合工大水輪機的模型試驗指導(dǎo)書A(共13頁)

1、 水電站課程(kchng)實驗實驗指導(dǎo)書學(xué)生學(xué)號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師：張禮兵范文瑩 吳成國實驗地點：土水學(xué)院水力學(xué)實驗室實驗時間：201 年 月實驗成績：第一篇水輪機1、反擊式模型(mxng)水輪機效率(xio l)能量試驗(shyn)模型水輪機的運轉(zhuǎn)規(guī)模比真機運轉(zhuǎn)規(guī)模小的多，費用小，試驗方便，可以根據(jù)需要隨意變動工況。能在較短的時間內(nèi)測出模型水輪機的全面特性。將模型試驗所得到的工況參數(shù)組成單位轉(zhuǎn)速和單位流量后，并分別以它們作為縱坐標(biāo)及橫坐標(biāo)，按效率相等工況點連線所得到的曲線圖稱為綜合特性曲線。此綜合特性曲線不僅表示了模型水輪機的工作性能，同樣地反映了與該模型水輪機幾何相似的所有不同尺寸，工作

2、在不同水頭下的同類型真實水輪機的工作特性。水輪機制造廠可從通過模型試驗來檢驗原型水力設(shè)計計算的結(jié)果，優(yōu)選出性能良好的水輪機，為制造原型水輪機提供依據(jù)，向用戶提供水輪機的保證參數(shù)。水電設(shè)計部門可根據(jù)模型試驗資料，針對所設(shè)計的電廠的原始參數(shù)，合理地進行選型設(shè)計，并運用相似定律利用模型試驗所得出的綜合特性曲線，繪出水電站的運轉(zhuǎn)特性曲線。為運行部門提供發(fā)電依據(jù)，水電廠運行部門可根據(jù)模型水輪機試驗資料，分析水輪機設(shè)備的運行特性，合理地擬定水電廠機組的運行方式，提高水電廠運行的經(jīng)濟性和可靠性。當(dāng)運行中水輪機發(fā)生事故時，也可以根據(jù)模型的特性分析可能產(chǎn)生事故的原因。一、水輪機模型效率實驗的意義按相似理論，模型

3、水輪機的工作完全能反映任何尺寸的原型水輪機。模型水輪機的運轉(zhuǎn)規(guī)模比真機運轉(zhuǎn)規(guī)模小的多，費用小，試驗方便，可以根據(jù)需要隨意變動工況。能在較短的時間內(nèi)測出模型水輪機的全面特性。將模型試驗所得到的工況參數(shù)組成單位轉(zhuǎn)速和單位流量后，并分別以它們作為縱坐標(biāo)及橫坐標(biāo)，按效率相等工況點連線所得到的曲線圖稱為綜合特性曲線。此綜合特性曲線不僅表示了模型水輪機的工作性能，同樣地反映了與該模型水輪機幾何相似的所有不同尺寸，工作在不同水頭下的同類型真實水輪機的工作特性。水輪機制造廠可從通過模型試驗來檢驗原型水力設(shè)計計算的結(jié)果，優(yōu)選出性能良好的水輪機，為制造原型水輪機提供依據(jù)，向用戶提供水輪機的保證參數(shù)。水電設(shè)計部門可

4、根據(jù)模型試驗資料，針對所設(shè)計的電廠的原始參數(shù)，合理地進行選型設(shè)計，并運用相似定律利用模型試驗所得出的綜合特性曲線，繪出水電站的運轉(zhuǎn)特性曲線。為運行部門提供發(fā)電依據(jù)，水電廠運行部門可根據(jù)模型水輪機試驗資料，分析水輪機設(shè)備的運行特性，合理地擬定水電廠機組的運行方式，提高水電廠運行的經(jīng)濟性和可靠性。當(dāng)運行中水輪機發(fā)生事故時，也可以根據(jù)模型的特性分析可能產(chǎn)生事故的原因。二、實驗臺的組成(z chn)水輪機效率是水輪機能量轉(zhuǎn)換(zhunhun)性能的主要綜合指標(biāo)，因此，模型水輪機的能量試驗主要是確立模型水輪機在各種工況下的運行效率。本實驗臺為開敞式實驗平臺，其組成結(jié)構(gòu)如圖一所示。它主要由下列(xili)

5、裝置組成。（1）高位水箱。高位水箱2是一個具有自由水面的大容積儲水箱，試驗時保持穩(wěn)定的上游水位。水箱由水泵1供水，通過高度可調(diào)節(jié)的溢流板4控制一定的水位，多余的水可從溢流板頂部排至集水池14。水流通過靜水柵3均勻而穩(wěn)定地進入模型水輪機7。（2）測流段。測流段包括引水管6，電磁流量計12。（3）機組段。機組段包括引水管6，模型水輪機7，尾水管8，測功裝置5。（4）集水池。水流經(jīng)尾水槽9，通過排水管11流入集水池14，然后再用水泵1抽送至高位水箱2，形成試驗過程中水的循環(huán)。三、實驗步驟 （1）準備階段。先將實驗用水注入到集水箱14中（水位最高不能超過水箱擋水板），然后打開水泵1開始給高位水箱2蓄水

