学习总结
曾经在大学的时候就学习过《水轮机》和《材料力学》这两门门课程，由于过去的时间比较长，大部门都已经淡忘了。来东电工作之前，在我的印象中《水轮机》和《材料力学》只是停留在一个很初级的阶段。在从事了水轮机安装这项工作之后，我发现这两门课程在我以后的工作中将时时处处要用到，加上在水轮机制造车间以及水轮机安装现场的所见所闻，我对《水轮机》和《材料力学》这两门课程重新进行了全面而认真的学习。以下是我对这两门课程学习的一些主要内容的总结。
一、水轮机部分
水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站动力设备之一。水轮机按能量转换特征分为两类，即反击式和冲击式。而每一类水轮机又根据转轮区内水流的特征和转轮的结构特征又分为多种形式。反击式包括混流式、轴流式、斜流式、贯流式等。冲击式包括水斗式、双击式、斜击式等。
1.反击式水轮机
反击式水轮机指主要利用水流压力能转换成机械能的水轮机，其特点是水流在压力流的状态下流经转轮；转轮由若干具有扭曲面的刚性叶片组成，扭曲的流道改变水流流动方向及流速大小，水流对叶片产生反作用力，形成旋转力矩，推动叶片旋转。
反击式水轮机根据水流流经转轮方式的不同，分为轴流转桨式、混流式、斜流式和贯流式。反击式水轮机通常由四大部分组成：引水室（蜗壳）、导水机构、转轮、尾水管。这四大部分对于不同类型的水轮机各不完全相同，有着自身的特点。蜗壳的作用主要是使水流以较小的水力损失均匀对称地流入导水机构，基本保证水流的轴对称性与均匀性，以提高水能转换效率。导水机构的主要作用是根据机组负荷变化来调节水轮机的流量，以改变水轮机的出力，并引导水流按一定的方向进入转轮，形成一定的速度矩。反击式水轮机转轮是直接将水能转换为旋转的机械能的过流部件，它对水轮机的性能、结构、尺寸等起着决定性的作用，是水轮机的核心部分。性能良好的转轮具有能量转换效率高、空蚀系数低等特征。
1) 轴流式水轮机
轴流式水轮机的转轮主要部件：轮毂、轮叶、泄水锥。水流在通过转轮时沿轴向流
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入而又依轴向流出；多适用于低水头，大流量的水电站，水头范围一般在50米以下；按其叶片按照方式可分为定桨式和转桨式；定桨式多用于负荷变化不大，水头和流量比较固定的小型水电站；转桨式在运行中可调整桨叶角度，以适应水头和流量的变化，保持较高效率。轴流定浆式水轮机叶片不能随工况的变化而转动，高效率区较小，适用于水头变化不大的小型电站。轴流转浆式水轮机叶片能随工况的变化而转动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度)。适用于大型水电站。
2) 混流式水轮机
水流沿径向流入而又依轴向流出；水头适应范围广，适用水头20-450m；结构简单，运行效率高。混流式水轮机适用范围广，结构简单，运行稳定，效率高，适用于高水头小流量电站。
3) 斜流式水轮机
转轮叶片轴线与水轮机轴线有一定夹角，水流斜向流经转轮；叶片装置可调整，高效区较宽，性能介于轴流转桨式水轮机和混流式水轮机之间；多应用与中小水电站；应用水头范围20-200m。
4) 贯流式水轮机
水流由管道进口到尾水管出口为轴向流动，水流直贯流经转轮；具有较高的过能力和较大比转速，水力损失相对较小；根据发电机装置形式不同，分为全贯流式和半贯流式两大类；多用于小型水电站。全贯流式机组发电机转子安装在水轮机转轮外缘，其密封困难，现在较少使用。半贯流式又可以分为以下几种类型：灯泡贯流式，发电机组安装在密闭的灯泡体内，使用较广泛，机组结构紧凑，流道形状平直，水力效率高；轴伸式贯流机组：发电机安装在外面，水轮机轴伸出到尾水管外面；竖井式贯流机组：发电机安装在竖井内。贯流式水轮机水能利用效率高，最高效率达90%以上，通常用于河床式、潮汐式水电站。
2.冲击式水轮机
