2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 1
第四章 流体机械的相似理论
? 何谓流体机械的相似理论
此问题源于流体机械的设计提出来的 。 在设计中, 人
们总是设法以一些最佳参数的组合计算来得到高效率的机器 。
但是, 在大多流机中的运行工况是多变的, 其内部流动情况
非常复杂, 时至今天尚不能用纯理论计算解决设计问题 ( 尤
其是叶片式流体机械 ) 。 目前采用的设计都是忽略了某些次
要因素, 对流体运动作了一些假设的基础上得到的 。 另外设
计时只可针对某一设计工况, 即设计理论同实际情况不完全
相符, 那么如何完善流体机械的设计?
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上述问题在实际中是:广泛采用 理论计算 和 模型试验
研究相结合的方法来进行设计 。 即理论计算的机器还需要
通过试验来修正计算的误差, 尤其是水轮机是在理论计算
和模型试验反复进行的基础上, 并经多种方案的比较才得
到的 。
当然近年来由于电子计算机的应用, 在国外已替代了
部分模型试验 。 计算机的数值分析计算发展到可以对流体
机械内部流动进行数字模拟,即可以根据内部流动分析的计
算程序,对各种不同设计参数的组合进行计算,得出最佳方
案,并可以估计机器的各种性能 — 这种方法称作, 数值试验
” 。
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但, 数值试验, 并不能代替模拟试验,以为理论方法的
不完善,存在一定的局限性,流体机械中有许多问题仍
要依靠模型试验解决,且就是计算机的计算结果仍需要
模拟试验来验证。 所以目前模型试验仍是研究流体机械
的重要手段。
那么模型试验中需解决两个问题,
1.模型与原型机如何保持相似 — 流场的模拟
2.如何把试验结果换算到原型机 — 参数换算 。
由流体力学可知,上述内容属 相似理论 解决的问题
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第一节 流动相似条件
—, 几何相似
指过流部件几何形状相似 ( 所有相应长度成比
例, 相应角度相等 ) 。
长度比尺,KL=Lp/Lm=Dp/Dm
几何相似的转轮,βbm= βbp
D1p/D1m=bop/bom=const
定义:凡几何相似的流体机械 ( 如水轮机 ) 称
作同一系列流体机械 ( 水轮机 ) 。 如 HL220— 120
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二, 运动相似
指原型与模型相应点的运动状态相似 ( 即速度场
相似 —— 对应点的速度三角形相似 ), 相应点的速度大
小成比例, 方向相同, 相应的夹角相等 。
速度比尺,Kc=Cp/Cm=Up/Um=Wp/Wm=const
速度三角形相似 —— 对应角度是相等的, 所以运动
相似又称作 等角工况 。
相似工况,几何相似的流体机械 ( 水轮机 ) 又满足
运动相似的工况称作相似工况 ( 或等角工况 ) 。
即同系列水轮机满足运动相似的工况称相似工况 。
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三, 动力相似
指力场相似 —— 作用在流体质点上的力为同名
力, 数量相同, 并且同名作用力的大小成一定比例,
方向相同 。
作用力比尺,
KF=Fvp/Fvm=Fpp/Fpm=Fgp/Fgm=Flp/Flm=Fep/Fem
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第二节 相似理论在流体机械中的应用
前面导出的相似准则是用于试验, 设计中应遵
循的准则, 但是为了便于工程上的使用而作出了一些
转换:组合转换, 相似换算公式, 通用特性曲线 。
相似定律,反映相似流体机械主要参数之间关
系的定律 。 主要包括转速相似律, 流量相似律和功率
相似律 。
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一, 泵的相似换算公式
( 一 ), 流量相似律 ( 推导略 )
由满足流量系数相等 ( )
可得,
该式反映了相似机间流量的关系( 称第一相似律 )
nDq v3??
m
p
m
p
mvpv n
n
D
Dqq
3
3
,,?
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( 二 ), 扬程相似律
由满足压力系数 ( )
可得,
该式反映了相似机间扬程之间的关系 ( 称第二
相似律 )
22 nD
H??
2
2
2
2
m
p
m
p
mP n
n
D
DHH ?
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( 三 ), 功率相似律
满足功率系数 相等
可得,
该式反映了相似机功率间的关系 ( 称第三相似律 )
注意到,两台相似机之间应满足流量相似, 扬程相
似, 功率相似 。 那么根据相似律可以进行两台相似机之
间的性能参数换算, 也可以用于同一台机在转速变化时,
相似工况之间的参数换算 。
35nD
p??
3
3
5
5
m
p
m
p
mP n
n
D
DPP ?
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二, 水轮机的单位参数及相似换算
( 一 ), 单位参数
上述的相似换算公式对水轮机同样是适用的 。 但是
在实际中由于已知条件有差异 ( 泵通常以 D和 n作为已知
条件;而水轮机是以 D和 H作为已知条件 ), 所以单位参
数和换算公式需要稍微改变 。 将模型实验得到的水轮机
参数根据相似规律转换成一个 的标准
水轮机参数, 这就是 单位参数 。
mHmD 1,11 ??
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( 1), 单位转速
m in )/(111 r
H
nDn ?
,表示当 时水轮机具有的转速。
11n
mHmD 1,11 ??
11n
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( 2), 单位流量
,表示当 时水轮机的过流量。 mHmD 1,11 ??
)/( 32
1
11 smHD
qQ v?
11Q
11Q
注,对同系列水轮机, 在相似工况下
即在不同工况点具有不同的, 。
co n stQco n stn ?? 1111,
11n11Q
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( 3), 单位功率
:表示当 时水轮机的输出功率。 mHmD 1,11 ??
注,对同系列水轮机, 在相似工况下 是常数 。
11P
)(232
1
11 KWHD
PP ?
11P
11P
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( 二 ), 水轮机的相似换算
当满足相似条件时, 模型和原形水轮机
的,, 和 分别相等, 即可得到水轮机的
相似换算公式,
11n 11P11Q
( 1), 流量相似律,
m
p
m
p
mvpv H
H
D
Dqq
2
2
,,?
