水力机械及其控制*水轮机数学模型及其辨识第1页，共40页，星期日，2025年，2月5日反击型水轮机模型试验1.混流式水轮机的能量试验第2页，共40页，星期日，2025年，2月5日反击型水轮机模型试验试验装置1:水泵。2:水箱。3:水管4:控制阀5:上水池6:引水管7:模型水轮机第3页，共40页，星期日，2025年，2月5日反击型水轮机模型试验8:尾水槽9:调节阀10:测流11:薄壁矩形堰12:集水槽13:机械测功装14:转速计数器 第4页，共40页，星期日，2025年，2月5日反击型水轮机模型试验15:浮子水位计16:加水装置17:水源18:旁通阀19:测压管20:溢流板21:水头测针第5页，共40页，星期日，2025年，2月5日为了便于交流试验研究成果，采用标准直径250和460mm的模型水轮机。对于既定的水轮机模型，为了简化试验数据的计算和整理工作，试验中应保持水头H基本不变。对于大能量试验台(D1=460mm)，试验水头一般为H＝2~6m；对于小能量试验台(D1=250mm)，试验水头一般为H＝1~5m。堰顶水头h与流量Q的关系Q＝f(h)如图3.4所示。水轮机力矩M可以通过图3.5所示装置测得：M＝P·lP为标准砝码的重量，l为测功装置力臂。反击型水轮机模型试验第6页，共40页，星期日，2025年，2月5日反击型水轮机模型试验水轮机的转速n采用电磁式或光电式传感器测量，所以水轮机的输出功率：第7页，共40页，星期日，2025年，2月5日反击型水轮机模型试验工况参数n1’、Q1’和能量特性?可计算确定：已知参数：直径D1测量参数：转速n、流量Q（可控）、水头H（可控）第8页，共40页，星期日，2025年，2月5日反击型水轮机模型试验试验方法水轮机在各种工况下能量特性与工作参数之间的变化规律。(1)导叶开度?0从小到大选8~12个点(2)每个开度下：改变负荷P、n第9页，共40页，星期日，2025年，2月5日反击型水轮机模型试验记录表格记录号数：页次：转轮型号：装置型式：尾水管号：D1Z1Z0日期：导叶开度?0＝工况序号H(m)P(N)n(rpm)h(mm)Q(m3/s)Q1’n1’?(%)备注第10页，共40页，星期日，2025年，2月5日反击型水轮机模型试验2.轴流式水轮机的能量试验轴流定桨式水轮机的能量试验装置、测量方法以及试验步骤，与混流式水轮机完全一样，区别在于混流定桨式水轮机需要测量转轮桨叶的转角φ。由于轴流转桨式水轮机是双重调节的，因而在进行模型试验中，不仅应改变导叶的开度α0，而且还应改变转轮叶片的转角φ，以得到全面的运转工况下的特性。第11页，共40页，星期日，2025年，2月5日叶片转角从计算工况的叶片安放位置开始计算。φ的正角度数是指叶片向打开方向转动的角度，φ越大叶片越倾斜；φ的负角度数是指叶片向关闭方向转动的角度，φ越小叶片越接近水平。反击型水轮机模型试验第12页，共40页，星期日，2025年，2月5日反击型水轮机模型试验二、反击型水轮机的汽蚀试验汽蚀试验目的：确定水轮机在各种工况下的汽蚀性能（即汽蚀系数σ），它与能量试验相似，最终是要找出单位工作量n1’和Q1’与汽蚀系数σ之间的变化规律。汽蚀条件：降低水轮机内水流的压力，使压力最低点的压力低于水流的汽化压力。第13页，共40页，星期日，2025年，2月5日反击型水轮机模型试验基本方法：用抽真空的办法改变水轮机的吸出高度。水轮机汽蚀试验台上，Hs由两部分组成；地形的吸出高度和真空造成的吸出高度。用抽真空的办法可以增加真空造成的吸出高度，从而可增加Hs，降低装置的汽蚀系数σst。当σst降低到某一临界值时，外特性参数Q1’、n1’和η等显著下降，这说明水轮机内已产生汽蚀现象。此时的装置汽蚀系数σst等于水轮机的汽蚀系数σ，也称为临界汽蚀系数。第14页，共40页，星期日，2025年，2月5日反击型水轮机模型试验1－水池2－水泵3－空气溶解器4－流量计5－水银压差计6－压力水箱7－模型室8－测速装置9－测功电机10