水轮机的工作原理Word下载.docx
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水流与叶片相互作用，使得水轮机做功。
水流通过水轮机时，叶片迫使水流动量矩发生变化，而水流以反作用力作用在叶片，从而使转轮获得力矩。
水能转变为旋转机械能的必要条件：
水流在转轮出口的能量小于进口处的能量，即转轮的进口和出口必须存在速度矩的差值。
第三节水轮机的效率及最优工况
一、水轮机的效率（efficiency）
水轮机的能量损失导致N<
Ns，效率η<
1
效率是由水力效率、流量效率、机械效率组成
1.水力损失（headloss）及水力效率
蜗壳、导叶、转轮、尾水管——沿程损失
旋涡、脱流、撞击——局部损失
水轮机的水力效率为:
2.流量损失及流量效率（容积效率）
水流通过转动部分与非转动部分间隙直流入尾水管的流量为q，此部分流量不经过转轮作功，称漏损。
容积效率：
3.机械损失和机械效率
水轮机的输入功率：
Ne；
输出功率:
N=Ne-ΔNm
机械效率：
ηm=N/Ne
水轮机的总效率
η=ηHηVηm
提高效率的有效方法是减小水头损失、流量损失、机械摩擦。
η根据模型试验得到。
二、水轮机的最优工况
水轮机的最优工况是指η最高的工况。
一般情况下，对η起主要作用的是水力损失，流量损失和机械损失相对较小，且基本不变，在水力损失中撞击和涡流损失最大。
1、叶片进口设计
撞击损失主要发生在转轮叶片进口处。
当β1（W1,U）=βe1（叶片进口安放角）时，则为无撞击进口工况，即转轮进口处的水流相对速度的方向与转轮叶片骨线在进口处的切线方向一致。
2、叶片出口设计
涡流损失主要发生在转轮叶片出口处。
当V2⊥U2时，即α2=90°
，水流平行主轴，Vu2=0，为法向出口，无涡流损失。
同时满足β1=βe1、α2=90°
（V2⊥U2）时，进口无撞击，出口无涡损，η最高，称为水轮机的最优工况。
对高水头水轮机，能量损失主要发生在引水部件内，故最优转轮出口应为法向出口。
对中、低水头水轮机，能量损失主要发生在尾水管和转轮内，一般α2略小于90°
时，效率较高，可以避免尾水管内脱流，运行稳定，空蚀性能好。
轴流转浆式、斜流式水轮机在不同工况下，可以进行双调节（导叶开度a0、叶片角度φ），一般可使水轮机在较大范围内达到或接近进口无撞击、出口无涡流，具有较宽广的效率区。
水轮机在最优工况运行时，不但效率高，而且稳定性和空蚀性能也好。
因此，在实际运行中，水轮机的运行工况范围均有一定限制。
第四节尾水管的工作原理
转轮所获得能量等于转轮进出口之间的能量差：
1.无尾水管时：
，
转轮获得能量：
2.设尾水管时：
根据2-2至5-5断面能量方程：
可得：
设尾水管后，转轮所获得能量：
水轮机多获得的能量：
所以，设置尾水管以后，在转轮出口形成了压力降低，出现了真空现象，真空由两部分组成：
（1）静力真空：
H2（落差），也称为吸出高度Hs；
（2）动力真空（转轮出口的部分动能）
3.尾水管的作用
（1）汇集转轮出口水流，排往下游。
（2）当Hs>
0时，利用静力真空。
（3）利用动力真空Hd。
4.尾水管的动能恢复系数
尾水管的静力真空Hs取决于水轮机的安装高程，与尾水管的性能无关；
衡量尾水管性能好坏的标志是恢复动能的程度（与尾水管尺寸有关），一般用动能恢复系数ηw表示：
ηw>
0.8时，效果较好；
ηw≦0.3～0.4时，效果较差。
ηw=1-ξW（ξW为尾水管的水力损失系数）
第五节水轮机的空化与空蚀
一、水轮机的空蚀
1.空化及空化压力的概念
水沸腾为汽化，汽化是由气压和水温决定的。
水在一定压力下加温引起的汽化为沸腾；
环境温度不变压力降低引起的汽化叫空化。
在给定温度下，液体开始汽化的临界压力为该温度下的空化压力（Pb）
2.水轮机的空蚀
（1）空蚀破坏的机理
由：
可知，当V↑→P↓,当P=Pb时，水开始汽化→汽泡（水蒸气+空气）→进入高压区（汽泡时蒸气变成水，汽泡内气体稀薄，出现强大真空，汽泡外面的水流质点在内外压差的作用下急速向汽泡中心压缩、冲击）在汽泡内形成很大的微观水击压力（可达几百大气压）；
汽泡产生反作用力向外膨胀，压力升高，水流质点向外冲击。
