水輪機的特性曲線

1、 水輪機水輪機第一章第一章 緒論緒論 第二章第二章 水輪機的工作原理水輪機的工作原理第三章第三章 水輪機的相似理論與模型試驗水輪機的相似理論與模型試驗第四章第四章 水輪機的空化與空蝕水輪機的空化與空蝕第五章第五章 反擊式水輪機的結構反擊式水輪機的結構 第六章第六章 沖擊式與貫流式水輪機沖擊式與貫流式水輪機第七章第七章 水輪機的特性曲線與選型設計水輪機的特性曲線與選型設計第八章第八章 水輪機的運行與檢修水輪機的運行與檢修 第一節(jié)第一節(jié) 水輪機特性曲線水輪機特性曲線 第二節(jié)第二節(jié) 水輪機選型設計水輪機選型設計 第七章第七章 水輪機特性曲線與選型設計水輪機特性曲線與選型設計第一節(jié)第一節(jié) 水輪機特性曲

2、線水輪機特性曲線 貴州天生橋水電站貴州天生橋水電站一、水輪機特性曲線的類型一、水輪機特性曲線的類型二、水輪機線性特性曲線二、水輪機線性特性曲線三、水輪機模型綜合特性曲線三、水輪機模型綜合特性曲線四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制 一、水輪機特性曲線的類型一、水輪機特性曲線的類型 水輪機的特性曲線用于表達水輪機不同工況下水輪機的特性曲線用于表達水輪機不同工況下對水流的能量轉換、空化等方面的水力性能、對水流的能量轉換、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。 目前主要通過模型試驗，將各種水輪機的性能目前主要通過模型試驗，將各種水輪機的性能參數整理

3、并繪制成不同形式的曲線，即獲得水參數整理并繪制成不同形式的曲線，即獲得水輪機的特性曲線圖。輪機的特性曲線圖。 特性曲線的作用：特性曲線的作用：利用水輪機特性曲線來分析利用水輪機特性曲線來分析水輪機的特性，從而在水電站設計中選擇水輪水輪機的特性，從而在水電站設計中選擇水輪機的基本參數，并確定合理的運行方式。機的基本參數，并確定合理的運行方式。 一、水輪機特性曲線的類型一、水輪機特性曲線的類型 1. 線性特性曲線：線性特性曲線：反映反映2個參數之間關系的曲線。個參數之間關系的曲線。 幾何參數（幾何參數（轉輪直徑、導葉或盆栽開度、槳葉轉角）轉輪直徑、導葉或盆栽開度、槳葉轉角） 工作參數工作參數（水頭

4、、流量、轉速、效率、出力、空蝕系數、（水頭、流量、轉速、效率、出力、空蝕系數、吸出高度；單位轉速、單位流量、單位出力、單位軸向吸出高度；單位轉速、單位流量、單位出力、單位軸向水推力）水推力） （1）轉速特性曲線）轉速特性曲線 （2）工作特性曲線）工作特性曲線 （3）水頭特性曲線）水頭特性曲線 常用的是反映出力與效率間的工作特性曲線。常用的是反映出力與效率間的工作特性曲線。 2. 綜合特性曲線：綜合特性曲線：表示多個參數之間的關系，能較完整表示多個參數之間的關系，能較完整地描述水輪機各運行工況的特性。地描述水輪機各運行工況的特性。 （1）模型綜合特性曲線）模型綜合特性曲線 （2）運轉綜合特性曲線

5、）運轉綜合特性曲線 模型綜合特性曲線：模型綜合特性曲線：以單位參數以單位參數n11、Q11為縱、為縱、橫坐標軸的綜合特性曲線。橫坐標軸的綜合特性曲線。 運轉綜合特性曲線：運轉綜合特性曲線：以工作參數以工作參數H、P為縱、橫為縱、橫坐標軸的的綜合特性曲線。坐標軸的的綜合特性曲線。 二、水輪機線性特性曲線二、水輪機線性特性曲線 1. 轉速特性曲線：轉速特性曲線： 表示水輪機在表示水輪機在導水葉開度導水葉開度 、葉片轉角和水頭、葉片轉角和水頭為某常數時，為某常數時，其他參數與轉速之間的關系其他參數與轉速之間的關系。包括：包括： 轉速與流量的關系曲線轉速與流量的關系曲線 轉速與出力的關系曲線轉速與出力

