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南昌工程學院《水輪機》課程教學大綱
英文名稱：Water Turbine
課程編碼：08052003
學時：48 實驗學時：4 學分：3
適用對象：熱能與動力工程專業本科三年級學生
先修課程：工程力學、工程圖學、工程流體力學
大綱主撰人：李志紅 大綱審核人：桂家章
一、 課程性質、目的和任務
1. 本課程為熱能與動力工程專業本科三年級學生必修的一門專業選修課程。
2.目的是使學生掌握水輪機的基礎知識和選擇設計方法，可為今后水電廠機電設備和自
動化系統設計、制造、安裝、運行管理和科學研究打下一定的水輪機理論基礎。課程主要講
述水輪機的工作原理、特性、選型、主要過流部件的水力設計等。
二、 教學內容及要求
第 1 章：緒論
授課學時： 3
基本要求：
1-1 了解水輪機的類型、應用水頭范圍和牌號；水輪機能量轉換的基本特征；
1-2 掌握水輪機工作參數的含義；水輪機工作水頭的計算；水輪機結構形狀和構造 ；
裝置形式；
1-3 了解現代水輪機的發展過程；水輪機發展現狀；
重點：水輪機工作參數的含義；
難點：水輪機結構形狀和構造。
第 2 章：水輪機工作原理
授課學時： 8
基本要求：
2-1 理解水流在水輪機轉輪中的運動；
2-2 掌握水輪機基本方程式的表達形式；水流速度三角形的繪制和計算；流面和軸面的
概念；水輪機方程式的物理意義；分析影響水輪機能量損失的因素；水輪機一般工況的速度
三角形分析；
2
2-3 理解水輪機最優工況的條件；圓柱坐標系的構成和表達方法；水流在過流部件中的
運動；水輪機能量損失的類型。
重點：水流速度三角形的繪制和計算；水輪機基本方程式的表達形式；水輪機能量損失
的類型；水輪機最優工況的條件；
難點：水流在水輪機轉輪中的運動；流面和軸面的概念，圓柱坐標系的構成和表達方法。
第 3 章：水輪機的相似理論
授課學時： 8
基本要求：
3-1 理解相似條件；
3-2 掌握相似條件的內涵；相似定律公式和應用；水輪機的飛逸現象、危害和防止措施；
比轉速與水輪機性能的關系；相似定律表達的意義；飛逸特性；第一次近似與第二次近似公
式的應用；
3-3 掌握水輪機的理論設計與相似理論的應用；原型參數與模型參數之間的修正；理解
相似準則數；比轉速的定義；水輪機比轉速公式；比轉速與水輪機類型和結構的關系；水輪
機型譜。
重點：相似條件；相似定律公式和應用；水輪機最優工況的條件；
難點：水流在水輪機轉輪中的運動；流面和軸面的概念，圓柱坐標系的構成和表達方法。
第 4 章：水輪機汽蝕、泥砂磨損與振動
授課學時： 6
基本要求：
4-1 了解汽蝕破壞機理；汽蝕的形成過程和定義；汽蝕的破壞方式和過程及危害；汽蝕的類
型；水輪機汽蝕性能；掌握吸出高度和安裝高程的規定和計算；了解影響水輪機振動的因素；
4-2 理解汽蝕系數的意義；水輪機不發生汽蝕的條件；水輪機抗汽蝕破壞的措施；防止水輪
機振動的措施；
4-3 了解：液體的空化現象；汽蝕的等級；泥砂磨損的破壞、特性和防止措施；水輪機振動
的類型和原因。
重點：汽蝕的破壞方式和過程；吸出高度和安裝高程的規定和計算；
難點：汽蝕的形成過程和定義；汽蝕系數的意義。
3
第 5 章：混流式水輪機
授課學時：8
基本要求：
5-1 掌握：混流式水輪機引水室的主要參數和應用；蝸殼中水流的運動規律；導水機構
的基本工作原理；轉輪葉片木模圖；尾水管的選擇；