大量汽泡连续不断地产生与溃灭，水流质点反复冲击，使过流通道的金属表面遭到严重破坏→机械破坏，叫疲劳剥蚀。
汽泡被压缩，由于体积缩小，汽化破坏时水流质点相互撞击，引起局部温度升高（可达到300℃），汽泡的氧原子与金属发生化学反应，造成腐蚀；
同时由于温度升高，产生电解作用→化学腐蚀。
（2）水轮机空蚀定义
汽泡在溃灭过程中，由于汽泡中心压力发生周期性变化，使周围的水流质点发生巨大的反复冲击，对水轮机过流金属表面产生机械剥蚀和化学腐蚀破坏的现象，称水轮机的空蚀。
3.空蚀造成的危害
使过流部件机械强度降低，严重时整个部件破坏。
增加过流部件的糙率，水头损失加大，效率降低，流量减小，出力下降。
机组产生振动，严重时造成厂房振动破坏。
缩短了机组检修的周期，增加了检修的复杂性。
消耗钢材、延长工期；
二、水轮机空蚀类型
翼形（叶片）空蚀：
转轮叶片背面出口处产生的空蚀，与叶片形状、工况有关。
反击式水轮机主要汽蚀形式。
间隙空蚀：
当水流通过间隙和较小的通道时，局部流速增大，压力降低而产生空蚀。
空腔空蚀：
在非最优工况时，水流在尾水管中发生旋转形成一种对称真空涡带，引起尾水管中水流速度和压力脉动，在尾水管进口处产生空蚀破坏，可能造成尾水管振动。
局部空蚀：
在过流部件凹凸不平因脱流而产生的空蚀。
尾水管内的真空涡带和水流轨迹
三、防止空蚀的措施
流速和压力是产生空蚀最重要的两个原因，因此要控制流速和压力的急剧变化。
1.设计制造方面：
合理选型，叶型流线设计，表面光滑，抗汽蚀钢衬（不锈钢）。
2.工程措施：
合理选择安装高程，采取防沙、排沙措施，防止泥沙进入水轮机。
3.运行方面：
避开低负荷、低水头运行，合理调度，必要时在尾水管补气。
第六节水轮机的空蚀系数、吸出高和安装高程
一、水轮机的空蚀系数
反击式水轮机发生空蚀破坏的根本原因是过流通道中出现了p<
pb的情况，因此防止汽蚀的措施是限制p的降低，使p≥pb。
影响水轮机效率的主要原因是翼型空蚀，所以衡量水轮机汽蚀性能好坏一般是针对翼型空蚀而言，其标志为空蚀系数。
空蚀系数б是水轮机汽蚀特征的一个标志，б越大，越容易破坏。
叶片上压力最低点
通过研究叶片上的压力分布情况，得到叶片上压力最低点（一般为叶片背面靠近转轮叶片出口处）K点的压力为：
K点的真空值Hkv：
静力真空Hs是吸出高度，取决于水轮机的安装高程，与水轮机的性能无关；
动力真空hk与转轮叶型、水轮机工况、尾水管性能有关，因此表明汽蚀性能的只是动力真空：
б称水轮机的汽蚀系数，是动力真空的相对值。
●б与叶型、工况有关，Wk大—W2大—б大。
●б与尾水管的性能有关，ηw↑→б↑，汽蚀性能差。
●几何形状相似的水轮机，工况相似，б相同；
对任一水轮机在既定工况下，б也是定值。
●б值影响因素复杂，理论难以确定，广泛使用的方法是进行水轮机模型试验得出бm，并认为б=бm。
二、水轮机的吸出高
为了防止空蚀，必须限制K点的压力，使pK≥pB
保证水轮机内不发生汽蚀的条件：
pk≥pB
或简化为
水轮机吸出高Hs是转轮叶片压力最低点到下游水面的垂直高度Zk，随工况而改变，规定如下：
（1）立轴混流式水轮机：
导叶下部底环平面到下游尾水垂直高度
（2）立轴轴流式水轮机：
转轮叶片轴线到下游尾水垂直高度
（3）卧轴贯流式水轮机：
Hs叶片出口最高点到下游尾水垂直高度
（4）设计尾水位高于上述高程Hs为负，反之为正
（5）为保证水轮机在运行中不发生空蚀，对各种工况下Hs进行试验，取其中较小值。
三、水轮机的安装高程
1.立轴HL：
导叶中心平面高程Za=▽w+Hs+b0/2
2.立轴ZL：
导叶中心平面高程Za=▽w+Hs+xD1
3.卧轴HL和GL：
轴中心高程Za=▽w+Hs-D1/2
注：
▽w：
水电站设计尾水位,选用水电站最低尾水位（一台机级组运行时）
b0：
水轮机导叶高度；
D1：
转轮直径
数字化仓库评估规范
1范围
本文件规定了数字化仓库评估的基本原则与评估指标构成及评估内容，并提供了评估指标体系的构建和评估分析方法。
本文件适用于为通用型仓库及库区数字化评估提供指导和参考依据，其他专业型仓库可参照执行。