6、的關系曲線 轉速與效率的關系曲線轉速與效率的關系曲線 由水輪機轉速特性曲線可以看出水輪機在不同轉速時的由水輪機轉速特性曲線可以看出水輪機在不同轉速時的流量、出力與效率，還可以看出水輪機在某開度時的最流量、出力與效率，還可以看出水輪機在某開度時的最高效率、最大出力及水輪機的飛逸轉速。高效率、最大出力及水輪機的飛逸轉速。 nQ曲線曲線nP曲線曲線n曲線曲線 轉速特性曲線的比較：轉速特性曲線的比較： 1 1、低比轉速水輪機的效率對轉速的變化比較敏感，在、低比轉速水輪機的效率對轉速的變化比較敏感，在偏離額定轉速時，水輪機的效率下降較快；而高比轉速偏離額定轉速時，水輪機的效率下降較快；而高比轉速水輪機則

7、下降較慢。水輪機則下降較慢。 2 2、低比轉速的混流式水輪機，其飛逸轉速為額定轉速、低比轉速的混流式水輪機，其飛逸轉速為額定轉速的的160160左右；而高比轉速的軸流式水輪機則高達左右；而高比轉速的軸流式水輪機則高達2.62.63.03.0倍的額定轉速。倍的額定轉速。 3 3、高比速水輪機的流量隨轉速的增加而增加；而低比、高比速水輪機的流量隨轉速的增加而增加；而低比速的水輪機流量隨轉速變化趨勢則相反；中等水輪機流速的水輪機流量隨轉速變化趨勢則相反；中等水輪機流量則幾乎不隨轉速變化。量則幾乎不隨轉速變化。圖圖8-2各類型水輪機轉速特性的比較各類型水輪機轉速特性的比較 二、水輪機線性特性曲線二、水

8、輪機線性特性曲線 2. 工作特性曲線：工作特性曲線： 水電站的水輪機通常在固定的轉速下運轉，水頭的變化水電站的水輪機通常在固定的轉速下運轉，水頭的變化也較緩慢，但機組負荷則是經常變化的。也較緩慢，但機組負荷則是經常變化的。 工作特性曲線：工作特性曲線：表示水輪機工作在固定的轉速和水頭下表示水輪機工作在固定的轉速和水頭下的特性曲線。包括：的特性曲線。包括： 出力工作特性曲線出力工作特性曲線 流量工作特性曲線流量工作特性曲線 開度工作特性曲線開度工作特性曲線、出力工作特性曲線出力工作特性曲線流量工作特性曲線流量工作特性曲線開度工作特性曲線開度工作特性曲線 工作特性曲線的特點：工作特性曲線的特點：

9、（1）當功率為零時，流量不為零，此處的流量稱為空）當功率為零時，流量不為零，此處的流量稱為空載流量，對應的導葉開度稱空載開度。載流量，對應的導葉開度稱空載開度。 這時的流量很小，水流作用于轉輪的力矩僅夠克服阻力這時的流量很小，水流作用于轉輪的力矩僅夠克服阻力而維持轉輪以額定轉速旋轉，沒有輸出功率。而維持轉輪以額定轉速旋轉，沒有輸出功率。 （2）效率最高點對應的流量為最優(yōu)流量。）效率最高點對應的流量為最優(yōu)流量。 （3）功率曲線最高點處的功率，稱為極限功率，對應）功率曲線最高點處的功率，稱為極限功率，對應的流量稱為極限流量。的流量稱為極限流量。 （4）5%出力儲備（見下圖）出力儲備（見下圖） （5

10、）工作水輪機工作特性的比較（見下圖）工作水輪機工作特性的比較（見下圖） 三種工作特性曲線可以相互轉換，將一種形式變換成任三種工作特性曲線可以相互轉換，將一種形式變換成任何其他一種形式。何其他一種形式。、1：高比速軸流轉漿式：高比速軸流轉漿式 2：中比速混流式：中比速混流式 3：低比速沖擊式：低比速沖擊式 4：高比速軸流定槳式：高比速軸流定槳式 從上述分析，可得出下列結論：從上述分析，可得出下列結論： （1）凡轉輪葉片固定不動的各種型式的水輪機，比轉）凡轉輪葉片固定不動的各種型式的水輪機，比轉速越高，效率曲線越陡，偏離沒計工況時效率下降越快。速越高，效率曲線越陡，偏離沒計工況時效率下降越快。如軸