( 第一相似定律 )
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( 2), 转速 相似律,
m
p
p
m
mp H
H
D
Dnn ? ( 第 二 相似定律 )
( 3), 功率 相似律,
2/32
2/32
mm
pp
mp HD
HD
PP ?
( 第 三 相似定律 )
注,以上三相似换算公式主要应用 于泵。
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讨论,关于单位参数(以水轮机为例)
1,同系列水轮机在相似工况下单位参数相等 。
单位参数反映了该系列水轮机的水力性能 。 因为单位
参数是由相似准数得来 ( Sr,Eu等 ), 所以单位参数
即是水轮机的相似准则 。 那么, 同系列 ( 同型号 ) 水
轮机在相似工况下, 单位参数是相等的 ( n11=const、
Q11=const), 另外, 单位参数反映了该系列水轮机的
水力性能 。
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n11( )反映了同系列水轮机的转速特性 。
D1,H一定 → n11↑, n↑
Dg2L=C.Ng/n
L:发电机磁极铁心高度; Dg:发电机定子直
径; C:发电机常数 。 C=2x105
当 n11↑→n↑, Dg↓
所以选择 n11高的水轮机, 可以缩小发电机尺
寸, 降低机组造价 。
H
nDn 1
11 ?
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Q11( )反映了同系列水轮机的实际过流能力 。
当 H,D1一定 → Q11↑, qv↑, P↑( )
或 P一定 ( qv一定 ) → Q11↑→D 1↓ 水轮机尺寸 ↓ 。
所以可以根据 n11,Q11等对不同系列水轮机性能
进行比较 。
HD
qQ v
2
1
11 ?
?HqP v81.9?
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2,H,qv不同为某台水轮机对应于不同工况, 而 n11、
Q11不同造成的是某个系列的水轮机不同的相似工况 。
3,单位参数的重要作用
单位参数对水轮机的设计, 模型试验以及选型设计起
着重要作用 。 如模型试验后可根据相似工况下, 单位参数相
等的原则, 将模型换算成原型参数 。
(例 )模型:已知 D1m,Hm,试验得
原型:已知 D1,H→q v,p= Q11 D12 Hp1/2(Q11=const)
另外, 对同系列水轮机的工作特性也是以单位参数作
为函数来研究的 。 如 η =f(n11,Q11), σ = f(n11,Q11)等 。
mm
mv
mv HD
qQq
2
1
,
11,??
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三, 效率对相似换算的影响
引:前面引出的相似换算公式及单位参数虽然用
途很大, 但是由于假设 η p=η m,所以难以达到完全相
似 。 根据实测证明,η p≠ η m ( 同模型相比, 原型尺
寸越大, η p>η m),这就给我们提出了两个需要解决
的问题,
( 1), 模型试验得到的某个工况的 η 不能直接作
为原型相似工况的 η, 而必须进行效率修正 — 效率修
正问题;
( 2), η p≠ η m,单位参数存在一定误差 — 单位
参数修正问题 。
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工程实践中都是根据近似公式先求出单位
参数,再进行修正。, 尺寸效应, 实践中存在
原型机尺寸越大,就比相似工况下的 η m↑,
通常把这种现象叫做, 尺寸效应, 。为什么会
存在, 尺寸效应,,找出原型与模型之间的 η
换算关系,这就是我们下面要解决的主要问题
。
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( 一 ), 效率换算
因为 η =η vη nη m, 即流机中存在容积损失, 水
力损失, 机械损失 。
先考虑水力损失,
一般将水轮机中的水流运动视为圆管中的流动
Δ H=Δ Hf+Δ Hsh
在设计工况 ( 即一般为最优工况 ) 时, 导水叶片
和转轮叶片进口处与水流的流速方向是重合的 ( 无撞
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击进口) —— 冲击损失为 0;转轮出口是法向出口
(或略具正流量出口);尾水管中的扩散损失和出
口损失均最小。
∴ 近似认为水轮机在设计工况条件下,
1,
2,
fHH ???
g
CH
DLf 2
2
???
(水轮机中的粘性摩擦损失
类似于圆管中的摩擦损失)
(最优工况时)
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3、水轮机中的流态处于, 水力光滑区,,沿程水
力损失系数, 与及管壁相对粗糙度有关,
∵ 考虑到最优工况时水轮机中的流态可视为, 水力
光滑区, —— ( 层流厚度 >绝对粗糙度 ) ; 仅
与 有关 。
注意到相对水力损失,
列出模型与原型间的相对摩擦水力损失之比,
?? ed Rf,???
??0?
fh?
eR
HHx f??? ?1
)
2
)((
)
2
()(
1
)1(
2
2
gH
C
gH
C
D
L
mmD
L
m
n
mn
?
?
?
?
?
?
?
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由几何相似和相似工况条件,
mDLDL )(?
mgH
C
gH
C )
2(2
22 ?
?
?
?
? m
n
mn ?
?
?
1
)1(∴
考虑液流运动于, 紊流水力光滑区,,
eR
1??
∴
n
e
em
mn
n
R
R 1)(
)1(
1 ?
?
?
?
?
又 ∵ —— 液体运动粘性系数
gH
DR
e 2?? ?
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代入上式经整理得,
nmnm
mhh H
H
D
D 211 )()()1(1 ?? ???
从式中可看到产生尺寸效应的物理实质是:随尺寸
由上式可换算出原型水轮机的水力效率,
?????? nfe HR ?
hhm ?? ?
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这里只考虑了 η h的换算问题 。
根据分析和实践证明,η v≈ η vm 结构相似 —— 受
水轮机尺寸变化的影响小; η m≠ η m,m, 但是总损失比
重较小且计算较复杂, 所以近似认为原型同模型效率之
间的修正主要是由水力损失引起的 。
?
?
?
?
?
? ????? n
H
Hn
D
D
hmh
mm 2
11
)()(1)1(1 1????
考虑到其他更复杂的因素,给出一个更完善的水力
效率换算公式,
式中,— 粘性摩擦损失占总损失比重 。
? HH f ????
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设最优工况时 η ≈ η h—— 将水力效率换算公式
用于总效率换算,
IEC(国际电工委员会)规定:在模型试验的验收
规程中
ZL( 胡顿公式 ),
HL( 英迪 Moody), H≤ 150m
H> 150m
?????? ???? 10
1
5
1
1
100 )()(7.03.0)1(1 HHDD mmm??
