Zs Zamax hp
汽蚀的危害
降低水轮机效率，减小出力。 破坏水轮机过流部件，影响机组寿命。 产生强烈的噪音和振动，从而影响水轮机的 安全稳定运行 。
汽蚀类型
叶型汽蚀：发生在水轮机转轮
叶片上的汽蚀。（如图a)
图a
间隙汽蚀：水流通过狭小的流
道与间隙时流速变大，从而
引起压力降低而产生负压
所形成。 (如图b)
图b
叶型汽蚀
卧轴混流式、贯流式水轮机，HS为下游 水面至叶片最高点的垂直高度（如下图）
水轮机安装高程:
水轮机安装高程是水电站厂房设计中 的控制性高程，对于不同类型、不同装置方 式的水轮机，工程上规定的安装高程位置不 同.
反击式水轮机
冲击式水轮机
反击式水轮机安装高程确定
立轴轴流式和斜流式水轮机 立轴混流式水轮机 卧轴混流式和贯流式水轮机
比值，一般取 X =
0.38~0.46；
D1 ——转轮标称直径，
卧轴混流式和贯流式水轮机
Zs

Za

Hs

D1 2
+Hs
zs
-Hs
式中符号含义 与以上各式的相同
冲击式水轮机
冲击式水轮机无尾水管，除喷嘴、针阀和 斗叶处可能产生间隙汽蚀外，不产生叶型汽蚀 和空腔汽蚀，故其安装高程确定应在充分利用 水头又保证通风和落水回溅不妨碍转运转的 前提下，尽量减小水轮机的泄水高度 hp .
900
对不同的 Hs 规定如下
对不同形式水轮机的HS作如下规定
立轴轴流式水轮机， HS为下游水 面至叶片转 动中心的 距离 （如右图）
立轴混流式水轮机， HS为下游水面 至导叶下部底 环平面的垂 直高度(图右)
立轴斜流式水轮机，HS为下游水面至叶片 旋转 轴线与转轮 室内表面相交点 的垂 直距离 （如右图）
立轴混流式水轮机（如图）
Zs

Za

Hs

b0 2
ZS——安装高程， m； Za——下游尾水位， m； HS——吸出高度， m；
b0 ——导叶高度， m。
立轴轴流式和斜流式水轮机(如下图)
Z s Z a H s XD1
Z s、Z a 、H s 意义同上，
X ——结构系数，转轮中
心与导叶中心距离与1的
水轮机汽蚀、吸出高度与安装高程
汽蚀现象 水轮机的吸出高度
汽蚀现象
汽蚀现象 汽蚀的危害 汽蚀类型 水轮机汽蚀的防护
汽蚀现象
当某点的压力达到（或低于）该温度下水的汽化压 力时，水就局部汽化产生大量汽泡，同时水体中存在的 许多眼看不见的气核体积骤然增大也形成可见气泡，这 些气泡随着水流进入高压区时，气泡瞬时破灭，由于汽 泡中心压力较低，气泡周围的水质点将以很高的速度向 汽泡中心撞击形成巨大的压力，并以很高的频率冲击金 属表面，使水轮机过流部件的金属表面产生物理电化学 作用遭到破坏，这一现象就称为汽蚀现象，
局部汽蚀：水轮机过流部件局部凸凹不 平时，也会引起局部真空形成局部气蚀。 （如图c）
图c
空腔汽蚀：反击式水轮机偏离最优工况时， 水轮机出口流速则产生一圆 周分量使水流在转轮出口 处产生脱流和旋涡形成 一大空腔，在中心产生 很大真空形成。
(如图d)
图d
水轮机汽蚀的防护
为防止和减轻汽蚀对水轮机的危害，一 般从以下几个方面来考虑：
水轮机设计制造方面 工程措施方面 运行方面
水轮机的吸出高度
汽蚀系数 吸出高度 水轮机安装高程
汽蚀系数
动力真空的相对值 为汽蚀系数， 用σ表示。


k vk2 5v52
2g
hk5
H
吸出高度
水轮机的吸出高度是指转轮中压力最
低点（k）到下游水面的垂直距离，常用HS
表示。
Hs
≤ 10.0 H
机械效率：
j (Ne N) / Ne N / Ne
对 N / Ns做恒等变形
N /(9.81QH )
N /(9.81(Q q)( H h)) * (Q q) / Q * (H h) / H
j * v *s
故 j * v *s
水力效率：
s (H h) / H
容积损失与容积效率
容积损失:
进入水轮机的水流，有一部分会从这些 间隙中漏掉，样就会造成一部分不对转轮做功， 这能量损失，此损失称为容积损失。
容积效率
(Q q) / Q
机械损失和机械效率
机械损失：
水轮机的一些部件之间存在一定的摩擦 ,这 些摩擦消耗一定的能量的简称，用 ΔN 表示。
g
水轮机的能量损失及效率
主要内容： 水力损失(head loss)和水力效率 容积损失(water loss)与容积效率
机械损失(friction loss)和机械效率
水力损失和水力效率
水力损失：
天然水流经过蜗壳，导水机构，转轮及尾 水管等过流部件时产生水力摩擦、撞击、涡流、 脱壁等引起能量损失。
第三章 水轮机的工作原理
水轮机的基本方程式 水轮机的能量损失及效率 水轮机汽蚀、吸出高度与安装高程
水轮机的基本方程式
水流在转轮中的运动 (动画演示) 水轮机的基本方程式（欧拉方程）
水轮机的基本方程式（欧拉方程）
水轮机基本方程式: H (vu1 u1 vu2 u2 ) ；
g
H v1 cos1u1 v2 cos 2u2