11、流定槳式水輪機效率下降最大，不宜應用在出力變如軸流定槳式水輪機效率下降最大，不宜應用在出力變化較大的水電站?；^大的水電站。 （2）各種型式的水輪機最高效率并不在最大出力處，）各種型式的水輪機最高效率并不在最大出力處，所以通常盡可能使水輪機不在最大出力下工作。所以通常盡可能使水輪機不在最大出力下工作。 （3）軸流轉槳式和水斗式水輪機，因效率變化較平穩(wěn)，）軸流轉槳式和水斗式水輪機，因效率變化較平穩(wěn)，故均可應用于負荷變化較大的水電站。軸流轉槳式水輪故均可應用于負荷變化較大的水電站。軸流轉槳式水輪機的工作持性曲線是由不同輪葉裝置角度機的工作持性曲線是由不同輪葉裝置角度的定槳式水的定槳式水輪機效率特性

12、曲線的員高效率點組成的。輪機效率特性曲線的員高效率點組成的。 具體情況參見下圖。具體情況參見下圖。、 二、水輪機線性特性曲線二、水輪機線性特性曲線 3. 水頭特性曲線：水頭特性曲線： 水頭在比較長的的時期內，可能發(fā)生較顯著的變化：水頭在比較長的的時期內，可能發(fā)生較顯著的變化： （1）在低水頭的徑流式水電站，可能由于洪水期或電）在低水頭的徑流式水電站，可能由于洪水期或電站在大負荷工況下運行時流量的增多而使下游水位升高，站在大負荷工況下運行時流量的增多而使下游水位升高，或者由于防洪需要而必須降低上游水位，導致水頭降低；或者由于防洪需要而必須降低上游水位，導致水頭降低； （2）在高水頭水電站，上游庫

13、水位可能發(fā)生較大變化；）在高水頭水電站，上游庫水位可能發(fā)生較大變化； （3）在具有長引水管道的水電站，流量變化時使得引）在具有長引水管道的水電站，流量變化時使得引水損失發(fā)生變化。水損失發(fā)生變化。 水頭特性曲線：水頭特性曲線：表示水輪機在轉速、導水葉開度為某常表示水輪機在轉速、導水葉開度為某常數時，其流量、出力、效率與水頭之間的關系。包括：數時，其流量、出力、效率與水頭之間的關系。包括：水頭流量特性曲線、水頭功率特性曲線、水頭效率特性水頭流量特性曲線、水頭功率特性曲線、水頭效率特性曲線曲線水頭流量特性曲線水頭流量特性曲線水頭效率特性曲線水頭效率特性曲線水頭功率特性曲線水頭功率特性曲線、圖圖8-5

14、 各類水輪機水頭特性的比較各類水輪機水頭特性的比較 水頭特性曲線的比較：水頭特性曲線的比較： 1 1、對于反擊式水輪機，高比速水輪機在偏離最優(yōu)水頭、對于反擊式水輪機，高比速水輪機在偏離最優(yōu)水頭時效率下降比低比速水輪機緩慢。時效率下降比低比速水輪機緩慢。 2 2、低比速水輪機的相對空載水頭值要比高比速水輪機、低比速水輪機的相對空載水頭值要比高比速水輪機大得多，這說明高比轉速對于水頭變化的適應性優(yōu)于低大得多，這說明高比轉速對于水頭變化的適應性優(yōu)于低比轉速水輪機。比轉速水輪機。 各效率曲線與橫坐標的交點所對應的水頭即各水輪機的各效率曲線與橫坐標的交點所對應的水頭即各水輪機的相對空載水頭值。相對空載水