5
1
1
100 ))(1(1 DD mm?? ???
20
1
5
1
1
100 )())(1(1 HHDD mmm?? ???
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叶片泵常用的效率换算公式,
莫迪公式,
5
1
2
2 ))(1(1
D
D m
m?? ???
( 二 ),非最优工况下的效率修正
上述效率换算公式只适用于最优工况,对非最优工况
时水轮机中的水流情况很复杂,实际出现△ Hj>△ Hf,再
按公式换算就会造成原型机效率偏高。目前广泛采用一种
简化的修正方法 — 等值修正法。非最优工况的效率 =模型
效率 +效率修正值。
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对不同工况 △ η=const
1,由 ηmo→求 ηo
2,△ η1=ηo-ηmo
3,ηi=ηmi+△ η1
ηmi:其他工况的模型效率, △ η=const,
取最优工况时模型和原型的差值
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 32
(三 )、单位参数的修正
因为 η ≠ η m,前面得到的单位参数只是第一次
近似值, 所以就必须对单位参数进行修正 ( 以水轮机
为例, 推导略 )
1,单位转速换算
其它工况,n11=n11m+△ n11
当 △ n11<3%n11,m0可不修正
m
mP nn
?
? ?? 0011,11
)1( 0001111011 ???? mmnnn ??
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2,单位流量换算
∵ △ Q11与 Q11相比很小
∴ 一般取 Q11 =Q11m
注:通常情况下, 泵的效率修正值较小,
可不考虑单位参数修正 。
)1(
0
0
01111 ???
m
mQQ ?
?
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 34
第三节 比转速
我们知道,单位参数(或泵中用的无量纲参数)
反映了不同系列机器的特性,如水轮机,
—— 表示 D1=1m H=1m时水轮机具有的转速,
反映了同系列水轮机的转速特性,
—— 反映同系列水轮机的过流能力,
—— 反映了同系列水轮机的功率特性,
HnDn 111 ?
HD
qQ v
2111 ?
231111 HD
pp ?
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 35
这些单位参数都含有转轮特征尺寸 D,这通常是
在设计中确定的,即是单位参数预先不能组成的,这
就给设计方案的比较确定带来了困难,那么如何解决
这问题?
想法:用单项工作参数(或)组成一个综合的
特征参数,较全面地反映了相似机器的性能(几何特
性、水力特性等),并且这个特性参数不是 D的函数,
这就是最早引入的水轮机 比转速 。
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 36
—, 比转速的定义
因为,
232
1
11
1
11,HD
pp
H
nDn ??
通过他们的组合(消去 D1)得到一个综合参数,
4543
1
1111 H
pn
H
p
H
nDpn ???
令
45H
pnn
s ?
)( kwm?
sn
:表示 H=1m,p=1kw时流体机械具有的转速
(这是我国常用的工程单位制比转速)
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 37
)( hpm?
?111113.3 Qnn s ? )( kwm ?
?111165.3 QnN s ?
可直接用 n11和 Q11表示水轮机的 ns,
43
65.3
H
qnn v
s ?
水泵的 ns,
)( 3 smm ?
ns是流体机械中的一个重要相似准则,
同系列流体机械在相似工况下是相同的。
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 38
二, ns与过流部件几何形状及性能的关系
ns表征了一系列几何相似流体机械的综合特
性, 不仅能对不同系列的流体机械进行比较, 而
且还能反映出其流动性能及流道形状和应用范围 。
应当指出 ns对转轮的型式和形状的比值有较大影响,
而对其它尺寸关系不大 。
(一),ns与过流部件几何形状的关系
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 39
P:代表转轮高压侧; S:代表转轮低压侧;
结论,1,ns∝ bp/ Dp(与高压边宽度(高度)和
直径的比值)即水轮机 ns∝ b0/ D1; 泵 ns∝ b2/ D2,
高 ns的转轮流道较宽可通过较大流量;低 ns转轮流道
较窄通过的 qv减少。
4/3
2/1
0
]t a nt a n./1[
]t a n././[
p
s
ps
sppps
s
DD
DbDDn
?
?
?
?
?
?
?
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 40
2,ns∝ Ds/Dp(转轮低压边与高压边的直径之
比)即水轮机 ns∝ D2/ D1,泵 D1/ D2,高 ns转轮流道
较短(致液流通过时 ΔH↓);低 ns转轮流道较长
( ΔH↑)。
∵ Ds/Dp,bp/ Dp 反映了转轮叶片的轴面轮廓
形状
∴ ns↑,Ds/Dp↑叶片进口边(水轮机)或出口
边(泵)倾斜,最后发展到垂直于主轴。即随 ns↑转
轮型式发生变化;径流(离心)式 →混流式 →斜流
式 →轴流式。
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3、水轮机 βs=β2=15° - 20°
泵 βp=β2=20° - 25°
随 ns变化不大。
4,
psn ?1?
