《水力机械》教学大纲(2011年)

青海大学水利电力学院

二○一一年三月

课程编号：400301102

课程名称：水力机械       英文名称：

课程学分：2 

课程学时：32学时，其中：讲课31学时；  实习1学时

课程性质：专业课

先修课程：水力学、工程水文学、水利水能规划

适用专业：水利水电工程专业四年制本科

开课年级及学期：四年级第一学期

开课院（系）及教研室：水利电力学院水工教研室

一、课程的性质、教学目的与任务

本课程是水利水电工程专业的主要专业课之一，通过该门课程的学习，使学生熟悉水轮机的构造、性能及主要技术参数，具有在规划、设计水电站时能够合理的选择水轮机及辅助设备。

二、课程的教学基本要求

1．了解反击式水轮机、冲击式水轮机主要类型、构造和工作原理，熟悉水轮机的基本性能和主要工作参数；

2．能够根据水头、流量及其它必要条件选择水轮机的类型和型号，确定水轮机的效率及最优工况；

3．掌握尾水管的工作原理以及水轮机的汽蚀、吸出高及安装高程的确定；

4．能进行水轮机的效率换算与单位参数修正，水轮机的模型综合特性曲线的绘制；

5．能进行水轮机工作特性曲线和运转特性曲线绘制；

6．能正确合理的进行水轮机调速设备的选择。

三、课程的内容及学时分配

  绪论     0.5学时

  1．教学基本要求：

通过本章的学习使学生了解水流具有的能量，如何将水能转换为机械能，由水能转换为机械能和机械能转换为水能的能量变化情况，水轮机的发展方向。

  2．教学内容：

水流具有哪些能量，能量如何转换，水轮机的发展概况。

  3．主要知识点与重点：

水流具有哪些能量，能量转换中的能量变化。

第一章  水轮机主要类型及其构造      3.5学时

1．教学基本要求：

通过这一章的学习使学生掌握水轮机在不同工况下的性能、水轮机工作参数之间的关系，为什么要设计制造不同类型的水轮机。水轮机有哪些部分组成，转轮在水轮机中的作用，大中型水电站常用的几种水轮机的构造，水轮机型号由哪几部分组成。 

2．教学内容：

第一节 水轮机的工作参数

第二节 水轮机的主要类型

第三节 水轮机的基本构造

第四节 水轮机的型号及标称直径

3．主要知识点与重点：

水轮机的工作参数、水轮机的类型、水轮机的组成部分、水轮机型号所表示的意义。

第二章  水轮机的工作原理     5学时

1．教学基本要求：

学生通过这一章的学习掌握混流式和轴流式水轮机转轮中的水流运动，水流质点的速度和方向，运用动量矩定律推导水轮机工作的基本方程式。水轮机的水力损失、容积损失、机械损失及水力效率、容积效率、机械效率、水轮机的总效率和水轮机的最优工况。水轮机尾水管的作用及尾水管的动能恢复系数，水轮机产生汽蚀的条件、现象及机理，几种常见的汽蚀破坏，从水轮机进水压力变化出发，推导水轮机的汽蚀系数，水轮机的吸出高和安装高程的计算方法和步骤。

2．教学内容：

第一节 水流在水轮机转轮中的运动

第二节 水轮机工作的基本方程式

第三节 水轮机的效率及最优工况

第四节 尾水管的工作原理

第五节 水轮机的汽蚀

第六节 水轮机的汽蚀系数、吸出高及安装高程

第七节 水斗式水轮机的工作原理

3．主要知识点与重点：

水流质点的速度和方向、水轮机工作的基本方程式、水轮机的损失和水轮机的效率以及水轮机的最优工况、水轮机尾水管的动能恢复系数。为什么水轮机会产生汽蚀破坏，水轮机的汽蚀系数，水轮机的吸出高和安装高程的计算。