15、頭值。 三、水輪機模型綜合特性曲線三、水輪機模型綜合特性曲線 概念：概念：水輪機模型綜合特性曲線是指以單位轉速和單位水輪機模型綜合特性曲線是指以單位轉速和單位流量為縱、橫坐標而繪制的若干組等值曲線，這些等值流量為縱、橫坐標而繪制的若干組等值曲線，這些等值線表示出了同系列水輪機的各種主要性能。線表示出了同系列水輪機的各種主要性能。 在圖中常繪出下列等值線：在圖中常繪出下列等值線： 等效率線：曲線上各點的效率相等。等效率線：曲線上各點的效率相等。 導葉（或噴針）等開度線：曲線上各點的開度相等。導葉（或噴針）等開度線：曲線上各點的開度相等。 等空化系數線：曲線上各點的空化系數相等。等空化系數線：曲線

16、上各點的空化系數相等。 混流式、軸流定槳式水輪機的出力限制線：混流式、軸流定槳式水輪機的出力限制線： 轉槳式水輪機轉輪葉片等轉角線：曲線上各點的轉角轉槳式水輪機轉輪葉片等轉角線：曲線上各點的轉角相等。相等。 三、水輪機模型綜合特性曲線三、水輪機模型綜合特性曲線 （一）混流式水輪機模型綜合特性曲線（一）混流式水輪機模型綜合特性曲線 等效率線等效率線上各點的效率均等于某常數，這說明等效率線上各點的效率均等于某常數，這說明等效率線上的各點盡管工況不同，但水輪機中的諸損失之和相等。上的各點盡管工況不同，但水輪機中的諸損失之和相等。 等開度線等開度線則表示模型水輪機導水葉開度為某常數時水輪則表示模型水輪

17、機導水葉開度為某常數時水輪機的單位流量隨單位轉速的改變而發(fā)生變化的特性。機的單位流量隨單位轉速的改變而發(fā)生變化的特性。 等空化系數線等空化系數線表示水輪機各工況下空化系數的等值線，表示水輪機各工況下空化系數的等值線，等空化系數線上各點盡管工況不同，其空化系數卻相同。等空化系數線上各點盡管工況不同，其空化系數卻相同。的。的。 出力限制線：出力限制線：混流式水輪機模型綜合特性曲線上通常標混流式水輪機模型綜合特性曲線上通常標有有5%出力限制線出力限制線 ，它是某單位轉速下水輪機的出力達，它是某單位轉速下水輪機的出力達到該單位轉速下最大出力的到該單位轉速下最大出力的95%時各工況點的連線。時各工況點的

18、連線。 繪制出力限制線的目的繪制出力限制線的目的是考慮到水輪機在最大出力下運是考慮到水輪機在最大出力下運行時，不可能按正常規(guī)律實現(xiàn)功率的調節(jié)，而且，在超行時，不可能按正常規(guī)律實現(xiàn)功率的調節(jié)，而且，在超過過95%最大功率運行時，效率隨流量的增加而降低，且最大功率運行時，效率隨流量的增加而降低，且效率降低的幅度超過流量增加的幅度，因此水輪機的出效率降低的幅度超過流量增加的幅度，因此水輪機的出力反而減小了，從而使調速器對水輪機的調節(jié)可能失去力反而減小了，從而使調速器對水輪機的調節(jié)可能失去穩(wěn)定。為了避開這些情況，并使水輪機具有一定的出力穩(wěn)定。為了避開這些情況，并使水輪機具有一定的出力儲備，因此，將水輪

19、機限制在最大出力的儲備，因此，將水輪機限制在最大出力的95%(有時取有時取97%)范圍內運行。范圍內運行。 三、水輪機模型綜合特性曲線三、水輪機模型綜合特性曲線 （二）軸流定漿式水輪機模型綜合特性曲線（二）軸流定漿式水輪機模型綜合特性曲線 因轉輪葉片固定不動，出力僅與導葉開度有關，所以軸因轉輪葉片固定不動，出力僅與導葉開度有關，所以軸流定槳式水輪機模型綜合特性曲線的繪制方法與混流式流定槳式水輪機模型綜合特性曲線的繪制方法與混流式相同。但也有兩點不同：相同。但也有兩點不同： 1、軸流定槳式曲線沿、軸流定槳式曲線沿n11坐標軸的方向伸長，而沿坐標軸的方向伸長，而沿Q11坐標鈾的方向壓縮，達就說明定

