水轮机的特性曲线

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1、 水轮机水轮机第一章第一章 绪论绪论 第二章第二章 水轮机的工作原理水轮机的工作原理第三章第三章 水轮机的相似理论与模型试验水轮机的相似理论与模型试验第四章第四章 水轮机的空化与空蚀水轮机的空化与空蚀第五章第五章 反击式水轮机的结构反击式水轮机的结构 第六章第六章 冲击式与贯流式水轮机冲击式与贯流式水轮机第七章第七章 水轮机的特性曲线与选型设计水轮机的特性曲线与选型设计第八章第八章 水轮机的运行与检修水轮机的运行与检修 第一节第一节 水轮机特性曲线水轮机特性曲线 第二节第二节 水轮机选型设计水轮机选型设计 第七章第七章 水轮机特性曲线与选型设计水轮机特性曲线与选型设计第一节第一节 水轮机特性曲

2、线水轮机特性曲线 贵州天生桥水电站贵州天生桥水电站一、水轮机特性曲线的类型一、水轮机特性曲线的类型二、水轮机线性特性曲线二、水轮机线性特性曲线三、水轮机模型综合特性曲线三、水轮机模型综合特性曲线四、水轮机运转综合特性曲线及其绘制四、水轮机运转综合特性曲线及其绘制 一、水轮机特性曲线的类型一、水轮机特性曲线的类型 水轮机的特性曲线用于表达水轮机不同工况下水轮机的特性曲线用于表达水轮机不同工况下对水流的能量转换、空化等方面的水力性能、对水流的能量转换、空化等方面的水力性能、力特性及其他性能。力特性及其他性能。 目前主要通过模型试验，将各种水轮机的性能目前主要通过模型试验，将各种水轮机的性能参数整理

3、并绘制成不同形式的曲线，即获得水参数整理并绘制成不同形式的曲线，即获得水轮机的特性曲线图。轮机的特性曲线图。 特性曲线的作用：特性曲线的作用：利用水轮机特性曲线来分析利用水轮机特性曲线来分析水轮机的特性，从而在水电站设计中选择水轮水轮机的特性，从而在水电站设计中选择水轮机的基本参数，并确定合理的运行方式。机的基本参数，并确定合理的运行方式。 一、水轮机特性曲线的类型一、水轮机特性曲线的类型 1. 线性特性曲线：线性特性曲线：反映反映2个参数之间关系的曲线。个参数之间关系的曲线。 几何参数（几何参数（转轮直径、导叶或盆栽开度、桨叶转角）转轮直径、导叶或盆栽开度、桨叶转角） 工作参数工作参数（水头

4、、流量、转速、效率、出力、空蚀系数、（水头、流量、转速、效率、出力、空蚀系数、吸出高度；单位转速、单位流量、单位出力、单位轴向吸出高度；单位转速、单位流量、单位出力、单位轴向水推力）水推力） （1）转速特性曲线）转速特性曲线 （2）工作特性曲线）工作特性曲线 （3）水头特性曲线）水头特性曲线 常用的是反映出力与效率间的工作特性曲线。常用的是反映出力与效率间的工作特性曲线。 2. 综合特性曲线：综合特性曲线：表示多个参数之间的关系，能较完整表示多个参数之间的关系，能较完整地描述水轮机各运行工况的特性。地描述水轮机各运行工况的特性。 （1）模型综合特性曲线）模型综合特性曲线 （2）运转综合特性曲线

5、）运转综合特性曲线 模型综合特性曲线：模型综合特性曲线：以单位参数以单位参数n11、Q11为纵、为纵、横坐标轴的综合特性曲线。横坐标轴的综合特性曲线。 运转综合特性曲线：运转综合特性曲线：以工作参数以工作参数H、P为纵、横为纵、横坐标轴的的综合特性曲线。坐标轴的的综合特性曲线。 二、水轮机线性特性曲线二、水轮机线性特性曲线 1. 转速特性曲线：转速特性曲线： 表示水轮机在表示水轮机在导水叶开度导水叶开度 、叶片转角和水头、叶片转角和水头为某常数时，为某常数时，其他参数与转速之间的关系其他参数与转速之间的关系。包括：包括： 转速与流量的关系曲线转速与流量的关系曲线 转速与出力的关系曲线转速与出力

