见证记录渗透渗透液渗透 入表向开口 缺陷中,显 像1、适用各种材料2、较图的灵敏度3、显示直观1、只能检出外表开口的缺陷2、多孔材料工件和外表粗糙的工件不适用3、不能定量磁粉材料、工件 被磁化,磁 粉形成目视 可见的磁痕1、铁磁材料2、检测工件外表和近表面的缺陷1、不能检测非磁材料2、不适用于检测工件外表浅而宽的缺陷、埋藏较深的内部缺陷和延伸方向与磁力线方向夹角小于20&

6、#176;的缺陷射线穿透试1、直观图像,定性准确1、对面积型缺陷容易漏检件,胶片产2、检测结果有直接记2、工件宜薄不宜厚X射生潜影,密录,可长期保存3、适宜检验对接焊缝,不宜检线度不同,射3、对体积型缺陷检出率验角焊缝及板材、棒材、锻件线吸收系数高4、本钱高、速度慢不样5、对人体有害第三章尺寸检测几何形状与型线1、 叶片进口型线和头部形状2、 叶片出口型线和头部形状3、 叶片进口角度4、 叶片进口节距5、 叶片出口开度形位公差形状公差、位置公差粗糙度测量转轮外表 单位：Pm第四章安装调试安装过程检测1、机组轴线垂直度偏差2、导轴承轴瓦间隙3、发电机定、转子圆度 1 米16个测点 ±4

7、%启动调试检测1、 机组充水试验2、 机组空载试运行机组机械运行检查调速器调整试验停机试验机组过速试验发电机升压试验3、 机组并网及负载下的试验机组带负荷试验机组负荷下调速器试验机组甩负荷试验第五章水力机械效率原型效率试验的目的1、提供最根底最重要的技术资料动力特性2、鉴定水轮机的效率特性水轮机效率与出力的关系曲线、流量与机组出力关系曲线、机组出力与耗水率关系曲线与模型试验换算的效率特性曲线比较,验收机组3、率定蜗壳流量计的流量系数K 值,方便以后流量测量与在线监测4、鉴定水轮机的其他特性汽蚀、机组振动、尾水管压力脉动.机组改造试验原理水力机械的效率：有用功功率与总功之比,或者描述为输出功率与

8、输入功率 的比值.水轮机功率：水轮机轴功率与水流功率的比值.水泵功率：水泵轴功率与输入电功率的比值o试验方法除去用热力法直接测量以外,其他以流量测量的方法为依据.水轮机的效率可用下式表示：P9.81QH其中：P水轮机输出功率kw；Q 水轮机流量m3/s;H 水轮机水头m.水泵装置的综合效率.gQHP电P水白密度,kg/m3g当地的重力加速度, m/s2Q-一流量,单位时间内通过泵体的水体体积,m/sH水泵的总扬程,装置扬程是进口处水位高程与出水管出口处水位高 程之差,mP电一一电机的卒&入功率,kW流量测量的方法流速仪法、水锤法、示踪法、蜗壳差压法、超声波法、堰测法、毕托管法、相 对法

9、等试验准备工作1、技术资料的准备2、现场检查3、测试段管道的几何尺寸精确测量4、仪器设备标记和率定5、组织工作领导小组、指挥机构、测试人员流量测量流速仪法测流量流速仪法实质是流速面积法.它要求把假设干部流速仪分布在明渠或封闭式管 道的某一个适当横断面的指定点上,然后测量水流速度,并将所有测取的流速 选行积分,这样可以得到流量.机组在试验期间的要求：水流均匀稳定；水质应足够清洁；水中不溶解或 悬浮的物质不得影响仪器仪表测量的准确度.这种测量方法计算流量的前提是 假定流速分布(尤其是边壁附近的速度分布)接近的规律.因此,流速仪法 的关键问题是如何选择合理的测量断面,使之较好地符合上述要求和实际水流

10、 流态.1.测量原理(1)测定测流断面的尺寸,以确定断面面积.该断面应选择在垂直于管轴 线的直管段内；(2)确定测流断面上测点的位置；(3)测量断面内所有测点的流速的轴向分量,并确定其流速分布曲线.流 速分布曲线的误差,主要取决于断面内测点的数目和位置及其流速分布曲线的 形状；(4)从上述的测量结果可确定测流断面的平均流速；(5)计算管道内的过流量,它等于测流断面面积和平均流速的乘积.流量测量原那么和要求1 .水流的稳定性在压力管道内进行流量测定时,水流流动应是净水(水中不应带有不适当数 量的悬浮物、冰块及其它异物),属满管流、处于稳定条件下.而且水流没有 长周期的脉动,因而认为管道内的水流为