20、槳式水輪機的高效率區(qū)坐標鈾的方向壓縮，達就說明定槳式水輪機的高效率區(qū)域很窄小，當出力變動時效率會急劇地降低。因此，軸域很窄小，當出力變動時效率會急劇地降低。因此，軸流定槳式水輪機僅在滿負荷運行時比較有利流定槳式水輪機僅在滿負荷運行時比較有利 2、因軸流定槳式水輪機效率曲線較陡，如出力儲備、因軸流定槳式水輪機效率曲線較陡，如出力儲備 量太大，將會嚴重地影響水輪機的額定出力，為此一般量太大，將會嚴重地影響水輪機的額定出力，為此一般采用采用3的出力儲備。的出力儲備。 三、水輪機模型綜合特性曲線三、水輪機模型綜合特性曲線 （三）軸流轉漿式水輪機模型綜合特性曲線（三）軸流轉漿式水輪機模型綜合特性曲線 軸

21、流定槳式水輪模型綜合特性曲線的特點：軸流定槳式水輪模型綜合特性曲線的特點： 1、因具有導葉和槳葉轉角、因具有導葉和槳葉轉角雙重調節(jié)雙重調節(jié)的特點，在綜合特的特點，在綜合特性曲線上任一工況點，不僅要表明它的導葉開度線，而性曲線上任一工況點，不僅要表明它的導葉開度線，而且還要表明轉輪葉片的轉角線。且還要表明轉輪葉片的轉角線。 2、另外，因轉槳式水輪機，僅在轉角和導葉開度極大、另外，因轉槳式水輪機，僅在轉角和導葉開度極大的情況下，即流量極大的情況下，出力才開始降低，而的情況下，即流量極大的情況下，出力才開始降低，而此時空蝕系數很大，一般不允許在這種工況下運行。所此時空蝕系數很大，一般不允許在這種工況

22、下運行。所以，以，轉槳式水輪機的出力限制僅受允許的空蝕系數限制，轉槳式水輪機的出力限制僅受允許的空蝕系數限制，在因中不畫出限制線。在因中不畫出限制線。 三、水輪機模型綜合特性曲線三、水輪機模型綜合特性曲線 （三）軸流轉漿式水輪機模型綜合特性曲線（三）軸流轉漿式水輪機模型綜合特性曲線 等效率線等效率線是水輪機在協(xié)聯(lián)方式下工作時的效率等值線。是水輪機在協(xié)聯(lián)方式下工作時的效率等值線。它是水輪機在不同葉片角下水輪機等效率線（軸流定槳）它是水輪機在不同葉片角下水輪機等效率線（軸流定槳）的外包絡線。的外包絡線。 等葉片轉角線等葉片轉角線連接轉槳式水輪機的等效率曲線與某個轉連接轉槳式水輪機的等效率曲線與某個

23、轉角下軸流流定槳式水輪機的等效率線的切點，就得到該角下軸流流定槳式水輪機的等效率線的切點，就得到該轉角下的等轉角線。等轉角線是通過該轉角下等效率線轉角下的等轉角線。等轉角線是通過該轉角下等效率線的中心區(qū)的中心區(qū)域域。所以，。所以，該線代表在某一轉角下各種不同開該線代表在某一轉角下各種不同開度時的最優(yōu)工況。度時的最優(yōu)工況。 等開度線是等開度線是將各轉角下軸流定槳式水輪機的等導葉開度將各轉角下軸流定槳式水輪機的等導葉開度線與等轉角線的交點連成的曲線。等開度線代表在某導線與等轉角線的交點連成的曲線。等開度線代表在某導葉開度下各種不同轉角時的最優(yōu)工況，故等開度線與等葉開度下各種不同轉角時的最優(yōu)工況，故

24、等開度線與等轉角線的交點，就是對應轉角和開度的最優(yōu)協(xié)聯(lián)工況點，轉角線的交點，就是對應轉角和開度的最優(yōu)協(xié)聯(lián)工況點，使效率達到最高值。使效率達到最高值。 。 三、水輪機模型綜合特性曲線三、水輪機模型綜合特性曲線 （四）沖擊式式水輪機模型綜合特性曲線（四）沖擊式式水輪機模型綜合特性曲線 沖擊式水輪機的模型綜合特性曲線的特點：沖擊式水輪機的模型綜合特性曲線的特點： 1、由等效率線與等開度線組成。、由等效率線與等開度線組成。 2、等開度線是與、等開度線是與Q11坐標軸垂直的直線。坐標軸垂直的直線。因為沖擊式水因為沖擊式水輪機的過流量與水輪機的轉速無關，僅與噴嘴的開度有輪機的過流量與水輪機的轉速無關，僅與