5-2 理解：混流式水輪機工作原理；金屬蝸殼的水力計算；導水機構的結構組成； 徑向
式導水機構的幾何參數；混流式水輪機轉輪參數；尾水管的作用和水流運動；
5-3 了解：混流式水輪機的結構組成和應用； 混流式水輪機引水室的類型和結構形式；
座環的結構和水力計算；混流式水輪機的附屬裝置；混流式水輪機轉輪設計；混流式水輪機
的軸向水推力；尾水管的基本類型。
重點：混流式水輪機引水室的主要參數和應用；蝸殼中水流的運動規律；導水機構的基
本工作原理；轉輪葉片木模圖；
難點：金屬蝸殼的水力計算；徑向式導水機構的幾何參數；轉輪葉片木模圖。
第 6 章軸流式水輪機
授課學時：5
基本要求：
6-1 掌握：軸流式水輪機結構特點；軸流式轉輪參數選擇；
6-2 理解：混凝土蝸殼的水力計算；軸流式轉輪設計原理；軸流式水輪機協聯工況的特
性；
6-3 了解：軸流式水輪機概述；軸流式轉輪中的水流運動；軸流式水輪機力特性；軸流
式水輪機過渡過程。
重點：軸流式轉輪參數選擇
難點：混凝土蝸殼的水力計算；軸流式水輪機協聯工況的特性。
第 6 章沖擊型水輪機
授課學時：5
基本要求：
6-1 掌握：水斗式水輪機結構和主要工作部件；切擊式水輪機轉輪進出速度三角形及基
本方程式；
6-2 理解：沖擊型水輪機的基本工作原理；沖擊型水輪機最優工況條件；
6-3 了解：沖擊型水輪機主要類型及工作特點；切擊式水輪機工作原理及參數；沖擊型
水輪機單位參數和比轉速；切擊式水輪機的特性；
4
重點：切擊式水輪機轉輪進出速度三角形及基本方程式；
難點：沖擊型水輪機的基本工作原理；沖擊型水輪機最優工況條件。
第 8 章水泵水輪機
授課學時：1
基本要求：
6-1 掌握：水泵水輪機應用范圍和特點；
6-2 了解：水力機械四象限特性；水泵水輪機工作原理和參數選擇；
6-3 了解：水泵水輪機概述；水泵水輪機的運行；
重點：水泵水輪機應用范圍和特點；
三、 實踐環節
實驗教學目的與基本要求
為了鞏固理論教學的效果，水輪機課程安排了 4 個學時的實踐型教學環節。通過實
踐環節的培養，學生可以基本掌握水輪機課程的知識，具有水輪機理論、運行和操作技
能。
四、 實驗課程內容與學時分配
五、 考核方式
（1）實驗報告：本門課程對實驗報告的要求（應包括對報告內容的要求）。
（2）實驗課的考核方式：
根據學習態度、動手能力、出勤等部分構成，按優、良、及格、不及格四等次評定，
實驗課成績作為平時成績一部分。
4、實驗指導書、參考書
六、 學時分配
課程總學時為 48，其中理論學時 44 實驗學時 4。
章 內 容 講課 實驗課 習題課 實踐課 總學時
1 緒論 3 3
2
水輪機工作原理
8 8
序
號
實驗項目名稱
實驗
學時
每組
人數
實驗
屬性
實驗
類別
實驗
要求
內容提要
1 水輪機能量實驗 2 3 專業類 綜合 必做 測量不同工況、不同開度水輪機有
關參數：水頭、流量、功率和轉速
等。
2 水力發電過程 2 3 專業類 綜合 必做 機組開停機試驗、負荷調整、甩負
荷試驗
5
3
水輪機的相似原理
8 2 10
4
水輪機汽蝕、泥砂磨損
6 2 8
5
混流式水輪機
8 8
6
軸流式水輪機
5 5
7
沖擊式水輪機
5 5
8
水泵水輪機
1 1
合計 44 48
教材：《水輪機》 作者：鄭 源 鞠小明 程云山 中國水利水電出版社 2007
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