第三章  水轮机的相似理论及模型综合特性曲线    4学时

1．教学基本要求：

通过相似理论研究相似水轮机运行参数之间存在的相似规律。水轮机的相似律、单位参数和水轮机的比转速，模型水轮机的效率换算为原型水轮机的效率以及对单位参数的修正，水轮机能量实验台的组成以及实验参数的测量，综合参数的计算。当水轮发电机组因某些原因突然丢弃全部负荷和增加负荷时输出功率的变化和转速的变化情况以及水轮机的轴向力的计算方法和步骤，水轮机的模型特性曲线绘制方法和步骤。

2．教学内容：

第一节 相似理论概述

第二节 水轮机的相似律、单位参数和比转速

第三节 水轮机的效率换算与单位参数的修正

第四节 水轮机的模型试验

第五节 水轮机的飞逸转速和轴向力

第六节 水轮机的模型综合特性曲线

3．主要知识点与重点：

水轮机的相似律、单位参数、比转速、效率换算、单位参数的修正、实验参数的测量、综合参数的计算、飞逸转速和轴向力的计算、水轮机模型特性曲线绘制。

第四章  水轮机的选择        7学时

1．教学基本要求：

这一章要求学生通过学习了解水轮机的标准系列，正确使用大中型水轮机的系列型谱及水轮机应用范围图。掌握水轮机选择的主要内容以及收集和整理的基本资料，水轮机主要参数的计算与选择，水轮机工作特性曲线和运转特性曲线的绘制方法，蜗壳的形式及主要参数选择，水流在蜗壳中运动的规律以及蜗壳的水力计算，尾水管的形式及其主要尺寸的确定。

2．教学内容：

第一节 水轮机的标准系列

第二节 水轮机的选择

第三节 水轮机的工作特性曲线和运转特性曲线

第四节 蜗壳的形式及主要尺寸的确定

第五节 尾水管的形式及其主要尺寸的确定

3．主要知识点与重点：

水轮机主要参数的计算与选择、蜗壳主要参数的选择、蜗壳的水力计算、尾水管主要尺寸的确定。

第五章  水轮机的调速设备     4学时

1．教学基本要求：

通过这一章的教学要求学生了解水轮机调节的任务，机组调节的途径。调速系统的静特性，动特性，水轮机调节系统的组成及工作原理，调速器的类型与调速器的系列。油压装置的组成及其工作原理，油压装置的系列。掌握大中型调速器的选择方法。

2．教学内容：

第一节 水轮机调节的基本概念

第二节 调节系统的特性

第三节 水轮机调速器的基本工作原理

第四节 调速器的类型与系列

第五节 调速系统的油压装置

第六节 水轮机调速设备的选择

3．主要知识点与重点：

水轮机调节的任务及途径，水轮机调速系统的特性，调速器的类型（机调、电调、单调、双调），大、中、小型调速器划分的标准，调速器型号的组成，油压装置系列，调速设备的选择。

四、课程与其他课程的关系

与本课程有密切关系的课程有：《水力学》、《工程水文学》、《水利水能规划》，该课程在上述课程完成后开设。

五、课程实验（上机等）内容与学时分配

目的和要求：参观混流式水轮机各组成部分及导叶、转轮叶片、蜗壳等，使学生对各部分有初步认识。

六、作业

根据课堂理论讲授进度适当安排思考题。

七、考核方式

本课程为考查课，考查成绩以百分制计，平时成绩（出勤、课堂提问、作业）占30%，期末笔试成绩占70%。

八、参考教材及主要参考书    

1.参考教材：

[1]金钟元  水力机械[M]（用最新版本），北京：水利水电出版社，2001年，第二版

2.主要参考书：

[1]全玲琴  水轮机及其辅助设备[M]（用最新版本），北京：中国水利水电出版社，1999年

[2]王蕴莹  水轮机[M]（用最新版本），北京：中国水利水电出版社，2006年

修（制）订：水工教研室

执笔人：

审核人：

批准人：

二0一一年三月九日修（制）订（第  次）