6、的关系曲线 转速与效率的关系曲线转速与效率的关系曲线 由水轮机转速特性曲线可以看出水轮机在不同转速时的由水轮机转速特性曲线可以看出水轮机在不同转速时的流量、出力与效率，还可以看出水轮机在某开度时的最流量、出力与效率，还可以看出水轮机在某开度时的最高效率、最大出力及水轮机的飞逸转速。高效率、最大出力及水轮机的飞逸转速。 nQ曲线曲线nP曲线曲线n曲线曲线 转速特性曲线的比较：转速特性曲线的比较： 1 1、低比转速水轮机的效率对转速的变化比较敏感，在、低比转速水轮机的效率对转速的变化比较敏感，在偏离额定转速时，水轮机的效率下降较快；而高比转速偏离额定转速时，水轮机的效率下降较快；而高比转速水轮机则

7、下降较慢。水轮机则下降较慢。 2 2、低比转速的混流式水轮机，其飞逸转速为额定转速、低比转速的混流式水轮机，其飞逸转速为额定转速的的160160左右；而高比转速的轴流式水轮机则高达左右；而高比转速的轴流式水轮机则高达2.62.63.03.0倍的额定转速。倍的额定转速。 3 3、高比速水轮机的流量随转速的增加而增加；而低比、高比速水轮机的流量随转速的增加而增加；而低比速的水轮机流量随转速变化趋势则相反；中等水轮机流速的水轮机流量随转速变化趋势则相反；中等水轮机流量则几乎不随转速变化。量则几乎不随转速变化。图图8-2各类型水轮机转速特性的比较各类型水轮机转速特性的比较 二、水轮机线性特性曲线二、水

8、轮机线性特性曲线 2. 工作特性曲线：工作特性曲线： 水电站的水轮机通常在固定的转速下运转，水头的变化水电站的水轮机通常在固定的转速下运转，水头的变化也较缓慢，但机组负荷则是经常变化的。也较缓慢，但机组负荷则是经常变化的。 工作特性曲线：工作特性曲线：表示水轮机工作在固定的转速和水头下表示水轮机工作在固定的转速和水头下的特性曲线。包括：的特性曲线。包括： 出力工作特性曲线出力工作特性曲线 流量工作特性曲线流量工作特性曲线 开度工作特性曲线开度工作特性曲线、出力工作特性曲线出力工作特性曲线流量工作特性曲线流量工作特性曲线开度工作特性曲线开度工作特性曲线 工作特性曲线的特点：工作特性曲线的特点：

9、（1）当功率为零时，流量不为零，此处的流量称为空）当功率为零时，流量不为零，此处的流量称为空载流量，对应的导叶开度称空载开度。载流量，对应的导叶开度称空载开度。 这时的流量很小，水流作用于转轮的力矩仅够克服阻力这时的流量很小，水流作用于转轮的力矩仅够克服阻力而维持转轮以额定转速旋转，没有输出功率。而维持转轮以额定转速旋转，没有输出功率。 （2）效率最高点对应的流量为最优流量。）效率最高点对应的流量为最优流量。 （3）功率曲线最高点处的功率，称为极限功率，对应）功率曲线最高点处的功率，称为极限功率，对应的流量称为极限流量。的流量称为极限流量。 （4）5%出力储备（见下图）出力储备（见下图） （5

10、）工作水轮机工作特性的比较（见下图）工作水轮机工作特性的比较（见下图） 三种工作特性曲线可以相互转换，将一种形式变换成任三种工作特性曲线可以相互转换，将一种形式变换成任何其他一种形式。何其他一种形式。、1：高比速轴流转浆式：高比速轴流转浆式 2：中比速混流式：中比速混流式 3：低比速冲击式：低比速冲击式 4：高比速轴流定桨式：高比速轴流定桨式 从上述分析，可得出下列结论：从上述分析，可得出下列结论： （1）凡转轮叶片固定不动的各种型式的水轮机，比转）凡转轮叶片固定不动的各种型式的水轮机，比转速越高，效率曲线越陡，偏离没计工况时效率下降越快。速越高，效率曲线越陡，偏离没计工况时效率下降越快。如轴

11、流定桨式水轮机效率下降最大，不宜应用在出力变如轴流定桨式水轮机效率下降最大，不宜应用在出力变化较大的水电站。化较大的水电站。 （2）各种型式的水轮机最高效率并不在最大出力处，）各种型式的水轮机最高效率并不在最大出力处，所以通常尽可能使水轮机不在最大出力下工作。所以通常尽可能使水轮机不在最大出力下工作。 （3）轴流转桨式和水斗式水轮机，因效率变化较平稳，）轴流转桨式和水斗式水轮机，因效率变化较平稳，故均可应用于负荷变化较大的水电站。轴流转桨式水轮故均可应用于负荷变化较大的水电站。轴流转桨式水轮机的工作持性曲线是由不同轮叶装置角度机的工作持性曲线是由不同轮叶装置角度的定桨式水的定桨式水轮机效率特性