知识点：转轮

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转轮起能量转换作用，水流作用在转轮叶片上的力矩为：

M＝∫ρdQ（V_1uR₁－V_2uR₂）＝ρQ（V_1uR₁－V_2uR₂），它与转速乘积应该等于水力机械的轴功率，对水泵与水轮机来说，轴功率表示公式不同，故有：

水轮机转轮功率为：N=ρgQHη_h由N=Mω得出ρgQHη_h＝ρQ（V_1uR₁－V_2uR₂）ω，故：水轮机基本方程为：H＝（V_1uR₁－V_2uR₂）ω/（gη_h）

水泵转轮功率为：N=ρgQH/η_h由N=Mω得出ρgQH/η_h＝ρQ（V_1uR₁－V_2uR₂）ω，故：水泵基本方程为：H＝η_h（V_1uR₁－V_2uR₂）ω/g

转轮叶片进出口速度三角形如下所示：图中所示为（进口处导叶开度不变，故绝对来流方向不变；出口处叶片安放角不变，故相对速度方向不变；进出口处的牵连速度也不变）当水头、或流量变化时，进口相对速度大小、方向，出口绝对速度大小、方向的变化情况。在模型试验中也可以观测到流态的变化，具体可分以下几种情形：

3.1 小流量叶片靠上冠处头部脱流—叶道涡

小流量时叶片头部上冠处脱流现象我们可以通过内窥镜直接从进口看到，也能从出口看到，仍然以图2-1中为例，牵连速度不变，绝对速度方向不变，当水头较高时绝对速度大，相对速度与牵连速度夹角较大，叶片背面产生脱流；当水头较低时绝对速度小，相对速度与牵连速度夹角较小，叶片正面产生脱流。这两种情况都形成沿上冠往下环、偏出口方向流动的叶道涡。

图2-1 水轮机转轮进出口速度三角形

3.2 大流量叶片靠上冠处头部脱流

大流量时叶片头部上冠处脱流现象我们可以通过内窥镜直接从进口看到，但不能从出口看到，原因是大流量时叶片头部脱流产生在靠近下环处，垂直方向的流动被下环破坏了。所以这时只能叫脱流而不是叶道涡。与叶道涡同理高水头时脱流产生在叶片背面，低水头时脱流产生在叶片正面。

3.3 水泵工况的头部脱流情形

水泵工况包括可逆式水轮机，这时绝对速度方向不变，一直是法向，牵连速度大小、方向都不变，流量增加时绝对速度增加，相对速度与牵连速度夹角加大，在叶片头部正面产生脱流；流量减小时绝对速度降低，相对速度与牵连速度夹角减小，在叶片头部背面产生脱流，与水轮机不同的是试验中这种正面脱流很难看到，被叶片挡住了。

3.4 尾水管涡带

图2-1中转轮出口叶片出水角不变，所以相对速度的方向不变，但相对速的大小变化时，如果假定牵连速度是不变的，那么可以看出在小流量时绝对速度的方向具有与转轮旋转速度相同的切向分量，而在大流量时绝对速度的方向具有与转轮旋转速度相反的切向分量，这就是小流量涡带成螺旋状、大流量涡带成柱状的原因，只有最优工况附近，绝对流速法向才没有涡带，称为无涡区。图2-2显示了在综合特性曲线上叶道涡区（最左侧）、螺旋状涡带区、无涡区、柱状涡带区以及正背面脱流区。

图2-2 各种现象综合示意图

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