2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；
不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T15425商品条码128条码
GB/T16986商品条码应用标识符
GB/T18768-2002数码仓库应用系统规范
GB/T21072通用仓库等级
GB/T25486-2010网络化制造技术术语
GB/T33745-2017物联网术语
3术语和定义
GB/T18768-2002、GB/T25486-2010、GB/T33745-2017界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
数字化digitalization
以数字形式表示（或表现）生产、组织、管理活动的数据。
具体地说，也就是将人、物及对应的活动转化为数字码，并由计算机系统处理与保存。
在信息化时代，数字化已经变成代表信息化程度的一个重要指标。
[来源：
GB/T25486-2010,2.54有修改]
3.2
数字化仓库digitalwarehouse
以仓储活动为基础，以数字化技术为手段，用数据连接仓储活动各环节，对仓储活动过程进行规划、管理、诊断和优化的实施单元。
3.3
物联网internetofthings；
IoT
通过感知设备，按照约定协议，连接物、人、系统和信息资源，实现对物理和虚拟世界的信息进行处理并做出反应的智能服务系统。
GB/T33745-2017,2.1.1]
3.4
电子仓单electronicwarehousereceipt
仓库保管人在与存货人签订仓储保管合同的基础上，按照行业惯例，以外观检查、单证审查为一般原则，对存货人所交付的仓储物进行验收之后出具的电子权利凭证。
3.5
物联网设备IoTdevices
能够采集或监控对象信息，并提供互联网接入的终端设备。
GB/T33745-2017,2.1.9有修改]。
3.6
物联网设备管理平台IoTdevicemanagementplatform
实现对物联网设备进行远程监管、数据传输、系统升级、故障排查、生命周期管理等功能的互联网平台。
3.7
数字化仓库管理系统digitalwarehousemanagementsystem
应用数字化技术，配套数字化仓库运营与管理，实现仓储活动可视化、仓库作业流程自动化或少人化运行、可开具电子仓单的高效、协同、便捷仓库管理软件。
GB/T18768-2002,3.5.3,有修改]
4基本原则与框架
4.1时效性
评估能够反映全国数字化仓库建设和改造的发展现状和趋势。
4.2可操作性
评估指标易于选取，评估方法便捷有效。
4.3客观性
评估以企业仓库的实际情况为基础，以真实可靠、准确的材料、数据和文件为依据，无（尽量减少）人工干预。
5评估指标构成
5.1概述
数字化仓库评估应按照水平与能力评估和供应链协同与可持续发展评估两个部分构成，数字化仓库水平与能力评估和供应链协同与可持续发展评估能共同反映数字化仓库综合能力。
5.2水平与能力评估指标
5.2.1水平与能力评估的一级指标应包含基本要求、数字化基础、数字化应用、综合集成与创新。
5.2.2一级指标中对应二级指标应包括以下内容，基本要求指标项对应的二级指标应包含企业要求、人员组织要求、制度要求和设施设备要求；
数字化基础指标项对应的二级指标应包含基础设施、仓库管理系统和数据安全；
数字化应用指标项对应的二级指标应包含物联网应用、数字化仓库管理系统和风险管理；
综合集成与创新指标项对应的二级指标应包含平台化、综合集成、创新能力。
5.2.3二级指标中对应三级指标的主要部分应包括以下内容，企业要求指标项对应的三级指标应包含企业基本条件、数字化仓库规划与实施、数字化仓库资金投入；
人员组织要求指标项对应的三级指标应包含数字化工作规范、企业数字化领导机构设置、人员数字化应用水平；
制度要求指标项对应的三级指标应包含企业数字化培训制度、数字化岗位责任制度、数字化工作考核和惩奖制度、风控制度；
设施设备要求指标项对应的三级指标应包含机械化、设备安全；
基础设施指标项对应的三级指标应包含数据传输、数据中心、云平台；
