水力机械

水力机械指以液体为工作介质的流体机械。流体机械的工作过程，是将水能和机械能相互转换或不同能量的水之间能量传递的过程。水力机械是一类应用极为广泛的机械设备。

基本概念

流体机械是指以流体（液体或气体）为工作介质与能量载体的机械设备。根据工作介质的性质，流体机械被分为两类：以液体为工作介质的流体机械称为水力机械，以气体为工作介质的则称为热力机械。

两种介质的主要区别为：在一般的应用场合，液体可以被认为是不可压缩的，而气体一般是可压缩的。当可压缩介质的体积发生变化时，必然伴随着功的传递及介质内能的变化。对于水力机械，一般不考虑介质体积和内能的变化。

分类

由于水力机械的应用极为广泛，各种不同的应用场合的水力机械的结构型式和工作特点有很大差别。为便与研究，应该对其进行分类。

根据能量传递方向

原动机：将水能转换为机械能用于驱动其他的机械设备，如水轮机等。

工作机：将机械能转换为水能，以便将水输送到高处或有更高压力的空间或克服管路阻力将水输送到远处，例如水泵等。

根据流体与机械相互作用的方式

容积式：工作介质处于一个或多个封闭的工作腔中，工作腔的容积是变化的，机械与流体之间的相互作用力主要是静压力。例如活塞泵、柱塞泵、转子泵等。对于往复活塞式水力机械，当介质推动活塞运动时是原动机，当活塞推动介质流动时，是工作机。

叶片式：能量转换是在带有叶片的转子及连续绕流叶片的介质之间进行的。叶片与流体之间的作用力是惯性力。叶片使介质的速度（方向和大小）发生变化，由于介质的惯性作用引起作用于叶片的力。该力作用于转动的叶片而产生功率。如离心泵、水轮机等。

叶片水力体机械又分为冲击式和反击式。其中冲击式包括切击式（切击式水轮机）、斜击式（斜击式水轮机）和双击式（双击式水轮机），反击式包括径流式（高水头混流式水轮机、水泵水轮机、离心泵）、混（斜）流式（混流式水轮机、斜流式水轮机、混流泵、斜流泵）和轴流式（轴流式水轮机、轴流泵）。

对于水泵水轮机，水轮机工况时是原动机，水泵工况时，是工作机。

动量交换式：将工作流体和吸入流体在设备内混合，通过动量交换达到输送低能量流体的目的。如射流泵、水锤泵、内燃泵等。

应用

电力工业

电力生产的方式包括：太阳能发电、风能发电、废热发电、水力发电、煤燃烧发电和核能发电等。其中传统的也是主要的发电方式为热力发电（火电）、水力发电（水电）和核能发电（核电）。对于火电和核电，有许多给水泵，随着发电机组的大型化，电站用泵也在向大型和高参数发展。

水轮机作为水力发电的主要设备，在电力工业中战友特殊地位。

水利工程

农业灌溉、排涝、城市供水都需要大量水泵。

工业

化学工业、石油工业、动力工程、采矿工业

航天技术

生物医学工程

主要参数

比能　　这是传输到机器的每单位质量的能量。对于水轮机来说，传递将是水能到机械能，并且将表示机器的输入和输出之间水能的差异。

Eturb=(Ehidr)in-(Ehidr)out=[C/2+gZ+p/ρ]in-[C+gZ+p/ρ]out=[(C1-C2)/2+g(Z1-Z2)+(p1-p2)/ρ]

其中E是特定水力能量（N·m / kg），C是平均速度（m / s），Z是水头（m），p是平均压力（Pa = N / m2），ρ是密度（kg / m3），g是重力加速度（m / s2）。 对于一个泵来说，转换将由机械能转换为水能，而E将是机器输出和输入之间的液压能量差：

Epump=(Ehidr)out-(Ehidr)in=[C/2+gZ+p/ρ]out-[C+gZ+p/ρ]in=[(C2-C1)/2+g(Z2-Z1)+(p2-p1)/ρ]

水头（head）/扬程 (head)

为了在泵中传递能量，还使用扬程（H）的概念，其被定义为：

H(m)=[(Ehidr)out-(Ehidr)in]/g

H代表传递的每单位质量的能量。

对于水轮机，我们有一个类似的定义，那就是水头。在入口和出口之间，我们有Hn净水头和水库水平之间的Hb总水头：

En(m)=[(Ehidr)in-(Ehidr)out/g

效率（efficiency）

一台机器的效率是输入的能量和它转化的能量之间的关系。在水泵中，

η=Ehid/Emec=γ·Q·H/(ω·T)

其中Ehid为水能，Emec为机械能输入，γ是重度（γ=g·ρ），Q为流量（m/s），H为标高（m），ω转速（rad/s）和转矩（N·m）。

在一个水轮机中，

η=Emec=γ·Q·Hn

其中Emec是机械输出能量，Hn是净水头。机器的总体性能考虑了水力损失，由泄漏（体积损失）产生的损失和由机械摩擦（例如轴承）产生的损失。