25、噴嘴的開度有關。關。 3、一般不標出力限制線。、一般不標出力限制線。因為沖擊式水輪機一般對負因為沖擊式水輪機一般對負荷變化的適應性較好，等效率曲線扁而寬，在相當大的荷變化的適應性較好，等效率曲線扁而寬，在相當大的開度下仍不會出現(xiàn)單位流量增加而出力減小的情況。開度下仍不會出現(xiàn)單位流量增加而出力減小的情況。 4、不標注等空化系數線。、不標注等空化系數線。沖擊式水輪機也有空蝕破壞沖擊式水輪機也有空蝕破壞現(xiàn)象，但其空化機理與反擊式水輪機不同，很難用空化現(xiàn)象，但其空化機理與反擊式水輪機不同，很難用空化系數的形式表達沖擊式水輪機的空化性能。系數的形式表達沖擊式水輪機的空化性能。 各種類型水輪機模型綜合特性

26、曲線范圍的比較：各種類型水輪機模型綜合特性曲線范圍的比較： 模型綜合特性曲線的重要意義：模型綜合特性曲線的重要意義： 水輪機模型綜合特性曲線綜合表達了水輪機的各種主水輪機模型綜合特性曲線綜合表達了水輪機的各種主要性能，如要性能，如n11、Q11、等能量和汽蝕特性。等能量和汽蝕特性。 在綜合特性曲線上的每一點代表了水輪機的一個工況，在綜合特性曲線上的每一點代表了水輪機的一個工況，能全面地反映出水輪機在該工況點運行時的能量和汽蝕能全面地反映出水輪機在該工況點運行時的能量和汽蝕特性。因此，從模型綜合特性曲線上可以判別當特性。因此，從模型綜合特性曲線上可以判別當 Q11（或（或n11）變化時水輪機效率

27、變化的快慢，最高效率區(qū)范）變化時水輪機效率變化的快慢，最高效率區(qū)范圍的大小，過流能力的高低，以及它的汽蝕性能好壞。圍的大小，過流能力的高低，以及它的汽蝕性能好壞。 四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制 概念：概念：運轉綜合特性曲線是在轉輪直徑運轉綜合特性曲線是在轉輪直徑D1和轉速和轉速n為常為常數時，以水頭數時，以水頭H和出力和出力P為縱、橫坐標而繪制的幾組等為縱、橫坐標而繪制的幾組等值線。值線。 在圖中常繪出下列等值線：在圖中常繪出下列等值線： 等效率等效率線線 ：曲線上各點的效率相等。：曲線上各點的效率相等。 吸出高度吸出高度Hs線：曲線上各點的吸出高度相等

28、。線：曲線上各點的吸出高度相等。 出力限制線：有兩類出力限制線：有兩類5%（3%）出力限制線：）出力限制線：水輪機受運行穩(wěn)定影響的出力限制水輪機受運行穩(wěn)定影響的出力限制發(fā)電機出力限制線：發(fā)電機出力限制線：水輪機受發(fā)電機容量運行的出力限制水輪機受發(fā)電機容量運行的出力限制 有時還繪有導葉等開度有時還繪有導葉等開度a0線：曲線上各點開度相等線：曲線上各點開度相等 有時還繪有槳葉等轉角有時還繪有槳葉等轉角線線：曲線上各點轉角相等：曲線上各點轉角相等 四、水輪機運轉綜合特性曲線四、水輪機運轉綜合特性曲線 四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制 水輪機運轉綜合特性曲線可由模型

29、綜合特性曲線來繪制，水輪機運轉綜合特性曲線可由模型綜合特性曲線來繪制，但應提供以下基本資料：但應提供以下基本資料： 1）水輪機牌號）水輪機牌號 2）水頭范圍：）水頭范圍： 最大水頭最大水頭Hmax、最小水頭、最小水頭Hmin、額定額定水頭水頭Hr 3）額定轉速）額定轉速nr 4）水輪機額定出力）水輪機額定出力Pr 5）發(fā)電機額定出力）發(fā)電機額定出力Pg 6）水輪機模型綜合特性曲線）水輪機模型綜合特性曲線 7）水輪機的海拔高程）水輪機的海拔高程 四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制 （一）混流式水輪機綜合特性曲線的繪制（一）混流式水輪機綜合特性曲線的繪制 1、等效