6、，當(dāng)高位水箱內(nèi)開始溢流時操作導(dǎo)葉電控裝置13使導(dǎo)葉打開一個較小開度，水輪機7開始工作，打開測功裝置5給水輪機提供一個穩(wěn)定的制動負載，提升調(diào)節(jié)閘門10使尾水槽9的液面穩(wěn)定，當(dāng)試驗臺運行穩(wěn)定后打開電磁流量計和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，開始測量。 圖一 水輪機效率(xio l)實驗臺示意圖1水泵(shubng)；2高位(o wi)水箱；3靜水柵；4溢流裝置；5測功裝置；6引水管；7模型水輪機；8尾水管；9尾水槽；10調(diào)節(jié)閘門；11排水管；12電磁流量計；13導(dǎo)葉電控裝置；14集水池；15操控臺；16扭矩轉(zhuǎn)速傳感器 （2）參數(shù)(cnsh)測量。模型(mxng)水輪機效率為 因此，確定水輪機效率，首先必須(bx)

7、準確地測量出模型水輪機4個試驗參數(shù)。1）測量水頭。模型試驗水頭是上游高水箱水位與下游尾水槽水位之差。本實驗臺中=高位水箱水位H1-尾水槽水位H2+臺架高度差h2）測量流量。本實驗臺采用了電磁流量計來進行流量測量，值可直接在儀表上讀出。3）測量轉(zhuǎn)速。本實驗臺采用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器來進行流量測量，值可直接在儀表上讀出。4）測量功率。本實驗臺安裝有電渦流制動器，其制動力可平滑調(diào)節(jié)。給定一個制動力矩，待系統(tǒng)運行平穩(wěn)后可從轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀上讀得其轉(zhuǎn)矩值M，根據(jù)以下公式： (m )可求得功率。（3）綜合參數(shù)計算與試驗成果整理綜合參數(shù)計算就是對模型水輪機的每一個工況，測出等參數(shù)后，計算出模型水輪機的值。效率 單位

8、轉(zhuǎn)速 單位流量 混流式水輪機能量試驗一般選用810個導(dǎo)葉開度，分別在各個開度下進行若個（510個）不同工況點的測試。試驗可按如下步驟進步：1）調(diào)整上、下游水位，得到穩(wěn)定的模型試驗水頭。2）調(diào)整導(dǎo)葉在某一開度。3）用測功器改變轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速，一般速度間隔為100r/min作一個試驗工況點。4）待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，記錄(jl)各參數(shù)()于表3-1中。表3-1 能量試驗數(shù)據(jù)(shj)記錄計算表導(dǎo)葉開度(mm)工況點試 驗序 號試驗水頭(m)轉(zhuǎn)速(r/min)制動力(N)軸功率(kW)堰頂水深(m)流 量(m3/s)單位流量(L/s)單位轉(zhuǎn)速(r/min)效率(%)備注a011234a021234a031234

9、a041234a051234a0612342、不同(b tn)類型水輪機的工作原理演示試驗一、燈泡式水輪機發(fā)電(fdin)演示實驗(shyn)1、檢查上水箱、下水箱、尾水渠等部位(bwi)，確保有清潔無雜物；2、將實驗用水注入下水池，加水到正常水位（液面離水池口不得小于40mm）；3、接通電源，合上空氣開關(guān)及漏電自動保護器；4、將活動導(dǎo)葉調(diào)到完全關(guān)閉狀態(tài)；5、將平板閘門關(guān)閉；6、打開水泵，對前池供水；7、當(dāng)前池水位穩(wěn)定到溢流水位時，按下“開閘”開關(guān)控制閘門慢慢提起到位，再將開關(guān)復(fù)位到“?！钡奈恢茫?、將活動導(dǎo)葉手柄慢慢打開，增大過流水量，水輪機轉(zhuǎn)輪開始旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機組開始發(fā)電。此時可觀察到發(fā)

