小型混流式水輪機能量試驗臺

可進行混流式水輪機能量試驗，包括小型混流式水輪機、帶溢流板上游水箱、下游尾水槽、測功器、水位測量儀、流量計等相關設備；試驗臺規格為3000×1700；水槽及水箱材質為鋼化玻璃；水輪機為不銹鋼材質。

前面討論了水輪機相似的條件，這就從理論上解決了用較小尺寸的模型水輪機，在較低水頭下工作去模擬大尺寸和高水頭的原型水輪機。按相似理論，模型水輪機的工作完全能反映任何尺寸的原型水輪機。模型水輪機的運轉規模比真機運轉規模小的多，費用小，試驗方便，可以根據需要隨意變動工況。能在較短的時間內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組成單位轉速和單位流量后，并分別以它們作為縱坐標及橫坐標，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計計算的結果，優選出性能良好的水輪機，為制造原型水輪機提供依據，向用戶提供水輪機的保證參數。水電設計部門可根據模型試驗資料，針對所設計的電廠的原始參數，合理地進行選型設計，并運用相似定律利用模型試驗所得出的綜合特性曲線，繪出水電站的運轉特性曲線。為運行部門提供發電依據，水電廠運行部門可根據模型水輪機試驗資料，分析水輪機設備的運行特性，合理地擬定水電廠機組的運行方式，提高水電廠運行的經濟性和可靠性。當運行中水輪機發生事故時，也可以根據模型的特性分析可能產生事故的原因。

二、水輪機模型試驗的方法

水輪機的模型試驗主要有能量試驗，氣蝕試驗，飛逸特性試驗和軸向水推力特性試驗等幾種。由于篇幅所限，本教材主要介紹反擊式水輪機的能量試驗。

能量試驗臺分為開敞式試驗臺和封閉式試驗臺，封閉式試驗臺無需設置測流槽，故平面尺寸要比開敞式試驗小，而且水頭調節更加方便，但封閉式試驗臺投資較高。

（1）開敞式能量試驗臺

水輪機效率是水輪機能量轉換性能的主要綜合指標，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。水輪機的能量試驗臺如圖3-4所示。它主要由下列裝置組成。

1）壓力水箱。壓力水箱是一個具有自由水面的大容積儲水箱，試驗時保持穩定的上游水位。水箱由水泵供水，通過高度可調節的溢流板4控制一定的水位，多余的水可從溢流板頂部排至集水池。水流通過靜水柵均勻而穩定地進入模型水輪機。

3）測流堰槽。它的作用是測量模型水輪機的流量，在槽內首端裝有靜水柵11，以穩定堰槽內的水流，末端裝有堰板，用浮筒測定堰上水位。

4）集水池。水流經測流堰槽流入集水池，然后再用水泵1抽送至壓力水箱，形成試驗過程中水的循環。

（2）參數測量

模型水輪機效率，因此，確定水輪機效率，首先必須準確地測量出模型水輪機4個試驗參數。

1）測量水頭。模型試驗水頭是上游壓力水箱水位與下游尾水槽水位之差。采用上、下游浮子標尺測得。

2）測量流量。能量試驗臺通常采用堰板測量流量，堰板的形狀有三角形或矩形。

為了保證測量精度，應采用容積法對堰板的流量系數進行校正，從而得到流量與堰頂水深的關系曲線。測量時可從浮子水位計測出堰頂水位，再查出流量。

3）測量轉速，采用機械轉速表在水輪機軸端可直接測量轉速，但精度較低。目前在模型試驗中常采用電磁脈沖器，或電子頻率計數器，可直接測得轉速。

4）測量功率。測量模型水輪機軸功率，通常采用機械測功器或電磁測功器，。測量水輪機軸的力矩與同時測出的水輪機轉速，計算功率。機械測功器一般使用在容量較小的試驗臺上。

機械或電磁測功器，測量方法基本相同，都是通過測量模型水輪機的制動力矩，然后再計算出功率。制動力矩為：

機械測功器工作原理是在主軸上裝一制動輪，在制動輪周圍設置閘塊，在閘塊外圍加閘帶，閘帶可由端部的調節螺絲控制以改變制動輪和閘塊之間的摩擦力，閘帶裝置在測功架上，在主軸轉動時可改變負荷（拉力）使測功架保持不動，則此時的制動力矩即為，為制動力臂。

電磁測功器是用磁場形成制動力矩，基本原理與機械測功器相同。

（3）綜合參數計算與試驗成果整理

綜合參數計算就是對模型水輪機的每一個工況，測出等參數后，計算出模型水輪機的值。

效率     

單位轉速 

單位流量  

混流式水輪機能量試驗一般選用8~10個導葉開度，分別在各個開度下進行若個（5~10個）不同工況點的測試。試驗可按如下步驟進步：

1）調整上、下游水位，得到穩定的模型試驗水頭。

2）調整導葉在某一開度。

3）用測功器改變轉輪的轉速，一般速度間隔為100r/min作一個試驗工況點。

4）待轉速穩定后，記錄各參數()于表3-1中。

表3-1  能量試驗數據記錄計算表