30、率曲線的繪制、等效率曲線的繪制 （1）計算）計算 A、求原型水輪機最優(yōu)工況效率和效率修正量、求原型水輪機最優(yōu)工況效率和效率修正量1501(1) (1)MMDKDM00TM B、求水輪機的最優(yōu)單位轉速、求水輪機的最優(yōu)單位轉速 和單位轉速修正值和單位轉速修正值 011110M0M=(-1)nn11011011Mnnn11110M3%nn當當時，時，n11可不作修正?？刹蛔餍拚?。 C、在最小水頭和最大水頭范圍內進行分段，一般可取、在最小水頭和最大水頭范圍內進行分段，一般可取45個水頭，其中包括個水頭，其中包括Hmax、Hr和和Hmin，并分別計算各，并分別計算各水頭對應應的單位轉速水頭對應應的單位轉

31、速n11。 111nDnH D、求各選取水頭相應的模型單位轉速。、求各選取水頭相應的模型單位轉速。 F、在模型綜合特性曲線圖上作各、在模型綜合特性曲線圖上作各n11M的水平線，得到的水平線，得到與模型綜合特性曲線等效率曲線交點的坐標值與模型綜合特性曲線等效率曲線交點的坐標值Q11M和和M 。因單位流量一般不需修正，所以因單位流量一般不需修正，所以 Q11=Q11M 。 G、求原型水輪機效率、求原型水輪機效率 H、求原型水輪機的出力、求原型水輪機的出力 為便于計算，可列下表計算：為便于計算，可列下表計算： 111111MnnnM21.51119.81PD HQ 四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制

32、四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制 （一）混流式水輪機綜合特性曲線的繪制（一）混流式水輪機綜合特性曲線的繪制 1、等效率曲線的繪制、等效率曲線的繪制 （2）繪制）繪制 等效率曲線由工作特性曲線繪制而成，繪圖時可放在工作特等效率曲線由工作特性曲線繪制而成，繪圖時可放在工作特性曲線下面，并取比例相同的橫坐標性曲線下面，并取比例相同的橫坐標。 根據表根據表8-1的數據對不同水頭繪制工作特性曲線的數據對不同水頭繪制工作特性曲線 在工作水頭范圍內繪出所取各水頭的水平線在工作水頭范圍內繪出所取各水頭的水平線。 在工作特性曲線上，將在工作特性曲線上，將取整百分數的效率值繪制水平線，取整百分數的效率值繪制水平

33、線，使其與各水頭的工作特性曲線相交得出各點的使其與各水頭的工作特性曲線相交得出各點的H、P值，并將值，并將它點畫在它點畫在HP坐標圖上。坐標圖上。 再將同一效率下的各點連成光滑的曲線，即為某個再將同一效率下的各點連成光滑的曲線，即為某個值的值的等效率曲線等效率曲線。 ( )iHf P （2）繪制）繪制 確定等效率曲線拐點：確定等效率曲線拐點： 在圖在圖8-18（b）中）中=91% 的曲線上，等效率曲線有一個拐點的曲線上，等效率曲線有一個拐點A，為了繪出拐點，為了繪出拐點: 可根據工作特性曲線中各水頭下的最高效率值可根據工作特性曲線中各水頭下的最高效率值T0及出力及出力P0作作出出 T0 H曲線

34、及曲線及 P0 H曲線，見圖曲線，見圖8-19 ; 需要確定某效率線（例如其效率為需要確定某效率線（例如其效率為A ）的拐點時，可根據效）的拐點時，可根據效率值從兩圖上分別查出拐點所對應的水頭率值從兩圖上分別查出拐點所對應的水頭 與出力與出力 。 四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制 （一）混流式水輪機綜合特性曲線的繪制（一）混流式水輪機綜合特性曲線的繪制 2、出力限制線的繪制、出力限制線的繪制 （1）發(fā)電機出力限制線。當水頭）發(fā)電機出力限制線。當水頭HHr時，水輪機出力受到時，水輪機出力受到發(fā)電機出力的限制。發(fā)電機的額定出力與水頭無關，在一定發(fā)電機出力的限制。