水轮机低 ns:叶片翼型弯曲度较大(空间叶片较平坦)
高 ns:叶片翼型较平坦(空间叶片扭曲度大)
泵低 ns:柱形叶片;高 ns:扭曲叶片,
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(二),ns与 与流体机械的型式关系
水轮机,
水斗式,ns= 10-35
混流式,ns =50-400
斜流式,ns =150-500
贯流式,ns =300-1000
水泵,
离心泵,ns =600-1000
混流泵,ns =300-500
轴流泵,ns =500-1000
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(三) ns与水力性能的关系(包括能
量性能及汽蚀性能)
能量特征:由 ns=3.13*n11*(Q11*y)^(1/2)
{n11=n*D1/(H)^(1/2),Q11=qv/D1^2*H^(1/2)
对某一 H条件下; H=const{n1,D1一定,ns增大 —
— Q11增大,N增大,N( Q)一定,ns增大 —— n增
大,D1减小 }
以水轮机为例;在发同样电力的条件下,ns增
大,使机组的尺寸(包括发电机)大大缩小,这可
降低机组和厂房造价;所以提高 ns是水轮机(泵)
的发展趋势,各个国家一般都是以 ns来代表流体机
械的设计制造水平。
如何提高 ns?由 ns=3.13*n11*(Q11*y)^(1/2)—
— n11增大,Q11增大
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第四节 流体机械的特性曲线
(一)、水轮机和逆式水轮机的特性曲线
(二)、叶片式泵与风机的特性曲线
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(一)、水轮机和逆式水轮机的特性曲线
1、线性特性曲线
2、综合特性曲线
3、飞逸特性曲线
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1、线性特性曲线
1)、工作特性曲线
2)、转速特性曲线
3)、水头特性曲线
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2、综合特性曲线
( 1)模型综合特性曲线(混流式),
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( 2)、运转综合特性曲线,
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3)、斜流转浆式水泵水轮机模型综合特性曲线,
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 50
4)、切击式水轮机模型综合特性曲线,
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 51
3、飞逸特性曲线
1)、混流式水轮机的飞逸特性曲线;
2)、转桨式水轮机的飞逸特性曲线。
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(二)、叶片式泵与风机的特性曲线
轴流泵性能,
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? 28CJ56型轴流泵综合特性曲线
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 54
风机特性曲线 --风机的无因次性能曲线,
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 55
第五节 模型实验及特性曲线的绘制
一)、实验装置,
⑴ 开式实验台(进出口敞开与大气相通):用
于能量特性( η),强度,力特性及过流部件结
构实验。
⑵ 闭式实验台(循环封闭系统与大气隔绝);
既可作能量实验又可作空化特性实验等。
⑶ 半开式实验台
风洞(水洞)实验装置:通过改变流体在洞内的
流速,而测量翼型表面压力分布和流场分布情
况 —— 研究转轮叶片翼形的动力特性。
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二)、能量实验测量项目,
1)水轮机
1、水头 H;
2、流量 qV( Q);
3、转速 n;
4、转动力矩 M
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2)水泵
1、流量q v;
2、扬程 H ;
3、轴功率 P ;
4、转速 n。
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三)、试验方法
1,Hm=const (调整上游水位 —— 溢流筒高
度 );
2.在不同的 a0下试验。( 8-10个开度),a0间
隔 2-4mm;
3,a0 =const下,改变 n— 造成 8-10个工况点。
例,a0=14( n1,n2,…… )。
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 59
四)、水轮机综合特性曲线的绘制
(一)、等开度线( ao=const线)的绘制;
(二)、等效率线( η=const线)的绘制;
(三)、功率限制线的绘制;
(四)、等汽蚀系数线的绘制;
其绘制结果如下,
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 60
模型综合特性曲线
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 61
第六节 水轮机的飞逸特性
一、飞逸工况
二、飞逸特性曲线
三、防飞逸的措施
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 62
一、飞逸工况
对于在电站运行的水轮发电机组,外界负荷是变
化的,在正常的负荷调整中,它始终保持额定转速运
行,满足水轮发电机组运行方程式(刚体绕定轴转动
的微分方程)
式中,MT—— 动力矩,由水轮机转轮产生;
Mg—— 电磁力矩,由发电机转子产生。
正常运行, MT=Mg n=常数
甩负荷 正常, Pg→0, Mg=0,n↑↑,a0=0,
事故, n↑↑, a0不等于 0
gT MMdt
dwJ ??
MT=Mg=0,n=C
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 63
—— 当水轮发电机组突然丢弃全部
负荷时,由于调速机构失灵或其他原因使导水
机构不能关闭,水轮机转速将迅速升高并达到
某一最大值,该转速就称飞逸转速,一般用 nR
来表示。
(用单位飞逸转速表示 )
H
Dnn
RR
1
11 ?
凡几何相似,工况相似的水轮机 n11R=C,研究
飞逸特性目的,考虑水轮发电机组转动部件的强
度和刚度问题。
飞逸转速
飞逸特性
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 64
二、飞逸特性曲线
1、混流式及轴流定浆式水轮机的飞逸特性曲线
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 65
2、转浆式水轮机的飞逸特性曲线
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 66
三、防飞逸的措施
根据牛顿第二定律,转动部件产生的离心
力 F为,
g
RNG
g
RGF
9 0 0
222 ?
?? ?
即转动件圆周运动中产生的离心力是同力成
平方的关系,若 N增加 2倍,离心力增加 4倍。
强大的离心力会造成机组损坏(使推力轴承
或导轴承的轴瓦磨损破坏等)或引起机组的强
烈振动,使设备和厂房结构遭受振动破坏。工
厂规定水力机组在飞逸工况下运行时间不超过 2
分钟。所以在电站和工厂需要采取相应的防飞
逸措施,主要有三方面,
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 67
1、设置快速闸门
一般当流速( 1.4~1.5) nR,导水机构不
能关闭时,启动引水管道中的快速闸门(如
球阀和平板闸门,低水头电站可安装快速尾
水门来截断水流)
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 68
在导水机构接力器的供油管上设置事故
配压阀,当调速器失灵时,若 nR=1.4nr,则
保护系统发出指令,由事故配压阀移动来操
作接力器,使压力油直接进入接力器关闭侧,
关闭导叶。但该装置可靠性差,当由于油压
下降时就无法关闭导叶。
2、增设事故配压阀
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 69
3、导叶自动关闭 —— 负偏心矩导叶
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 70
当水流绕流导叶时,由于水压力的作用,在导
叶上形成了一个转动力矩,朝开启和关闭方向转动
导叶。通常取转轴中心靠近头部一些(正偏心矩
L01>L02)。使导叶在全关位置和接近关闭位置时,
导叶受到一个开启方向的水力矩作用。这样当机组
甩负荷时,导水机构能从容地关闭,可以减轻导叶
紧急关闭时的水锤压力。负偏心矩导叶指导叶转动
中心距尾部距离小于头部( L01〈 L02),造成负
偏心矩,在导叶关闭或接近关闭位置时,叶片上有
一个关闭力矩,能够自行关闭导叶,防止飞逸。
另,ZZ机,转轮体上装置制动叶片,当
过速时,制动叶片自动伸出,在水流中起阻
尼作用。
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 71
The end
第四章 流体机械的相似理论
? 何谓流体机械的相似理论
此问题源于流体机械的设计提出来的 。 在设计中, 人
们总是设法以一些最佳参数的组合计算来得到高效率的机器 。
但是, 在大多流机中的运行工况是多变的, 其内部流动情况
非常复杂, 时至今天尚不能用纯理论计算解决设计问题 ( 尤
其是叶片式流体机械 ) 。 目前采用的设计都是忽略了某些次
要因素, 对流体运动作了一些假设的基础上得到的 。 另外设
计时只可针对某一设计工况, 即设计理论同实际情况不完全
相符, 那么如何完善流体机械的设计?