11、稳定流.假设功率和水头变化较大或忽然发生变化,那么须重新进行试验.2 .漏水和渗水在试验期间,测流断面与机组进出口之间的管道内,不允许存在漏水、渗水及 分流现象.此外,还要观测记录测流断面和被试机组之间管道内的调压井的水位 变化,并相应地校正其计算流量.同时在测流断面和被试机组之间的管道内取用的润滑水和冷却水都应从其它机组管道内取得.这样可以保证通过测流断面的流 量全部进入被试机组.如果在测流断面和机组进出口之间的管道内存在漏水、渗水和分流现象 , 应采取举措进行封堵.假设效果不显著,那么须测取各自的流量,以便供应流量测量参 考.3 .测量时间为了减少流量测量误差,在每个工况点白测程时间内,应

12、能直接从仪器仪表 上测取不少于5次读数(不少于2min)；如果水流中存在持续时间较长的脉动 ,应 在每次测程中包括四个以上的脉动周期, 那么流速仪的测量时间须延长,这样才能 正确地测量其平均流速,但有可能影响整个试验的进程,而脉动周期的规律至少 应通过10至15分钟的时间来观测流速仪的速度变化,方可确定脉动的持续时间.流速仪的一般要求流速仪轴线与水流速度矢量的夹角不超过 5°.尽可能防止在斜交或集合水流中应用流速仪测量流速,如果对水流条件有 疑心,可考虑先做横断面试验,测定其流速,依此确定流速的规律性.流速仪在使用中,特别在径流式水电站或泵站选行测速时,应随时注意从 上游漂下来的杂草

13、等.因此需要组织人员进行打捞,以免影响流速仪的正常运转.(4)流速仪的率定流速仪通过率定,可得到水流流速和螺旋桨转速之间的关系.此关系通常以 一条或假设干条直线表示.其方程式为：V=An + B式中：V为水流速度,单位为米/秒；n为桨叶旋转速度,单位为/秒；A和B为流速仪的率定系数.流速仪在使用前后,一般都应进行率定.如果流速仪率定后,存放时间较长,一是要增强对流速仪的保养,二是要在使用前进行检查.流量计算流量是根据各测点流速仪的测量而得到整个测流断面的流速大小布分布状 况,由此获得断面的平均流速,然后乘以断面面积,即可得到流量.测试方法原理使用条件备注流速仪法把假设干部流速仪分布在明渠或封闭

14、 式管道的某一个适当横断面的指定 点上,然后测量水流速度,并将所 有测取的流速选行积分,这样可以 得到流量.1、水流稳定,水质清洁.2、流速分布必须规那么,流速仪轴线与水流速度矢量的夹角不超过5°矩形与梯形断面,测点至少25个.圆形封闭管道13点3X 4+1 ,上游 20D,下游5D压力时间法由于导叶开度的变化,在管道中水的质量加速度将随之变化；另外,3、管道两个断面之间的压差变化形成一个力,从而得出加速度和力的关系.1、 在两个压力测量断面之间不存在中间自由水面.2、 泄漏量不大于测量流量的5%3、多进口,单独、同时测试3、 测试端,笔直截面相等4、 面积长度现场测量5、 压力损失

15、和动压之和不超过20%6、 差压传感器要居中布置水锤法吉普逊法超声波法将声波的传播速度和水流速度进行 矢量叠加,声波向上游的传播时比 向下游传播时的绝对速度稍低.通 过测量声波向上下游两个根本方向 的传播时间,便可测得流体沿声道 的平均轴向流速.1、应消除气泡或悬浮物2、防止测量小于1.5m/s的流速或小于0.25m的管径3、测量断面与管道轴向的夹角应在45 ° -75 °之间四声道测量蜗壳压差法具有一定流速的水流在流经弯道时,产生离心力,形成内外压力差,压力差与流速有关,流速与流量有关,可求的流量蜗壳流量计压差尽可能大上下压孔口在同一断面内.混凝土蜗壳金属蜗壳精度低水位、

16、压力和水头扬程测量基准点测量位置水泵 进水池 出水池水电机组 拦污栅 尾水管出口水位测井测量仪器水轮机水头的测量：水轮机水头定义为水轮机进口断面与尾水管出口断面的总能量之差功率测量1、 间接法损耗分析法2、 直接法 P=M*n/974轴功率可采用负荷变送器、扭矩仪或其他外表应力型或叫扭转型的仪器测量,仪器的力矩测量范围应不低于其额定量程的25%转速测量用直接法来测量功率时,转速测量必须在相对于水力机械主轴没有任何转差的 情况下进行.相对效率检测水轮机的最优工况是指 “最高的工况.水轮机在最优工况运行时,不但效率高,而且稳定性和空蚀性能也好.因此,在实际运行中,水轮机的运行工况范围均有一定限制.