仓库管理系统指标项对应的三级指标应包含基本功能、作业流程管理、电子单证、主数据标准化；
数据安全指标项对应的三级指标应包含数据加密和备份、通讯网络风险防范、运维保障；
物联网应用指标项对应的三级指标应包含物联网设备、数据采集、物联网设备管理、监测与控制；
数字化仓库管理系统指标项对应的三级指标应包含数字化管理、编码管理、电子仓单；
风险管理指标项对应的三级指标应包含安全管理、风险管理；
平台化指标项对应的三级指标应包含IT架构、物联网设备管理平台；
综合集成指标项对应的三级指标应包含企业内部集成、企业之间集成；
创新能力指标项对应的三级指标应包含决策优化。
5.3供应链协同与可持续发展评估指标
5.3.1供应链协同与可持续发展评估的一级指标应包含供应链协同与可持续发展。
5.2.2供应链协与可持续发展指标项对应的二级指标应包含供应链协同和可持续发展。
5.3.3二级指标对应的三级指标应包括以下内容，供应链协同指标项对应的三级指标应包含业务协同、客户满意水平；
可持续发展指标项对应的三级指标应包含环境效益、经济效益和社会效益。
6评估内容
6.1概述
按照评估指标构成的要求，评估内容应按照水平与能力和供应链协同与可持续发展两个部分展开，并进一步给出对应的具体的评估内容和要素。
水平与能力包含基本要求、数字化基础、数字化应用、综合集成与创新等四个主要方面。
6.2水平与能力
6.2.1基本要求
6.2.1.1企业要求
企业要求评估包含：
a）企业基本条件，包含如下评估要素：
——应具备仓储经营资质（营业执照经营范围），无不良经营行为；
——仓库基础设施与条件应符合GB/T21072所规定的仓库四星级要求。
b）数字化仓库规划与实施，包含如下评估要素：
——企业数字化仓库建设规划的制定情况，包括数字化仓库建设与企业发展战略是否相符，数字化仓库建设相关的成文规划制定等；
——企业数字化仓库建设专项规划实施与落实情况。
c）数字化仓库资金投入，包含如下评估要素：
——数字化仓库建设的专门计划和预算制定情况；
——数字化仓库建设的单独计划和预算，各阶段资金投入计划制定和落实情况。
6.2.1.2人员组织要求
人员组织要求评估建设包含：
a）数字化工作规范，包括如下评估要素：
——各岗位的数字化操作进行成文规范制定情况，包括与仓储活动相关的软件、硬件、设备等操作规范；
——各岗位的数字化工作规范实施和落实情况，包括但不限于与工作规范配套的考核，惩奖等。
b）企业数字化领导机构设置，企业数字化工作领导机构设置情况；
c）人员数字化应用水平,包括如下评估要素：
——数字化仓库建设和管理相关人员的数字化应用水平，包含数字化应用系统和设备的操作、维护及支持二次开发的能力；
——企业配套数字化仓库相关人员的数字化应用水平，包含企业决策层、管理层等核心部门人员数字化应用系统的使用水平。
6.2.1.3制度要求
制度要求评估包含：
a）企业数字化培训制度，包括如下评估要素：
——培训制度的成文制定情况，包含数字化培训制度的制定以及与之配套的成文发布；
——企业管理层和普通员工进行定期数字化工作培训落实情况。
b）数字化岗位责任制度,包括如下评估要素：
——制定成文的数字化工作岗位责任制度
——数字化工作岗位责任制度实施和落实情况。
c）数字化工作考核和惩奖制度,包括如下评估要素：
——数字化工作考核奖惩制度的制定情况，包含惩奖制度的成文制定；
——数字化工作考核奖惩制度的实施和效果。
d）风控制度,与数字化仓库建设相关的战略、经营、财务、市场、法律风险防范制度的情况。
6.2.1.4设备设施要求
设备设施要求评估包含：
a）机械化,仓储活动作业中机械设备使用覆盖程度；
b）设备安全，包括机械设备根据有关安全要求,必须装设合理、可靠、不影响操作的安全装置。
6.2.3数字化基础
6.2.3.1基础设施
基础设施评估包含：
a）数据传输,包括如下评估要素：
——应用互联网或5G网络等通信技术，仓库网络覆盖情况；
——仓库数据传输水平，包括网络带宽支持仓储活动的流程、图片、视频等数据传输情况。
b）数据中心,数据中心的建设情况。
包括数据中心建设在容量、规模、安全方面是否满足数字化仓库阶段建设需求，以及是否符合国际标准、国家标准或行业标准的要求；