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 2
上述问题在实际中是:广泛采用 理论计算 和 模型试验
研究相结合的方法来进行设计 。 即理论计算的机器还需要
通过试验来修正计算的误差, 尤其是水轮机是在理论计算
和模型试验反复进行的基础上, 并经多种方案的比较才得
到的 。
当然近年来由于电子计算机的应用, 在国外已替代了
部分模型试验 。 计算机的数值分析计算发展到可以对流体
机械内部流动进行数字模拟,即可以根据内部流动分析的计
算程序,对各种不同设计参数的组合进行计算,得出最佳方
案,并可以估计机器的各种性能 — 这种方法称作, 数值试验
” 。
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 3
但, 数值试验, 并不能代替模拟试验,以为理论方法的
不完善,存在一定的局限性,流体机械中有许多问题仍
要依靠模型试验解决,且就是计算机的计算结果仍需要
模拟试验来验证。 所以目前模型试验仍是研究流体机械
的重要手段。
那么模型试验中需解决两个问题,
1.模型与原型机如何保持相似 — 流场的模拟
2.如何把试验结果换算到原型机 — 参数换算 。
由流体力学可知,上述内容属 相似理论 解决的问题
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 4
第一节 流动相似条件
—, 几何相似
指过流部件几何形状相似 ( 所有相应长度成比
例, 相应角度相等 ) 。
长度比尺,KL=Lp/Lm=Dp/Dm
几何相似的转轮,βbm= βbp
D1p/D1m=bop/bom=const
定义:凡几何相似的流体机械 ( 如水轮机 ) 称
作同一系列流体机械 ( 水轮机 ) 。 如 HL220— 120
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 5
二, 运动相似
指原型与模型相应点的运动状态相似 ( 即速度场
相似 —— 对应点的速度三角形相似 ), 相应点的速度大
小成比例, 方向相同, 相应的夹角相等 。
速度比尺,Kc=Cp/Cm=Up/Um=Wp/Wm=const
速度三角形相似 —— 对应角度是相等的, 所以运动
相似又称作 等角工况 。
相似工况,几何相似的流体机械 ( 水轮机 ) 又满足
运动相似的工况称作相似工况 ( 或等角工况 ) 。
即同系列水轮机满足运动相似的工况称相似工况 。
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 6
三, 动力相似
指力场相似 —— 作用在流体质点上的力为同名
力, 数量相同, 并且同名作用力的大小成一定比例,
方向相同 。
作用力比尺,
KF=Fvp/Fvm=Fpp/Fpm=Fgp/Fgm=Flp/Flm=Fep/Fem
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 7
第二节 相似理论在流体机械中的应用
前面导出的相似准则是用于试验, 设计中应遵
循的准则, 但是为了便于工程上的使用而作出了一些
转换:组合转换, 相似换算公式, 通用特性曲线 。
相似定律,反映相似流体机械主要参数之间关
系的定律 。 主要包括转速相似律, 流量相似律和功率
相似律 。
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 8
一, 泵的相似换算公式
( 一 ), 流量相似律 ( 推导略 )
由满足流量系数相等 ( )
可得,
该式反映了相似机间流量的关系( 称第一相似律 )
nDq v3??
m
p
m
p
mvpv n
n
D
Dqq
3
3
,,?
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 9
( 二 ), 扬程相似律
由满足压力系数 ( )
可得,
该式反映了相似机间扬程之间的关系 ( 称第二
相似律 )
22 nD
H??
2
2
2
2
m
p
m
p
mP n
n
D
DHH ?
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 10
( 三 ), 功率相似律
满足功率系数 相等
可得,
该式反映了相似机功率间的关系 ( 称第三相似律 )
注意到,两台相似机之间应满足流量相似, 扬程相
似, 功率相似 。 那么根据相似律可以进行两台相似机之
间的性能参数换算, 也可以用于同一台机在转速变化时,
相似工况之间的参数换算 。
35nD
p??
3
3
5
5
m
p
m
p
mP n
n
D
DPP ?
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 11
二, 水轮机的单位参数及相似换算
( 一 ), 单位参数
上述的相似换算公式对水轮机同样是适用的 。 但是
在实际中由于已知条件有差异 ( 泵通常以 D和 n作为已知
条件;而水轮机是以 D和 H作为已知条件 ), 所以单位参
数和换算公式需要稍微改变 。 将模型实验得到的水轮机
参数根据相似规律转换成一个 的标准
水轮机参数, 这就是 单位参数 。
mHmD 1,11 ??
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 12
( 1), 单位转速
m in )/(111 r
H
nDn ?
,表示当 时水轮机具有的转速。
11n
mHmD 1,11 ??
11n
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 13
( 2), 单位流量
,表示当 时水轮机的过流量。 mHmD 1,11 ??
)/( 32
1
11 smHD
qQ v?
11Q
11Q
注,对同系列水轮机, 在相似工况下
即在不同工况点具有不同的, 。
co n stQco n stn ?? 1111,
11n11Q
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 14
( 3), 单位功率
:表示当 时水轮机的输出功率。 mHmD 1,11 ??
注,对同系列水轮机, 在相似工况下 是常数 。
11P
)(232
1
11 KWHD
PP ?
11P
11P
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 15
( 二 ), 水轮机的相似换算
当满足相似条件时, 模型和原形水轮机
的,, 和 分别相等, 即可得到水轮机的
相似换算公式,
11n 11P11Q
( 1), 流量相似律,
m
p
m
p
mvpv H
H
D
Dqq
2
2
,,?
