水轮机、水泵及辅助设备

1、“水轮机、水泵及辅助设备”辅导,水利水电工程专业,山东电大教学处,工科教研室 张永伟,三、典型例题分析,四、本课程教学设计方案介绍,六、如何实施本课程的实践环节,五、课程考核说明,二、本课程的重点、难点,一、本课程的学习方法,一、本课程的学习方法,内容多 理论性、实践性兼有 “水、机、控”全面 多媒体一体化教材,1. 本课程的特点,本教材针对水利水电工程专业的个不同专业方向所编写的，适合于水利水电动力工程、水利建筑工程与农业水利工程方向，各专业方向根据要求选学不同的内容。,2. 学习方法,自学为主，集中面授。自学、课堂学习、网上学习结合 自学:基本概念,基本理论,基本计算,作业,集中面授: 讲

2、解课程的难点； 分析典型例题； 解答学员疑问； 检查学员作业； 完成某些实践环节（实验）,3.多种媒体教材的应用,以文字教材为主 适当观看录像教材,返回,二、本课程的重点难点,工作原理，理论推导， 理论分析，水力设计。,基本概念，基本理论， 基本计算，基本应用。,1. 课程的重点,2. 课程的难点,1. 课程重点,(1)基本概念 1）定义：对专业术语，技术参数的定义,例: 水轮机的工作水头定义为水轮机进、出口断面单位重量水流的能量差。,2）规定：对某些术语，参数的规定,例：混流式水轮机转轮标称直径D1为转轮进口边的最大直径。,3）分类：根据某些特征对事物进行的类别定义。,例：反击型水轮机为利用

3、水流势能与动能工作的水轮机。,4)物理意义:由某种物理意义形成的概念。,例: 空化是常温下液体内部由于压力降低而形成的流体形态破坏,产生空泡或空穴。,需要掌握的基本概念:,a.水轮机 b.工作水头 c.反击式水轮机 d.冲击式水轮机 e.水流速度三角形 f. 最优工况 g. 无撞击进口,h.法向出口 i.空化 j.空蚀 k.空化核 l.空化系数 m.吸出高度 n.水轮机安装 高程,o.几何相似 p. 运动相似 q.单位转速 r.单位流量 s.比转速 t.飞逸转速 u.设计水头,v.额定工况 w.动力相似 x.蜗壳包角 y.导叶开度 z.导行相对开度 a.转轮出口动能 b.尾水管恢复系数 c.尾

4、水管高度,基本概念的学习方法：,注意基本概念的严密性 理解基本概念的意义 应用基本概念分析问题,例：水轮机工作水头的概念,严格定义：水轮机进、出口断面单位重量水流的能量差值; 含义：进、出口断面的规定，能量含哪几种; 应用：水头的测量与计算。,(2) 基本理论：,水轮机、水泵的基本理论： 水轮机、水泵基本工作原理 相似原理 过流部件基本工作原理 空化的理论,1）基本工作原理,水轮机基本工作原理 水流在水轮机中的运动 水轮机基本方程式 水泵基本方程式,2）相似原理,水轮机相似条件 水轮机相似律 水轮机效率换算原理 水泵相似律,3）空化理论,空化机理与空蚀机理 水轮机空化类型 水轮机空化系数与安装

5、 高程,4）过流部件工作原理,导水机构调节流量原理 尾水管回收转轮出口动 能原理,5）特性曲线换算原理,模型特性曲线 原型运转特性曲线,（3）基本计算,1）理论计算 水流速度三角形的计算 水泵水轮机相似换算 ,2）应用计算,水轮机选型计算 油、气、水系统设备选择 计算 调速器选择计算 调节保证计算,3）水力设计计算,蜗壳水力设计 尾水管水力设计,水轮机基本结构与工作原理 水泵基本结构与工作原理 油、气、水系统构成与工作原理 调速器基本结构与工作原理,(4)设备基本结构与工作原理,2. 难点,理论上不易理解；涉及基础知识面广不易全面掌握；计算复杂；工作原理复杂。,(1) 理论上的难点,1)水流运

6、动分析,速度三角形计算 2)水轮机基本方程式的理解 3)水轮机变工况时的流态与性能变化 4)水轮机空化系数的推导与物理意义 5)蜗壳水力计算公式的导出 6)尾水管动能恢复原理 7)水轮机特性与其类型及ns的关系,(2) 计算上的难点,1）特性曲线的换算 2）蜗壳水力计算 3）尾水管设计计算 4）调节保证计算 5）油、气、水设备选择计算,(3) 设备结构与动作原理方面的难点,1)水轮机主要部件与工作原理 2)转桨式水轮机叶片操作机构 3)调速器电气回路与液压机构,返回,例1:水轮机工作水头的计算,三. 典型例题分析,ZI = 500 m , Z= 450 m , P= 9.81104 PaQ =

7、 16 m3/sD = 2.0 m Pa = 0,数据:,解：,(mH2O),解题关键: a.理解水头公式 b.掌握参数单位换算,例2: 轴流式水轮机进、出口速度三角形的计算,轴流式水轮机D1 = 1 m, dh= 0.4 m, b0=0.4 m, Q = 4 m3/s, n = 375r/min, 0=55o，求D = 0.75 m 圆柱面上转轮进、出口速度三角形的主要参数, 并绘制两三角形。（假定2b = 25o）,解：,(m/s),(m/s),(m/s),解题关键:a.理解速度公式 b.注意易出错处,例3: 相似换算(用模型参数求原型参数),模型水轮机参数：HL220-LJ-46, n1