c）云平台，企业在云服务上的应用情况。
包括支撑企业运营系统云端部署情况。
6.2.3.2仓库管理系统
仓库管理系统评估包含：
a）基本功能，参照GB/T18768-2002数码仓库应用系统规范要求实现仓库管理系统的基本功能，如基础数据管理、入库管理、出库管理、财务结算管理以及报表管理等；
b）作业流程管理，仓储活动作业流程化的执行情况，包含出\入库计划、装卸、分拣、盘点、出/入库验收等流程制定与执行；
c）电子单证，电子单证的应用和管理情况，包括电子单证信息交换和信息共享能力，单证数据无纸化的程度，技术规范是否符合国际标准、国家标准或行业标准的要求；
d）主数据标准化，信息编码的统一程度，包括仓储物、人员、储位等主要信息的技术规范是否符合国际标准、国家标准或行业标准的要求；
6.2.3.3数据安全
数据安全评估包含：
a）数据加密和备份，配套数字化仓库的数据加密的技术应用以及云备份或者异地数据备份的应用情况；
b）通讯网络风险防范，实体风险、硬件风险、软件风险、管理风险的评估与防范措施是否科学合理落实到位；
c）运维保障，信息安全等级保护实施情况，计算机和无网络安全保护情况设施设备和系统安全保护情况，安全管理和防范机制建设情况。
6.2.4数字化应用
6.2.4.1物联网应用
物联网评估包含：
a）物联网设备，物联网设备在仓库作业中覆盖情况。
包括装卸、分拣、盘点、验收等环节物联网设备应用覆盖；
b）数据采集，物联网设备在仓储活动中的数据采集情况，包括仓储物、仓库环境、人员、设备、运输工具等数据，由物联网设备采集的覆盖率；
c）物联网设备管理，物联网设备集中管理情况，包括物联网设备管理、数据采集、监测和控制等采用应用系统统一管理的实施；
d）监测与控制，仓储物保管区域的物联网设备支持侦测与控制，包括但不限于盘点、抽检等。
6.2.4.2数字化仓库管理系统
数字化仓库管理系统评估包含：
a）数字化管理，包括如下要素:
——仓储物、人员、设备、运载工具、储位等关键数据是否完全由物联网设备提供。
——电子合同的数字化应用情况，采用公私钥的认证体系提高电子合同签署的安全性和有效性，在合同签署完毕后，通过区块链技术对用户的电子签名、合同内容以及签署的过程进行归档存证；
——对应仓储活动中作业流程的无人化水平，包括作业流程自动化执行情况、作业环节人工干预程度，作业流程可跟踪、可追溯等。
b）编码管理,按照GB/T16986、GB/T15425要求，应用GS1的实施情况，包括GS1在仓储物、人员、设备、储位中的应用；
c）电子仓单,包括如下要素：
——电子仓单标准应用情况，包括按照仓单标准（包括国家、行业、地方、团体标准等）要求开具；
开具的电子仓单是否能够被互联网法院、第三方认证机构验证、存证；
——电子仓单使用情况，包括由数字化仓库管理系统开具，仓储物所有者在网络终端上可查验、可提货的电子仓单。
d）订单处理，仓储活动中多个订单（计划）协同处理情况，包括入库、出库、移库、过户、盘点等；
e）服务延伸，包括如下要素：
——配送服务能力，包括订单、库存、运输处理能力；
——加工服务能力，包括订单、深加工、产品管理等处理能力；
——金融服务能力，包括应用区块链、电子仓单实现仓单质押等金融服务。
6.2.4.3风险管理
数据安全与风险管理评估包含：
a）安全管理，建立和贯彻数据、数字化设备安全管理体系情况，包括但不限于仓储物异常、人员异常、业务流程异常等预警机制等。
多订单对应仓储活动业务处理水平；
b）风险管理，包括如下要素：
——仓储物保管事中风险控制情况，包括仓储物在保管期间发生的非仓库正常作业产生的异常，应由数字化仓库所提及的物联网设备或软件系统发出预警，并通知到保管人及仓储物所有者；
——仓储物保管后中风险控制情况，包括仓储物在保管期间发生的非仓库正常作业产生的位移，应能够及时中止。
6.2.5综合集成与创新
6.2.5.1平台化
平台化评估包含如下要素：
a）IT架构，系统云架构设计水平，包括企业私有云、混合云在架构设计中的应用；
b）数字化仓库平台，数
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