( 第一相似定律 )
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 16
( 2), 转速 相似律,
m
p
p
m
mp H
H
D
Dnn ? ( 第 二 相似定律 )
( 3), 功率 相似律,
2/32
2/32
mm
pp
mp HD
HD
PP ?
( 第 三 相似定律 )
注,以上三相似换算公式主要应用 于泵。
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 17
讨论,关于单位参数(以水轮机为例)
1,同系列水轮机在相似工况下单位参数相等 。
单位参数反映了该系列水轮机的水力性能 。 因为单位
参数是由相似准数得来 ( Sr,Eu等 ), 所以单位参数
即是水轮机的相似准则 。 那么, 同系列 ( 同型号 ) 水
轮机在相似工况下, 单位参数是相等的 ( n11=const、
Q11=const), 另外, 单位参数反映了该系列水轮机的
水力性能 。
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 18
n11( )反映了同系列水轮机的转速特性 。
D1,H一定 → n11↑, n↑
Dg2L=C.Ng/n
L:发电机磁极铁心高度; Dg:发电机定子直
径; C:发电机常数 。 C=2x105
当 n11↑→n↑, Dg↓
所以选择 n11高的水轮机, 可以缩小发电机尺
寸, 降低机组造价 。
H
nDn 1
11 ?
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 19
Q11( )反映了同系列水轮机的实际过流能力 。
当 H,D1一定 → Q11↑, qv↑, P↑( )
或 P一定 ( qv一定 ) → Q11↑→D 1↓ 水轮机尺寸 ↓ 。
所以可以根据 n11,Q11等对不同系列水轮机性能
进行比较 。
HD
qQ v
2
1
11 ?
?HqP v81.9?
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 20
2,H,qv不同为某台水轮机对应于不同工况, 而 n11、
Q11不同造成的是某个系列的水轮机不同的相似工况 。
3,单位参数的重要作用
单位参数对水轮机的设计, 模型试验以及选型设计起
着重要作用 。 如模型试验后可根据相似工况下, 单位参数相
等的原则, 将模型换算成原型参数 。
(例 )模型:已知 D1m,Hm,试验得
原型:已知 D1,H→q v,p= Q11 D12 Hp1/2(Q11=const)
另外, 对同系列水轮机的工作特性也是以单位参数作
为函数来研究的 。 如 η =f(n11,Q11), σ = f(n11,Q11)等 。
mm
mv
mv HD
qQq
2
1
,
11,??
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 21
三, 效率对相似换算的影响
引:前面引出的相似换算公式及单位参数虽然用
途很大, 但是由于假设 η p=η m,所以难以达到完全相
似 。 根据实测证明,η p≠ η m ( 同模型相比, 原型尺
寸越大, η p>η m),这就给我们提出了两个需要解决
的问题,
( 1), 模型试验得到的某个工况的 η 不能直接作
为原型相似工况的 η, 而必须进行效率修正 — 效率修
正问题;
( 2), η p≠ η m,单位参数存在一定误差 — 单位
参数修正问题 。
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 22
工程实践中都是根据近似公式先求出单位
参数,再进行修正。, 尺寸效应, 实践中存在
原型机尺寸越大,就比相似工况下的 η m↑,
通常把这种现象叫做, 尺寸效应, 。为什么会
存在, 尺寸效应,,找出原型与模型之间的 η
换算关系,这就是我们下面要解决的主要问题
。
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 23
( 一 ), 效率换算
因为 η =η vη nη m, 即流机中存在容积损失, 水
力损失, 机械损失 。
先考虑水力损失,
一般将水轮机中的水流运动视为圆管中的流动
Δ H=Δ Hf+Δ Hsh
在设计工况 ( 即一般为最优工况 ) 时, 导水叶片
和转轮叶片进口处与水流的流速方向是重合的 ( 无撞
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 24
击进口) —— 冲击损失为 0;转轮出口是法向出口
(或略具正流量出口);尾水管中的扩散损失和出
口损失均最小。
∴ 近似认为水轮机在设计工况条件下,
1,
2,
fHH ???
g
CH
DLf 2
2
???
(水轮机中的粘性摩擦损失
类似于圆管中的摩擦损失)
(最优工况时)
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 25
3、水轮机中的流态处于, 水力光滑区,,沿程水
力损失系数, 与及管壁相对粗糙度有关,
∵ 考虑到最优工况时水轮机中的流态可视为, 水力
光滑区, —— ( 层流厚度 >绝对粗糙度 ) ; 仅
与 有关 。
注意到相对水力损失,
列出模型与原型间的相对摩擦水力损失之比,
?? ed Rf,???
??0?
fh?
eR
HHx f??? ?1
)
2
)((
)
2
()(
1
)1(
2
2
gH
C
gH
C
D
L
mmD
L
m
n
mn
?
?
?
?
?
?
?
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 26
由几何相似和相似工况条件,
mDLDL )(?
mgH
C
gH
C )
2(2
22 ?
?
?
?
? m
n
mn ?
?
?
1
)1(∴
考虑液流运动于, 紊流水力光滑区,,
eR
1??
∴
n
e
em
mn
n
R
R 1)(
)1(
1 ?
?
?
?
?
又 ∵ —— 液体运动粘性系数
gH
DR
e 2?? ?
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 27
代入上式经整理得,
nmnm
mhh H
H
D
D 211 )()()1(1 ?? ???
从式中可看到产生尺寸效应的物理实质是:随尺寸
由上式可换算出原型水轮机的水力效率,
?????? nfe HR ?
hhm ?? ?
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 28
这里只考虑了 η h的换算问题 。
根据分析和实践证明,η v≈ η vm 结构相似 —— 受
水轮机尺寸变化的影响小; η m≠ η m,m, 但是总损失比
重较小且计算较复杂, 所以近似认为原型同模型效率之
间的修正主要是由水力损失引起的 。
?
?
?
?
?
? ????? n
H
Hn
D
D
hmh
mm 2
11
)()(1)1(1 1????
考虑到其他更复杂的因素,给出一个更完善的水力
效率换算公式,
式中,— 粘性摩擦损失占总损失比重 。
? HH f ????