10、電指示燈開始變亮，在電壓表上顯示發(fā)電電壓；9、水輪機運行正常后，觀察水的變化，觀察轉(zhuǎn)輪下部泄水的氣蝕變化，逐步調(diào)節(jié)活動導(dǎo)葉開度，觀察水輪機的轉(zhuǎn)速與發(fā)電量的變化。10、停機。先將水泵電源關(guān)閉，待上水池的水排完后，將活動導(dǎo)葉調(diào)節(jié)到全關(guān)閉位置，并將閘門完全關(guān)閉。問答：活動導(dǎo)葉剛打開時水輪機轉(zhuǎn)輪是否立即旋轉(zhuǎn)發(fā)電，為什么？二、水斗式水輪機發(fā)電演示實驗檢查水箱內(nèi)部，確保有清潔無雜物；將實驗用水注入下水池，加水到正常水位（離水池口40mm）；接通電源，合上空氣開關(guān)及自動漏電保護裝置；打開水泵，對噴嘴(pnzu)提供壓力水；手動調(diào)節(jié)噴針，使射流沖向水斗中央處的刃口(rn ku)，從而推動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機發(fā)

11、電。此時可觀察到發(fā)電指示燈泡慢慢亮起來，電壓表顯示發(fā)電電壓；調(diào)節(jié)手輪向右旋轉(zhuǎn)，水輪機轉(zhuǎn)速加快；水輪向左旋轉(zhuǎn)，水輪機轉(zhuǎn)速下降， 觀察發(fā)電(fdin)指示燈泡亮度和電壓表表值的變化；停機。關(guān)閉水泵，水輪機逐漸停機，上部余水回流到下水箱；如果長時間不使用，請通過水箱底部閥門將水放空。問答：針閥行程與折流板動作是否協(xié)聯(lián)，為什么？三、混流式水輪機發(fā)電演示實驗檢查上水箱、下水箱、尾水渠，確保清潔無雜物；將實驗用水注入下水池，加水到正常水位（離水池口40mm）；接通電源，合上空氣開關(guān)及自動漏電保護器；將活動導(dǎo)葉調(diào)節(jié)到完全關(guān)閉狀態(tài)；將蝶閥關(guān)閉；打開水泵，開始對上水箱供水；當(dāng)上水箱水位穩(wěn)定到溢流位置時將蝶閥慢慢

12、打開后，蝸殼開始進水；將活動導(dǎo)葉手柄慢慢打開，增大過流水量，水輪機轉(zhuǎn)輪開始旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機組開始發(fā)電。此時可觀察到發(fā)電指示燈開始變亮，在電壓表上顯示發(fā)電電壓；水輪機運行正常后，觀察水的變化，觀察轉(zhuǎn)輪下部泄水的氣蝕變化，逐步調(diào)節(jié)活動導(dǎo)葉開度，觀察水輪機的轉(zhuǎn)速與發(fā)電量的變化。停機。先將水泵電源關(guān)閉，待上水池的水排完后，將活動導(dǎo)葉調(diào)節(jié)到全關(guān)閉位置，并將閘門(zhmn)完全關(guān)閉。問答(wnd)：請說明(shumng)過流水量與發(fā)電指示燈亮度（電壓）間的關(guān)系？四、軸流式水輪機發(fā)電演示實驗檢查上水箱、下水箱、尾水渠，確保清潔無雜物；將實驗用水注入下水池，加水到正常水位（離水池口40mm）；接通電源，合上空

13、氣開關(guān)及自動漏電保護器；將活動導(dǎo)葉調(diào)節(jié)到完全關(guān)閉狀態(tài)；將蝶閥關(guān)閉；打開水泵，開始對上水箱供水；當(dāng)上水箱水位穩(wěn)定到溢流位置時將蝶閥慢慢打開后，蝸殼開始進水；將活動導(dǎo)葉手柄慢慢打開，增大過流水量，水輪機轉(zhuǎn)輪開始旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機組開始發(fā)電。此時可觀察到發(fā)電指示燈開始變亮，在電壓表上顯示發(fā)電電壓；水輪機運行正常后，觀察水的變化，觀察轉(zhuǎn)輪下部泄水的氣蝕變化，逐步調(diào)節(jié)活動導(dǎo)葉開度，觀察水輪機的轉(zhuǎn)速與發(fā)電量的變化。停機。先將水泵電源關(guān)閉，待上水池的水排完后，將活動導(dǎo)葉調(diào)節(jié)到全關(guān)閉位置，并將閘門完全關(guān)閉。問答：試比較軸流式與混流式水流方向的差異。第二篇水電站輸水系統(tǒng)1、水錘(shu chu)調(diào)保和調(diào)壓室水位波

14、動定量分析實驗1.1實驗(shyn)目的1）熟悉(shx)引水系統(tǒng)布置、試驗裝置和設(shè)備。2）對水電站過渡過程中水錘壓力、導(dǎo)葉啟閉時間（及規(guī)律）的物理現(xiàn)象進行定性認識和定量分析。進一步了解水電站水力過渡過程中的非恒定流現(xiàn)象和調(diào)壓室的基本型式、功用。3）加強對調(diào)壓室的作用、各種工況水位波動過程的物理現(xiàn)象的感性認識和定量分析計算能力。掌握水位、時間、周期等的測試方法。4）能夠判斷調(diào)壓室的設(shè)置條件，計算最小穩(wěn)定斷面，最高最低涌浪水位和穩(wěn)定周期。1.2實驗原理及裝置1.2.1實驗原理利用安裝在球閥上的電位器，配合電橋可以測出閥門的操作時間及變化規(guī)律。利用裝置在調(diào)壓室中的電容物位計，可以記錄調(diào)壓室中的水位