17、直接测量效率的热力学法利用单位机械能和水力比能来确定效率就无需测量流量.允许直接测量单位机械能仪器 取水探针试验条件1、高压测量断面2、低压测量断面耗水率每发一度电,通过水轮机的流量.第六章压力脉动、振动和噪声检测振动产生的原因机械、电气、水力压力脉动定义、部位、共振常见脉动现象：振动产生部位振动特征原因蜗壳、导叶振动随运行工况变化时有时无涡流带进入转轮导叶或转轮叶片尾部振幅随过机流量增加而明显增大卡门涡列尾水管振动强弱与运行工况关系密切,区域/、同,振动/、同偏心涡带.偏离设计工况.低水头、低负荷止漏坏、密封结构振动摆度及压力脉动值, 均随机组负荷和过机流 量的增加而明显增大间隙不当,间隙不

18、均振动测量水力、机械、电气三个方面振动的特征、原因、部位见附表噪声测量噪声定义：1 .任何令人不愉快的或不希望有的声音；2 .其频谱不能能够用确定的频率分量下来描述,并具有随即特性的声音.噪声也可以包括不希望有的随机性质的电振荡,如对噪声的性质不明确时, 可用声噪声或电噪声表示.声源、机械噪声、空气动力性噪声、电磁性噪声评价噪声的技术参数1、 噪声的强度1声压：当有声波传播时,使空气压强时而增高时而降低.空气压 强与没有声波传播时的静压强P那么产生压强差.此压强差称为声压 强,简称声压,其值大小指波动声压得有效值.2声压级用声压的对数来表示声音强弱的称为声压级,单位分贝.人的听觉范围相当于声压

19、级01 3 0分贝.2、声强,声强级；声功率,声功率级声强：是在声音传播的方向上,单位时间内通过单位面积的声能量. 单位瓦/米,用I表示.声功率：是声源在单位时间内辐射出的总声能,单位是瓦,用W来 表小0声强级和声功率分别表示声强和声功率的大小的级别,单位是分贝.2、 L声级、A声级对频率计权噪声测量的方法 噪声测量一般是声压级测量,其测量原理是将声压转换成电压后测电压的变化表示噪声的大小,因此必用声电传感器和声级计来测量. 假设配用频谱分析仪可进行频谱分析.数字式声级计还可通过适当的 模/数转换器,将模拟量转换成数字量并进行数字显示声电传感器压电式、电动式、电容式试运行试验1、 变转速试验四

20、个工况、典型部位2、 过速试验3、 变励磁试验五个工况、不平衡磁拉力4、 变负荷试验 四个工况、补气试验、偏心涡带5、 甩负荷试验机组运行与引水系统均处于最恶劣的运行状态第七章应力测试力特性试验的目的剩余应力测试的方法：1、 盲孔法定义、精度高当构件中的剩余应力沿厚度分布不均匀时,测试方法为等深度地逐层钻孔测 定每次的应力释放量2、压痕法 我国拥有自主知识产权测试步骤：被测构件外表准备、应变片粘贴、压痕制造和数据处理机组主轴扭矩测试目的：1、确定主轴轴身真实的平安程度2、检验现在使用的扭矩、扭应力计算公式的可靠性3、计算水轮机运行的输出功率应变片的布置在主轴外表上按与轴线成土 45°

21、的方向第八章空蚀和磨损汽蚀和磨损的定义一空蚀当水流在流道中流过时,如某一部位的局部压力降低到接近水的汽化 压力,那么气体成长为汽泡.汽泡膨胀,聚集,流动至高压区又发生溃灭,分裂的 想象叫做空蚀.此外,在汽泡溃灭的过程中伴有温度的升高约为1500摄氏 度,发光,电离,化学腐蚀等现象,加速了材料的破坏过程,这种因汽蚀作用 对材料产生的破坏称为空蚀损坏.二磨损当通过水轮机流道德工作水流含有一定的数量,带有棱角的坚硬泥沙 颗粒时,沙粒撞击和磨削过流外表,使其材料因疲劳和机械破坏的过程称为 磨损.水轮机的泥沙磨损属于流体动力学磨粒磨损.空蚀和磨损对水力机械的危害性1 .空蚀和磨损使水轮机的通流部件外表变

22、粗糙,破坏了水流对外表原有的 扰流条件,使效率和出力降低.而且由于空蚀和磨损的作用,使通流部件表 面损坏,从而缩短了水力机组的检修周期,增加了检修的工作量,严重者甚 至需要更换局部通流部件.在泥砂磨损和空蚀破坏的联合作用下,过流部件 外表的破坏更甚.2 .空蚀引起强烈的噪音,加剧了水力机组运行的不稳定性,使水力不平衡, 机组振动和水压脉动都有可能增加.空蚀和磨损观测的目的意义1 .找出水力机组破坏的主要原因,经过该进包括设计,制造,检修提 高其抗空蚀和抗磨损的性能.2 .选用抗空蚀和抗磨损的材料.3 .测出水轮机在各种运行工矿的汽蚀强度,尽量防止在严重空蚀区域 运行.4 .研究水力机组汽蚀和磨损的破坏规律,进一步弄清其破坏机理,为减轻 水力机组的空蚀和磨损提供必要的资料.空蚀测量1、电声法声学法大量的试验,研究说明空蚀水流中存在两个根本声源：由于汽蚀漩涡周期性别离,而发出的各种频率噪声,频率取决于水流条件.2、由空蚀汽泡溃灭所产生的宽频声振动,声