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 29
设最优工况时 η ≈ η h—— 将水力效率换算公式
用于总效率换算,
IEC(国际电工委员会)规定:在模型试验的验收
规程中
ZL( 胡顿公式 ),
HL( 英迪 Moody), H≤ 150m
H> 150m
?????? ???? 10
1
5
1
1
100 )()(7.03.0)1(1 HHDD mmm??
5
1
1
100 ))(1(1 DD mm?? ???
20
1
5
1
1
100 )())(1(1 HHDD mmm?? ???
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 30
叶片泵常用的效率换算公式,
莫迪公式,
5
1
2
2 ))(1(1
D
D m
m?? ???
( 二 ),非最优工况下的效率修正
上述效率换算公式只适用于最优工况,对非最优工况
时水轮机中的水流情况很复杂,实际出现△ Hj>△ Hf,再
按公式换算就会造成原型机效率偏高。目前广泛采用一种
简化的修正方法 — 等值修正法。非最优工况的效率 =模型
效率 +效率修正值。
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 31
对不同工况 △ η=const
1,由 ηmo→求 ηo
2,△ η1=ηo-ηmo
3,ηi=ηmi+△ η1
ηmi:其他工况的模型效率, △ η=const,
取最优工况时模型和原型的差值
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 32
(三 )、单位参数的修正
因为 η ≠ η m,前面得到的单位参数只是第一次
近似值, 所以就必须对单位参数进行修正 ( 以水轮机
为例, 推导略 )
1,单位转速换算
其它工况,n11=n11m+△ n11
当 △ n11<3%n11,m0可不修正
m
mP nn
?
? ?? 0011,11
)1( 0001111011 ???? mmnnn ??
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 33
2,单位流量换算
∵ △ Q11与 Q11相比很小
∴ 一般取 Q11 =Q11m
注:通常情况下, 泵的效率修正值较小,
可不考虑单位参数修正 。
)1(
0
0
01111 ???
m
mQQ ?
?
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 34
第三节 比转速
我们知道,单位参数(或泵中用的无量纲参数)
反映了不同系列机器的特性,如水轮机,
—— 表示 D1=1m H=1m时水轮机具有的转速,
反映了同系列水轮机的转速特性,
—— 反映同系列水轮机的过流能力,
—— 反映了同系列水轮机的功率特性,
HnDn 111 ?
HD
qQ v
2111 ?
231111 HD
pp ?
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 35
这些单位参数都含有转轮特征尺寸 D,这通常是
在设计中确定的,即是单位参数预先不能组成的,这
就给设计方案的比较确定带来了困难,那么如何解决
这问题?
想法:用单项工作参数(或)组成一个综合的
特征参数,较全面地反映了相似机器的性能(几何特
性、水力特性等),并且这个特性参数不是 D的函数,
这就是最早引入的水轮机 比转速 。
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 36
—, 比转速的定义
因为,
232
1
11
1
11,HD
pp
H
nDn ??
通过他们的组合(消去 D1)得到一个综合参数,
4543
1
1111 H
pn
H
p
H
nDpn ???
令
45H
pnn
s ?
)( kwm?
sn
:表示 H=1m,p=1kw时流体机械具有的转速
(这是我国常用的工程单位制比转速)
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 37
)( hpm?
?111113.3 Qnn s ? )( kwm ?
?111165.3 QnN s ?
可直接用 n11和 Q11表示水轮机的 ns,
43
65.3
H
qnn v
s ?
水泵的 ns,
)( 3 smm ?
ns是流体机械中的一个重要相似准则,
同系列流体机械在相似工况下是相同的。
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 38
二, ns与过流部件几何形状及性能的关系
ns表征了一系列几何相似流体机械的综合特
性, 不仅能对不同系列的流体机械进行比较, 而
且还能反映出其流动性能及流道形状和应用范围 。
应当指出 ns对转轮的型式和形状的比值有较大影响,
而对其它尺寸关系不大 。
(一),ns与过流部件几何形状的关系
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 39
P:代表转轮高压侧; S:代表转轮低压侧;
结论,1,ns∝ bp/ Dp(与高压边宽度(高度)和
直径的比值)即水轮机 ns∝ b0/ D1; 泵 ns∝ b2/ D2,
高 ns的转轮流道较宽可通过较大流量;低 ns转轮流道
较窄通过的 qv减少。
4/3
2/1
0
]t a nt a n./1[
]t a n././[
p
s
ps
sppps
s
DD
DbDDn
?
?
?
?
?
?
?
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 40
2,ns∝ Ds/Dp(转轮低压边与高压边的直径之
比)即水轮机 ns∝ D2/ D1,泵 D1/ D2,高 ns转轮流道
较短(致液流通过时 ΔH↓);低 ns转轮流道较长
( ΔH↑)。
∵ Ds/Dp,bp/ Dp 反映了转轮叶片的轴面轮廓
形状
∴ ns↑,Ds/Dp↑叶片进口边(水轮机)或出口
边(泵)倾斜,最后发展到垂直于主轴。即随 ns↑转
轮型式发生变化;径流(离心)式 →混流式 →斜流
式 →轴流式。
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 41
3、水轮机 βs=β2=15° - 20°
泵 βp=β2=20° - 25°
随 ns变化不大。
4,
psn ?1?