15、及其波動過程；也可以通過粘貼在管壁上的刻度紙直接讀取水位值，使用秒表記錄水位波動周期及穩(wěn)定時間。1）機組增負荷（或啟動）演示，主要觀察調(diào)壓室水位波動、機組轉(zhuǎn)速變化、引水道壓力變化等可見物理現(xiàn)象；2）機組甩負荷演示，主要觀察調(diào)壓室水位波動、機組轉(zhuǎn)速變化、引水道壓力變化等可見物理現(xiàn)象；3）在采集系統(tǒng)顯示屏幕上觀察以上兩工況下各參數(shù)變化過程（包括：導(dǎo)葉開度、壓力引水系統(tǒng)典型部位水錘壓力、調(diào)壓室水位等的變化過程）；4）改變導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律（或時間），再做一次機組甩負荷演示，在采集系統(tǒng)顯示屏幕上觀察此次甩負荷工況的各參數(shù)變化過程，與前一甩負荷工況參數(shù)比較、分析。1.2.2實驗裝置此為受校實驗設(shè)備處基金資助(

16、zzh)的自制設(shè)備。1)水電站模型試驗引水(ynshu)系統(tǒng)。包括上水庫（水箱）、引水道、上游調(diào)壓室、壓力管道等；2)控制(kngzh)和數(shù)據(jù)采集、顯示系統(tǒng)。包括測點傳感器、控制和采集工控機、各參數(shù)動態(tài)顯示和輸出設(shè)備。1.3實驗內(nèi)容及實驗步驟1.3.1實驗內(nèi)容1）無調(diào)壓室下，模擬水電站機組甩負荷過渡時，通過計算機屏顯觀察壓力變化過程及數(shù)值大小記錄。水輪機引用流量由最大突然減小到零（相當(dāng)于固定出力時突然丟棄全部負荷）的情況下，引水管路系統(tǒng)各點水錘壓力變化過程，記錄最大最小點；水輪機引用流量由零突然增大到最大（相當(dāng)于固定出力時突然增全部負荷）的情況下，引水管路系統(tǒng)各點水錘壓力變化過程，記錄最大最小

17、點。2）在有圓筒式調(diào)壓室下，模擬水電站機組增負荷過渡時，通過計算機屏顯觀察壓力變化過程及數(shù)值大小記錄。觀察調(diào)壓室水位在不同水位時，水輪機引用流量由最大突然減小到零（相當(dāng)于固定出力時突然丟棄全部負荷）的情況下，引水管路系統(tǒng)各點水錘壓力變化過程，記錄最大最小點；水輪機引用流量由零突然增大到最大（相當(dāng)于固定出力時突然增全部負荷）的情況下，引水管路系統(tǒng)各點水錘壓力變化過程，記錄最大最小點。同時觀察圓筒式調(diào)壓室的水位波動現(xiàn)象，并確定最低波動振幅及一個周期時間，觀察調(diào)壓室內(nèi)水位波動衰減過程。1.3.2實驗步驟1)熟悉系統(tǒng)構(gòu)成：管道布置長度、管徑、轉(zhuǎn)彎角度，調(diào)壓室的型式與尺寸等；熟悉儀器的操作方法；進行人員

18、(rnyun)分工。2)向上游(shngyu)水箱供水，并保持(boch)溢流，水位穩(wěn)定。3)打開調(diào)壓室進水閥，出水閥關(guān)閉，待穩(wěn)定后，測出上游水位。4)打開出水閥，使調(diào)壓室中保持一定高度的水位，待水流穩(wěn)定后，測出流量、室內(nèi)水位與上游水箱水位差（即除去流速水頭時的水頭損失）。5)快速關(guān)閉電磁閥，目測及儀器測量同時進行。主要記錄最高波幅、關(guān)閉時間、第一負波的最小值和一個周期所需時間。6)調(diào)節(jié)出水閥開度，改變調(diào)壓室水位，重復(fù)45步驟，進行另一組數(shù)據(jù)實驗，如此三次。1.4實驗成果分析與計算1)比較有無圓筒式調(diào)壓室的水力現(xiàn)象、最高最低波動水位、波動過程及穩(wěn)定時間等有何異同之處，并說明原因。2)對電測記錄的波動過程線進行繪表對比，并按比例繪圖(打印或手繪不同水位、不同關(guān)閥時間下，控制點及調(diào)壓室水壓變化圖)。