冲击式水轮机是利用水流的动能来做功的水轮机，它由喷管和转轮组成。水流以自由水流的形式(P=Pa)冲击转轮，利用水流动能(V方向、大小改变)产生旋转力矩使转轮转动。在同一时刻内，水流只冲击着转轮的一部分，而不是全部。不适宜调峰运行。
冲击式水轮机的构造比较简单，主要由转轮、喷嘴和折向器组成。它适用水头高，流量小，多用于400m以上，最高接近2000m。通过将水流能量全部转换成高速射流的
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动能，冲击转轮叶片，将水能转换为机械能。按射流是否在转轮旋转平面内，分为水斗式、斜击式和双击式; 3.水轮机主要工作参数
1) 水头（H）
水轮机水头，也称工作水头，即水轮机工作的净水头。定义为单位重量水体通过水轮机进出口断面的能量差值。
2) .流量（Q）
水轮机的流量是水流在单位时间内通过水轮机的体积，通常用Q表示，其单位为m3/s，水轮机的引用流量主要随着水轮机的工作水头和出力的变化而变化。在设计水头下水轮机以额定出力工作时其过水流量最大。
3) 出力（NT）
出力是指水轮机主轴轴端输出的机械功率，单位为N*m/s, 工程中通常用kW表示。水轮机出力可以用水轮机主轴转动力矩与角速度的乘积来表示，即：
4) 效率（η）
水轮机的输出功率与输入功率比值称为效率，用η表示。
5) 转速n 对于大中型水轮发电机组，水轮机与发电机是同轴运行的，所以它们的转速相同，并需要满足同步转速的要求。
6) 型号
水轮机的型号就是水轮机的姓名，其目的是为了统一产品规格，提高产品质量，便于选择使用。表明水轮机性能有两个主要参数：转轮直径D1和水轮机的比转速ns，所以在水轮机牌号上不仅要表明是什么类型的水轮机，而且要表示它的转轮直径和比转速。我国统一规定的水轮机牌号由三部分代号组成。第一部分代表水轮机类型和转轮型号；第二部分表示水轮机主轴的布置型式及水轮机室特征；第三部分表示水轮机转轮标称直径D1。
二、材料力学部分
在材料力学中，将研究对象被看作均匀、连续且具有各向同性的线性弹性物体。但
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在实际研究中不可能会有符合这些条件的材料，所以须要各种理论与实际方法对材料进行实验比较。
1.综述
材料力学主要包括两大部分：一部分是材料的力学性能，而且也是固体力学其他分支的计算中必不可缺少的依据；另一部分是对杆件进行力学分析。杆件按受力和变形可分为拉杆、压杆、受弯曲的梁和受扭转的轴等几大类。杆中的内力有轴力、剪力、弯矩和扭矩。杆的变形可分为伸长、缩短、挠曲和扭转。在处理具体的杆件问题时，根据材料性质和变形情况的不同，可将问题分为三类：
1) 线弹性问题
在杆变形很小，而且材料服从胡克定律的前提下,对杆列出的所有方程都是线性方程,相应的问题就称为线性问题。对这类问题可使用叠加原理，即为求杆件在多种外力共同作用下的变形，可先分别求出各外力单独作用下杆件的变形，然后将这些变形叠加，从而得到最终结果。
2) 几何非线性问题
若杆件变形较大，就不能在原有几何形状的基础上分析力的平衡，而应在变形后的几何形状的基础上进行分析。这样，力和变形之间就会出现非线性关系，这类问题称为几何非线性问题。
3) 物理非线性问题
在这类问题中，材料内的变形和内力之间不满足线性关系，即材料不服从胡克定律。在几何非线性问题和物理非线性问题中，叠加原理失效。解决这类问题可利用卡氏第一定理、克罗蒂－恩盖塞定理或采用单位载荷法等。
2.材料的主要力学性能
1) 材料的拉伸性能
本章开篇介绍拉伸试验，紧接着介绍脆性材料的拉伸性能和塑性材料的拉伸性能。脆性材料在拉伸断裂前只发生弹性变形，而不发生塑性变形，在弹性变形阶段应力与应变成正比。塑性材料的力学性能可以从其工程应力——工程应变曲线中得到理解和体会，根据工程应力——工程应变曲线可以确定材料的拉伸性能，包括材料的强度、塑性
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和韧性