水轮机低 ns:叶片翼型弯曲度较大(空间叶片较平坦)
高 ns:叶片翼型较平坦(空间叶片扭曲度大)
泵低 ns:柱形叶片;高 ns:扭曲叶片,
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 42
(二),ns与 与流体机械的型式关系
水轮机,
水斗式,ns= 10-35
混流式,ns =50-400
斜流式,ns =150-500
贯流式,ns =300-1000
水泵,
离心泵,ns =600-1000
混流泵,ns =300-500
轴流泵,ns =500-1000
2012-3-23 西华大学 宋文武 教授 43
(三) ns与水力性能的关系(包括能
量性能及汽蚀性能)
能量特征:由 ns=3.13*n11*(Q11*y)^(1/2)
{n11=n*D1/(H)^(1/2),Q11=qv/D1^2*H^(1/2)
对某一 H条件下; H=const{n1,D1一定,ns增大 —
— Q11增大,N增大,N( Q)一定,ns增大 —— n增
大,D1减小 }
以水轮机为例;在发同样电力的条件下,ns增
大,使机组的尺寸(包括发电机)大大缩小,这可
降低机组和厂房造价;所以提高 ns是水轮机(泵)
的发展趋势,各个国家一般都是以 ns来代表流体机
械的设计制造水平。
如何提高 ns?由 ns=3.13*n11*(Q11*y)^(1/2)—
— n11增大,Q11增大
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第四节 流体机械的特性曲线
(一)、水轮机和逆式水轮机的特性曲线
(二)、叶片式泵与风机的特性曲线
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(一)、水轮机和逆式水轮机的特性曲线
1、线性特性曲线
2、综合特性曲线
3、飞逸特性曲线
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1、线性特性曲线
1)、工作特性曲线
2)、转速特性曲线
3)、水头特性曲线
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2、综合特性曲线
( 1)模型综合特性曲线(混流式),
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( 2)、运转综合特性曲线,
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3)、斜流转浆式水泵水轮机模型综合特性曲线,
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4)、切击式水轮机模型综合特性曲线,
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3、飞逸特性曲线
1)、混流式水轮机的飞逸特性曲线;
2)、转桨式水轮机的飞逸特性曲线。
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(二)、叶片式泵与风机的特性曲线
轴流泵性能,
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? 28CJ56型轴流泵综合特性曲线
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风机特性曲线 --风机的无因次性能曲线,
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第五节 模型实验及特性曲线的绘制
一)、实验装置,
⑴ 开式实验台(进出口敞开与大气相通):用
于能量特性( η),强度,力特性及过流部件结
构实验。
⑵ 闭式实验台(循环封闭系统与大气隔绝);
既可作能量实验又可作空化特性实验等。
⑶ 半开式实验台
风洞(水洞)实验装置:通过改变流体在洞内的
流速,而测量翼型表面压力分布和流场分布情
况 —— 研究转轮叶片翼形的动力特性。
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二)、能量实验测量项目,
1)水轮机
1、水头 H;
2、流量 qV( Q);
3、转速 n;
4、转动力矩 M
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2)水泵
1、流量q v;
2、扬程 H ;
3、轴功率 P ;
4、转速 n。
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三)、试验方法
1,Hm=const (调整上游水位 —— 溢流筒高
度 );
2.在不同的 a0下试验。( 8-10个开度),a0间
隔 2-4mm;
3,a0 =const下,改变 n— 造成 8-10个工况点。
例,a0=14( n1,n2,…… )。
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四)、水轮机综合特性曲线的绘制
(一)、等开度线( ao=const线)的绘制;
(二)、等效率线( η=const线)的绘制;
(三)、功率限制线的绘制;
(四)、等汽蚀系数线的绘制;
其绘制结果如下,
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模型综合特性曲线
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第六节 水轮机的飞逸特性
一、飞逸工况
二、飞逸特性曲线
三、防飞逸的措施
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一、飞逸工况
对于在电站运行的水轮发电机组,外界负荷是变
化的,在正常的负荷调整中,它始终保持额定转速运
行,满足水轮发电机组运行方程式(刚体绕定轴转动
的微分方程)
式中,MT—— 动力矩,由水轮机转轮产生;
Mg—— 电磁力矩,由发电机转子产生。
正常运行, MT=Mg n=常数
甩负荷 正常, Pg→0, Mg=0,n↑↑,a0=0,
事故, n↑↑, a0不等于 0
gT MMdt
dwJ ??
MT=Mg=0,n=C
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—— 当水轮发电机组突然丢弃全部
负荷时,由于调速机构失灵或其他原因使导水
机构不能关闭,水轮机转速将迅速升高并达到
某一最大值,该转速就称飞逸转速,一般用 nR
来表示。
(用单位飞逸转速表示 )
H
Dnn
RR
1
11 ?
凡几何相似,工况相似的水轮机 n11R=C,研究
飞逸特性目的,考虑水轮发电机组转动部件的强
度和刚度问题。
飞逸转速
飞逸特性
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二、飞逸特性曲线
1、混流式及轴流定浆式水轮机的飞逸特性曲线
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2、转浆式水轮机的飞逸特性曲线
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三、防飞逸的措施
根据牛顿第二定律,转动部件产生的离心
力 F为,
g
RNG
g
RGF
9 0 0
222 ?
?? ?
即转动件圆周运动中产生的离心力是同力成
平方的关系,若 N增加 2倍,离心力增加 4倍。
强大的离心力会造成机组损坏(使推力轴承
或导轴承的轴瓦磨损破坏等)或引起机组的强
烈振动,使设备和厂房结构遭受振动破坏。工
厂规定水力机组在飞逸工况下运行时间不超过 2
分钟。所以在电站和工厂需要采取相应的防飞
逸措施,主要有三方面,
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1、设置快速闸门
一般当流速( 1.4~1.5) nR,导水机构不
能关闭时,启动引水管道中的快速闸门(如
球阀和平板闸门,低水头电站可安装快速尾
水门来截断水流)
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在导水机构接力器的供油管上设置事故
配压阀,当调速器失灵时,若 nR=1.4nr,则
保护系统发出指令,由事故配压阀移动来操
作接力器,使压力油直接进入接力器关闭侧,
关闭导叶。但该装置可靠性差,当由于油压
下降时就无法关闭导叶。
2、增设事故配压阀
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3、导叶自动关闭 —— 负偏心矩导叶
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当水流绕流导叶时,由于水压力的作用,在导
叶上形成了一个转动力矩,朝开启和关闭方向转动
导叶。通常取转轴中心靠近头部一些(正偏心矩
L01>L02)。使导叶在全关位置和接近关闭位置时,
导叶受到一个开启方向的水力矩作用。这样当机组
甩负荷时,导水机构能从容地关闭,可以减轻导叶
紧急关闭时的水锤压力。负偏心矩导叶指导叶转动
中心距尾部距离小于头部( L01〈 L02),造成负
偏心矩,在导叶关闭或接近关闭位置时,叶片上有
一个关闭力矩,能够自行关闭导叶,防止飞逸。
另,ZZ机,转轮体上装置制动叶片,当
过速时,制动叶片自动伸出,在水流中起阻
尼作用。
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The end