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英文名称：Water Turbine

课程编码：08052003

学时：48 实验学时：4 学分：3

适用对象：热能与动力工程专业本科三年级学生

先修课程：工程力学、工程图学、工程流体力学

大纲主撰人：李志红大纲审核人：桂家章

一、课程性质、目的和任务

1. 本课程为热能与动力工程专业本科三年级学生必修的一门专业选修课程。

2.目的是使学生掌握水轮机的基础知识和选择设计方法，可为今后水电厂机电设备和自动化系统设计、制造、安装、运行管理和科学研究打下一定的水轮机理论基础。课程主要讲述水轮机的工作原理、特性、选型、主要过流部件的水力设计等。

二、教学内容及要求

第1章：绪论

授课学时： 3

基本要求：

1-1了解水轮机的类型、应用水头范围和牌号；水轮机能量转换的基本特征；

1-2掌握水轮机工作参数的含义；水轮机工作水头的计算；水轮机结构形状和构造 ；装置形式；

1-3了解现代水轮机的发展过程；水轮机发展现状；

重点：水轮机工作参数的含义；

难点：水轮机结构形状和构造。

第2章：水轮机工作原理

授课学时： 8

基本要求：

2-1理解水流在水轮机转轮中的运动；

2-2掌握水轮机基本方程式的表达形式；水流速度三角形的绘制和计算；流面和轴面的概念；水轮机方程式的物理意义；分析影响水轮机能量损失的因素；水轮机一般工况的速度三角形分析；

2-3理解水轮机最优工况的条件；圆柱坐标系的构成和表达方法；水流在过流部件中的运动；水轮机能量损失的类型。

重点：水流速度三角形的绘制和计算；水轮机基本方程式的表达形式；水轮机能量损失的类型；水轮机最优工况的条件；

难点：水流在水轮机转轮中的运动；流面和轴面的概念，圆柱坐标系的构成和表达方法。

第3章：水轮机的相似理论

授课学时： 8

基本要求：

3-1理解相似条件；

3-2掌握相似条件的内涵；相似定律公式和应用；水轮机的飞逸现象、危害和防止措施；比转速与水轮机性能的关系；相似定律表达的意义；飞逸特性；第一次近似与第二次近似公式的应用；

3-3掌握水轮机的理论设计与相似理论的应用；原型参数与模型参数之间的修正；理解相似准则数；比转速的定义；水轮机比转速公式；比转速与水轮机类型和结构的关系；水轮机型谱。

重点：相似条件；相似定律公式和应用；水轮机最优工况的条件；

难点：水流在水轮机转轮中的运动；流面和轴面的概念，圆柱坐标系的构成和表达方法。

第4章：水轮机汽蚀、泥砂磨损与振动

授课学时： 6

基本要求：

4-1了解汽蚀破坏机理；汽蚀的形成过程和定义；汽蚀的破坏方式和过程及危害；汽蚀的类型；水轮机汽蚀性能；掌握吸出高度和安装高程的规定和计算；了解影响水轮机振动的因素；

4-2理解汽蚀系数的意义；水轮机不发生汽蚀的条件；水轮机抗汽蚀破坏的措施；防止水轮机振动的措施；

4-3了解：液体的空化现象；汽蚀的等级；泥砂磨损的破坏、特性和防止措施；水轮机振动的类型和原因。

重点：汽蚀的破坏方式和过程；吸出高度和安装高程的规定和计算；

难点：汽蚀的形成过程和定义；汽蚀系数的意义。

第5章：混流式水轮机

授课学时：8

基本要求：

5-1掌握：混流式水轮机引水室的主要参数和应用；蜗壳中水流的运动规律；导水机构的基本工作原理；转轮叶片木模图；尾水管的选择；

5-2理解：混流式水轮机工作原理；金属蜗壳的水力计算；导水机构的结构组成； 径向式导水机构的几何参数；混流式水轮机转轮参数；尾水管的作用和水流运动；

5-3了解：混流式水轮机的结构组成和应用； 混流式水轮机引水室的类型和结构形式；座环的结构和水力计算；混流式水轮机的附属装置；混流式水轮机转轮设计；混流式水轮机的轴向水推力；尾水管的基本类型。

重点：混流式水轮机引水室的主要参数和应用；蜗壳中水流的运动规律；导水机构的基本工作原理；转轮叶片木模图；

难点：金属蜗壳的水力计算；径向式导水机构的几何参数；转轮叶片木模图。

第6章轴流式水轮机

授课学时：5

基本要求：

6-1掌握：轴流式水轮机结构特点；轴流式转轮参数选择；

6-2理解：混凝土蜗壳的水力计算；轴流式转轮设计原理；轴流式水轮机协联工况的特性；

6-3了解：轴流式水轮机概述；轴流式转轮中的水流运动；轴流式水轮机力特性；轴流式水轮机过渡过程。

重点：轴流式转轮参数选择

难点：混凝土蜗壳的水力计算；轴流式水轮机协联工况的特性。

第6章冲击型水轮机

授课学时：5

基本要求：

6-1掌握：水斗式水轮机结构和主要工作部件；切击式水轮机转轮进出速度三角形及基本方程式；

6-2理解：冲击型水轮机的基本工作原理；冲击型水轮机最优工况条件；

6-3了解：冲击型水轮机主要类型及工作特点；切击式水轮机工作原理及参数；冲击型水轮机单位参数和比转速；切击式水轮机的特性；

重点：切击式水轮机转轮进出速度三角形及基本方程式；

难点：冲击型水轮机的基本工作原理；冲击型水轮机最优工况条件。

第8章水泵水轮机

授课学时：1

基本要求：

6-1掌握：水泵水轮机应用范围和特点；

6-2了解：水力机械四象限特性；水泵水轮机工作原理和参数选择；

6-3了解：水泵水轮机概述；水泵水轮机的运行；

重点：水泵水轮机应用范围和特点；

三、实践环节

实验教学目的与基本要求

为了巩固理论教学的效果，水轮机课程安排了4个学时的实践型教学环节。通过实践环节的培养，学生可以基本掌握水轮机课程的知识，具有水轮机理论、运行和操作技能。

四、实验课程内容与学时分配

序号	实验项目名称	实验学时	每组人数	实验属性	实验类别	实验要求	内容提要
1	水轮机能量实验	2	3	专业类	综合	必做	测量不同工况、不同开度水轮机有关参数：水头、流量、功率和转速等。
2	水力发电过程	2	3	专业类	综合	必做	机组开停机试验、负荷调整、甩负荷试验

五、考核方式

（1）实验报告：本门课程对实验报告的要求（应包括对报告内容的要求）。

（2）实验课的考核方式：

根据学习态度、动手能力、出勤等部分构成，按优、良、及格、不及格四等次评定，实验课成绩作为平时成绩一部分。

4、实验指导书、参考书

六、学时分配

课程总学时为48，其中理论学时44实验学时4。

章	内 容	讲课	实验课	习题课	实践课	总学时
1	绪论	3				3
2	水轮机工作原理	8				8
3	水轮机的相似原理	8	2			10
4	水轮机汽蚀、泥砂磨损	6	2			8
5	混流式水轮机	8				8
6	轴流式水轮机	5				5
7	冲击式水轮机	5				5
8	水泵水轮机	1				1
	合计	44				48

教材：《水轮机》 作者：郑 源 鞠小明 程云山 中国水利水电出版社 2007

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