2) 材料的弹性变形和塑性变形
金属材料在外力作用下发生尺寸或形状的变化，称为变形。若外力除去后，变形随之消失，这种变形即为弹性变形，弹性变形是可逆的。弹性变形里最重要的概念是弹性模量，影响弹性模量的因素是很多的，比如纯金属的弹性模量、合金元素、温度、加载速率、冷变形等，但是弹性模量却是最稳定的力学性能参数，对合金成分和组织的变化不敏感。一般情况下，弹性模量较大的合金，其硬度、熔点也相对较高。当外加的应力超过弹性极限，金属则会发生塑性变形。常见的塑性变形方式包括滑移、孪生、马氏体剪切转变，扩散蠕变和晶界迁移。通常晶体中的滑移系越多，这种金属的塑性就可能越好，而孪生虽然提供的直接塑性变形很小，但间接地贡献却很大。工程上应用的金属大多是多晶体，这些实用的金属材料有其自身的塑性变形特点：（1）各晶粒塑性变形的非同时性和不均一性。（2）各晶粒塑性变形的相互制约性与协调性。屈服现象是大多数金属材料都会有的，而要出现明显的屈服，则必须满足两个条件：材料中原始的可动位错密度小和应力敏感因数小。为使机件不致发生塑性变形而失效，常采用各种措施来提高屈服强度，为此要先了解影响屈服强度的各种因素，这些因素包括点阵阻力、位错间交互作用阻力、晶界阻力——细晶强化、固溶强化和第二相强化，它们共同作用决定了材料的屈服强度。绝大多数金属在室温下屈服后，要使塑性变形继续进行，必须不断增大应力，在其真应力——真应变曲线上表现为流变应力不断上升，这种现象称为形变强化。形变强化是金属得到广泛应用的原因之一，有很重要的技术意义：（1）形变强化与塑性变形配合，保证了金属材料在截面上的均匀变形，得到均匀一致的冷变形制品。（2）形变强化性能使金属制件在工作中具有适当的抗偶然过载的能力，保证了机器的安全工作。（3）形变强化是生产上强化金属的重要的工艺手段。（4）形变强化可以降低低碳钢的塑性，改善其加工切削性能。
3) 静载荷下材料的力学性能
本章主要是试验，包括扭转试验、弯曲试验、压缩试验和剪切试验。机械和工程结构的很多零件是在扭矩、弯矩或轴向压力作用下服役的，因此，需要测定材料在扭转、弯曲和轴向压缩加载下的力学性能，作为零件设计、材料选用和制定热处理工艺的依据。
4) 材料的硬度
第四章主要介绍材料的硬度，包括布氏硬度，洛氏硬度，维氏硬度，显微硬度和肖
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恩硬度。测定硬度的方法很多，主要有压入法，回跳法和刻线法三大类，而不同的方法测定的硬度具有不同的意义。
5) 材料的断裂
断裂是机械和工程构件失效的主要形式之一，它比其他的失效形式更具有危险性，可分为脆性断裂和韧性断裂。脆性断裂的宏观特征，从理论上讲，是断裂前不发生塑性变形，而裂纹扩展速度很快，几近音速。脆性断裂的解理机制有解理断裂和晶间断裂。要充分理解断裂，必须先弄懂理论断裂强度和脆断强度理论，理论断裂强度是由原子间结合力决定，脆断强度理论是指假定在实际材料中存在着裂纹，当名义应力很低时，裂纹尖端的局部应力已经达到很高的数值，从而使裂纹快速扩展，并导致脆性断裂。另外一种断裂形式是延性断裂，其过程为“微孔形核——微孔长大——微孔聚合”，其微观形貌是韧窝形貌。工程上总是希望构件在韧性状态下工作，避免危险的脆性断裂。构件或材料是韧性或脆性状态，取决于材料本身的组织结构，应力状态，温度，加载速率等，并不是固定不变的，而是可以相互转化的。
三、总结
通过这两门课程的学习，使我在工作能力方面又提升了一个档次。因为这两门课程在我以后的工作中将终生受用，我以后的工作也都将围绕着这些方面的内容而展开，它使我对所从事的工作有了更加充实的理论基础。在实际工作中我将不断用我的实际行动将这这些理论转化为自己的知识和经验。在这段时间的学习过程中它不仅培养了我分析问题、解决问题的能力，而且时常结合一些生活中和工程建设中常用的例子，使得一些较为抽象的问题变得易于理解，每一次的学习都会给我不同的感悟，我将在以后的工作中将这些内容继续完善和充实。
