水電站項(xiàng)目4.水輪機(jī)的工作原理1水輪機(jī)基本方程式2水輪機(jī)的效率3水輪機(jī)的安裝高程項(xiàng)目4.水輪機(jī)的工作原理4.2水輪機(jī)的安裝高程每臺(tái)水輪機(jī)在安裝中都涉及安裝海拔高度的問題，也就是機(jī)組的安裝高程問題，那么安裝高程是隨意定還是有嚴(yán)格算法呢？經(jīng)很多輩人很多年的研究發(fā)現(xiàn)，安裝高程與水輪機(jī)的空蝕現(xiàn)象有緊密的聯(lián)系。影響因素主要有：空蝕現(xiàn)象及空蝕系數(shù)；材料的空蝕性能；河流水質(zhì)；當(dāng)?shù)睾０渭皻鈮?。安裝高程概述水輪機(jī)的空化現(xiàn)象大約在20世紀(jì)被人們發(fā)現(xiàn)的，是水流在能量轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的一種不利現(xiàn)象。當(dāng)液體溫度一定時(shí)，降低壓力到某一臨界壓力時(shí)，液體會(huì)汽化或溶解于液體中的空氣發(fā)形成空穴，這種現(xiàn)象稱為空化。空化是在液體中形成空穴使液相流體的連續(xù)性遭到破壞，它發(fā)生在壓力下降某一臨界值的流動(dòng)區(qū)域中。在空穴中主要充滿著液體的蒸汽以及從溶液中析出的氣體。當(dāng)這空穴進(jìn)入壓力較低的區(qū)域時(shí)，就開始發(fā)育成長(zhǎng)為較大的氣泡。4.3.1空蝕4.3.1空蝕4.3.1空蝕當(dāng)空化產(chǎn)生的氣泡被流體帶到壓力高于臨界值的區(qū)域，氣泡就將潰滅?？栈^程可以發(fā)生在液體內(nèi)部，也可以發(fā)生固定邊界上?？瘴g是指由于空泡的潰滅，過流表面材料由于長(zhǎng)期沖擊產(chǎn)生疲勞破壞后引起的損壞。在空泡潰滅過程中伴隨機(jī)械、電化、熱力、化學(xué)等過程的作用。空蝕是空化的直接后果，空蝕只發(fā)生在固體邊界上?？瘴g可定義為由于空化現(xiàn)象引起的過流表面材料的破壞。即最終結(jié)果表現(xiàn)為過流表面的破損。4.3.1空蝕4.3.1空蝕空蝕破壞后的過流部件4.3.1空蝕水輪機(jī)空蝕的特征：噪音：沉悶的低頻噪音；振動(dòng)：機(jī)組振動(dòng)加劇；波動(dòng)：效率、出力下降、擺動(dòng)；破壞：過流表面損傷，出現(xiàn)麻點(diǎn)、蜂窩狀小坑，甚至穿孔。水輪機(jī)空蝕的根本原因：局部壓力過低（低于該溫度的臨界氣化壓力）。4.3.1空蝕水輪機(jī)空蝕的類型（依據(jù)發(fā)生部位）：翼型空蝕：發(fā)生在反擊式水輪機(jī)葉片上的空蝕；間隙空蝕：發(fā)生在過流間隙之間的空蝕；空腔空蝕：發(fā)生在尾水管內(nèi)的空蝕；局部空蝕：發(fā)生在不平整表面后的空蝕。4.3.1空蝕4.3.2空蝕系數(shù)衡量水輪機(jī)性能好壞有兩個(gè)重要參數(shù)，一個(gè)參數(shù)是效率，表示能量性能，另一個(gè)參數(shù)是空蝕系數(shù)，表示空化性能。一個(gè)好的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪必須同時(shí)具備良好的能量性能和空蝕性能，既要效率高，能充分利用水能，又要空化系數(shù)小，使水輪機(jī)在運(yùn)行中不易發(fā)生氣蝕破壞。

4.3.2空蝕系數(shù)σ是壓力最低點(diǎn)動(dòng)力真空的相對(duì)值，無因次量；σ值與轉(zhuǎn)輪翼型和水輪機(jī)的工況有關(guān)，一般轉(zhuǎn)輪出口動(dòng)能大一些，空化系數(shù)σ也會(huì)增大；σ值與尾水管的性能有關(guān)，尾水管的恢復(fù)系數(shù)越大σ也越大，水輪機(jī)發(fā)生空化的可能性越大；對(duì)于某一水輪機(jī)，在既定的某一工況下，其σ值是定值。4.3.3水輪機(jī)的吸出高度壓力最低點(diǎn)的靜力真空又稱為吸出高度，它與水輪機(jī)安裝高程有關(guān)。取決于轉(zhuǎn)輪相對(duì)于下游水面的裝置高度，而與水輪機(jī)型式無關(guān)。吸出高度定義為壓力最低點(diǎn)至下游水位的垂直距離。吸出高度越小，則水輪機(jī)裝得越低，水輪機(jī)抗空蝕性能愈好，但水電站的基建投資則愈大，因此，選擇合理的吸出高度是水輪機(jī)裝置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)和電站總體設(shè)計(jì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)的重要問題之一。4.3.3水輪機(jī)的吸出高度但是轉(zhuǎn)輪區(qū)域壓力最低點(diǎn)的位置很難界定，因此工程上對(duì)吸出高度做了統(tǒng)一規(guī)定。(1)立軸混流式水輪機(jī)：Hs為導(dǎo)葉下部底環(huán)平面到下游尾水位垂直高度；(2)立軸軸流式水輪機(jī)：Hs為轉(zhuǎn)輪葉片軸線到下游尾水位垂直高度。(3)斜流式水輪機(jī):Hs為至轉(zhuǎn)輪葉片旋轉(zhuǎn)軸線于轉(zhuǎn)輪室內(nèi)表面交點(diǎn)到下游尾水位的垂直高度。(4)臥式反擊式水輪機(jī)：Hs是葉片最高點(diǎn)到下游尾水位的垂直高度。Hs

為正值表示轉(zhuǎn)輪位于下游水面之上；若為負(fù)值，則表示轉(zhuǎn)輪位于下游水面之下。Hs的絕對(duì)值常稱為淹沒深度。4.3.3水輪機(jī)的吸出高度吸出高度的規(guī)定4.3.3水輪機(jī)的吸出高度為了避免轉(zhuǎn)輪葉片上的空化，必須使壓力最低點(diǎn)壓力大于水流的飽和汽化壓力，即。經(jīng)化簡(jiǎn)最終得到或

▽——水輪機(jī)安裝位置的海拔高程，可取為下游平均水位的海拔;

——模型空化系數(shù)。△——空化系數(shù)的修正值，可根據(jù)設(shè)計(jì)水頭H查取；

H——水輪機(jī)水頭；

——水輪機(jī)的空化安全系數(shù).4.3.4水輪機(jī)的安裝高程工程上對(duì)安裝高程

做了統(tǒng)一規(guī)定：對(duì)于

立軸反擊式水輪機(jī)安

裝高程是指導(dǎo)葉中心

面高程，如圖(a)所示；

對(duì)于臥式水輪機(jī)是指

主軸中心高程，如圖

（b）所示。4.3.4水輪機(jī)的安裝高程⑴立軸混流式水輪機(jī)式中——尾水位，m；