8、1=70 r/min, Q11=1.1 m3/s, D1M=0.64 m,HM=4 m, PM=14.83 kW。求原型水轮机HL220-LJ-550在H = 49 m时的转速n,流量Q和出力P。,解:应用一次近似式计算,(r/min),(m3/s),(kW),解题关键: a.掌握相似律公式 b.掌握效率修正公式,例4: 相似换算(原型之间的换算),已知HL220-LJ-550水轮机在HA=49 m时nA=89 r/min, QA = 233 m3/s, PA=100 MW, 求同一水轮机在HB=64 m时(相似工况)下的转速nB、流量QB与出力PB。,解：同一水轮机D1A=D1B,由水轮机相

9、似公式：,和,(m3/s),假定,例5: 水轮机选型及参数计算,己知某电站的水头范围Hmin =30 m, Hr=40 m, Hav=45 m, Hmax=52 m, 单机容量Pr =3400 kW,选择水轮机型号并计算水轮机直径D1和转速n。,从水轮机型谱中选择水轮机，根据工作水头范围，选择HL220型水轮机，单位参数n11=71 r/min, Q11=1.14 m3/s, 小型水轮机效率取=85%。则,解：,(m),(r/min),解题关键: a.记住D1, n计算公式 b. D1, n计算用工况参数,返回,1.多种媒体教材的配置,四. 本课程 教学设计方案介绍,文字教材:水轮机、水泵及辅

10、助设备,陈德新, 杨建设主编, 中央电大出版社出版。 录像教材:水轮机、水泵及辅助设备,杨建设主讲, 中央电大音像出版社出版。 CAI课件: 制作中。,2. 辅助教学手段,网络教学: 直播课堂:中国教育台2套,两次 电话答疑,3.教学辅导安排,(1)辅导教师提前制订教学辅导计划，组织辅导； (2)面授以辅导答疑为主，同时收缴并批改作业； (3)收集学生的学习问题与难点，与主讲教师联系取得解答。,4.学员自学安排建议,(1)制订并执行自学计划; (2)认真、独立完成作业与自 测，并及时上交辅导教师; (3)充分利用多种媒体教材; (4)按规定参加集中面授。,5.面授辅导安排建议,面授30学时；

11、学员自学完教材第一编后安排3天， 讲解水轮机与水泵部分; 学员自学完教材第二编后安排3天，讲解辅助设备与水轮机调节部分; 两次面授合并为一次时，自学完全部课程后进行，时间6天。,6.教学质量过程控制,认真组织教学,辅导与答疑; 定期批改作业,检查学习进度与学习质量; 从严考核,严格把关。,返回,1.考核方式： 平时成绩占20%， 期末考试占80%。,五. 课程考核说明,2.考试范围：按课程使用说明中规定的范围 各专业方向采用不同的考题： 水动方向: 全部内容 (1-10章) 其他方向: 选做(试卷上有说明) (1-7章, 1-8章),3.命题原则,按基本概念、基本理论、 基本计算类别命题； 容

12、易：中等：较难题目比例 = 30：50：20,4.考试方式,闭卷； 120分钟； 可带计算器。,5.试题形式及解答要求,判断题 (15分, 15题)； 填空题 (30分, 15题30空)； 简答题 (15分, 3题)； 计算题 (40分, 2题),(1) 题型,1) 判断题,(2) 解题要点,例1：尾水管是反击式水轮 机的必要部件。（对） 考核基本知识,例2：水轮机工作水头是电站上、下游水位差。（错） 考核基本概念,例3：水轮机进口水流环量必须大于出口水流环量才能正常工作。（对） 考核基本理论,2) 填空题,例1:水电站中通过(水轮机)和(发电机)把水流能量转变为电能。 例2: 轴流式水轮机有

13、(定桨式)和(转桨式)两种类型。 考核基本知识,例3: 水轮机空化系数是转轮(动态真空)的相对值。,例4: 理论吸出高度是转轮(叶片压力最低点)到下游水面的几何距离。 考核基本概念,例5: 水轮机工况相似的判据是(n11)和(Q11)分别相等。,例6: 两台泵并联运行的目的是为了增大抽水(流量)。 考核基本理论,3) 简答题,(基本知识,基本概念,基本理论),例1: 反击式水轮要有哪些主要过 流部件? 各自的作用是什么? 例2: 空化与沸腾有什么区别? 例3: 水轮机偏离设计工况时效率 下降的原因是什么?,4) 基本计算,掌握基本计算公式及其各参数的意义,例:,b.掌握基本理论,例: 已知模型

14、水轮机参数 n11, Q11, P11, 求原型水轮机的n, Q, P等(给出D1, H)。,c.用基本理论进行计算与分析,例: 某电站引水管长L = 1000 m, 水流初速度v0 = 2 m/s，水锤波传递速度为 800 m/s,导叶全关时间Ts = 2 s, 求水轮机甩负荷时的水压上升值H。,解:,发生直接水击,d.考核基本概念的理解,例: 某调速器对应机组的额定转速nr=100 r/min, 同一接力器位置对应的两个转速值分别为n1 = 101 r/min, n2=99 r/min, 求该调速器的死区ix。,解：,返回,六、如何实施本课程的实践环节,实践环节: 实验、现场实习、 课程设计、毕业设计,1. 实验: 水轮机模型试验(演示)。,2. 现场实习: 水电站现场实习(2周),了解水轮机结构、辅助设备系统构成、调速器结构及工作原理。可在课程进行1/2或2/3内容后进行。,3.课