水力机械现代设计方法第二章第三节：过流部件的作用原理

1、华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,第三节 过流部件的作用原理,过流部件（通流部件）固定元件 叶轮与环境（机器或相邻级进、出口）之间的连接，影响叶轮的工作，决定了整机尺寸与重量。 各部件的相互影响： 叶片式机械的可逆性，流动方向与性能的关系,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,一、原动机过流部件的作用原理,1、水轮机的引水室,引水室的作用： 产生所需的cu1 将水流均匀（轴对称）地（经过导水机构）引入转轮。,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,分类：开式与闭式,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,

2、HSJ,水力机械中的能量转换,涡壳作用原理的要点：,1、速度矩不变：curK,2、水流均匀进入转轮,3、K值由进口断面确定：,进口断面,由于半径r减小，所以cu1增加,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,固定导叶,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,固定导叶： 仅起支承作用，不应对水流产生作用（阻力小，不改变环量）,在自由流动时,所以，骨线应为等角螺线,2、水轮机的导水机构（活动导叶）,导叶开口与出流角,开口 a0 mm 出流角 0 度,作用：调节流量,活动导叶的翼型形状： 负曲率、 对称、 正曲率,华中科技大学能源与动力学院水机

3、教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,流量调节方程,当导叶出口角一定时，出口速度为,转轮进出口速度矩：,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,代入欧拉方程式并解出qV，可得,调节流量的手段：0、b0 、 b2 混流式： 0 轴流式： 0 、0b2 实际的流量调节关系，由试验确定,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,3、水轮机尾水管,作用： 收集水流 回收利用转轮出口水流剩余的能量,转轮出口（2点）的能量：,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,无尾水管时： p2pa（大气压）,有尾水管时：,静力真空 与

4、 动力真空,恢复系数,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,转轮出口动能的比重,cu2的影响 过大：产生涡带。 略带：可以避免流动分离，减小H2-5。 实际的最优出口条件： 略带正环量（cu2略大于零）,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,4、喷嘴和喷管,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,水轮机过流部件速度、压力变化,引水管路,喷嘴,转轮,引水管路,涡壳、导叶,转轮,尾水管,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,二、工作机过流部件的作用原理 1、吸入室,华中科技大学能源

5、与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,吸入室的作用： 向叶轮提供，速度大小合适、且分布均匀的入流。,半螺旋形吸入室的工作原理,吸入室由两部分组成： 涡壳形部分 非涡形部分,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,在螺旋部分：,在非螺旋部分： cu1r1=0,平均： cu1r1=k qV,a为比例系数，由吸水室的几何形状决定,1const.,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,不同吸入室对叶轮进口速度方向的影响 半螺旋吸入室：1=const与流量无关 其他各种吸入室： 1=90,cu1r10对叶轮Hth 的影响 使Hth降

6、低,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,2、压水室与扩压元件,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,a、蜗壳,蜗壳与叶轮之间，还可以有其他的扩压元件,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,b、无叶扩压器,连续性方程：,工作原理要点,动量矩定理：,所以：,特点： 稳定，变工况性能好，效率稍低,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,c、径向导叶,两种考查方式：叶片、流道,4由叶片形状决定,特点： 尺寸小，设计点效率高，变工况性能较差,反导叶,径向导叶,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,3、进口导流器（前导叶）,华中科技大学能源与动力学院水机教研室,HSJ,水力机械中的能量转换,导流器出口到叶轮进口：,由欧拉方程,当流量和转速不变时，u2cu2的值将保持不变（忽略压力变化引起的出口体积流量的变化），此时转动叶片，就可改变能量头（或扬程、压力）的值，从而调节了工况。,华中科