35、發(fā)電機的額定出力與水頭無關，在一定的功率因數下，它的額定出力為常數，因此在運轉綜合特性的功率因數下，它的額定出力為常數，因此在運轉綜合特性曲線圖上為一垂直線。曲線圖上為一垂直線。 （2）水輪機）水輪機5%出力限制線。當出力限制線。當 HHr時，水輪機的出力受時，水輪機的出力受5%出力限制線的限制。通常根據模型綜合特性曲線上的出力限制線的限制。通常根據模型綜合特性曲線上的5%處理限制線來繪制。處理限制線來繪制。 發(fā)電機與水輪機出力限制線的交點所對應的水頭，發(fā)電機與水輪機出力限制線的交點所對應的水頭，即為水輪機設計水頭。即為水輪機設計水頭。 出力限制線進行繪制方法：出力限制線進行繪制方法： （1）

36、由水輪機的最小水頭）由水輪機的最小水頭Hmin與額定水頭與額定水頭Hr分別計算出相應分別計算出相應的模型單位轉速的模型單位轉速n11B與與n11A。 （2）在模型綜合特性曲線上，根據）在模型綜合特性曲線上，根據n11B查出查出5%出力限制線出力限制線上的單位流量上的單位流量Q11B和效率和效率B，計算出水輪機出力：，計算出水輪機出力： 將點（將點（ Hr 、 Pr ） 點（點（ Hmin 、 Pmin ）在圖上連成一條斜線，）在圖上連成一條斜線，即為水輪機出力限制線。即為水輪機出力限制線。 具體計算可在等效率曲線計算表出力限制線一欄中進行。具體計算可在等效率曲線計算表出力限制線一欄中進行。21

37、.5min1119.81BBBPD HQ 四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制 （一）混流式水輪機綜合特性曲線的繪制（一）混流式水輪機綜合特性曲線的繪制 3、等吸出高度線的繪制、等吸出高度線的繪制 等吸出高度線表達水輪機在各運行工況的最大允許吸出高等吸出高度線表達水輪機在各運行工況的最大允許吸出高度度Hs，等，等Hs線是根據模型綜合特性曲線的等線是根據模型綜合特性曲線的等線換算而求線換算而求得的，計算得的，計算 與繪制等線的步驟如下：與繪制等線的步驟如下： （1）根據表）根據表8-1中中Q11及其對應的及其對應的P的數據繪制輔助曲線的數據繪制輔助曲線 P= f（

38、Q11）。）。HminHrHmaxHP11Q （2）計算各水頭相應的單位轉速）計算各水頭相應的單位轉速n11M，在模型綜合特性曲，在模型綜合特性曲線上過各線上過各n11M作水平線與各等作水平線與各等線相交，記下各交點的線相交，記下各交點的、Q11M值。計算各值。計算各對應的對應的吸出高度吸出高度 在從在從P=f（Q11）輔助圖中，查出各）輔助圖中，查出各Q11對應的出力對應的出力P。 （3）根據各工況點的）根據各工況點的Hs 、P，繪出各水頭下的，繪出各水頭下的Hs=f（P） 曲線，如下圖所示。曲線，如下圖所示。10()900SmHH10900SmHKH （4）在）在Hs=f（P）曲線圖上取某

39、）曲線圖上取某Hs值（例值（例Hs =-3.0m）作）作水平線與各水平線與各Hs=f（P）曲線相交，記下各交點的水頭）曲線相交，記下各交點的水頭H及出及出力力P，將這些點（，將這些點（H、P）繪制）繪制HP坐標系內，并用光滑曲坐標系內，并用光滑曲線連接即為某線連接即為某Hs的等吸出高度線，如下圖所示。的等吸出高度線，如下圖所示。 上述過程可列表計算：上述過程可列表計算： 四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制 （二）軸流轉漿式水輪機綜合特性曲線的繪制（二）軸流轉漿式水輪機綜合特性曲線的繪制 繪制特點：繪制特點： 轉槳式水輪機運轉綜合特性曲線的繪制原理與混流式水輪轉

40、槳式水輪機運轉綜合特性曲線的繪制原理與混流式水輪機基本相同，但由于轉槳式水輪機具有雙重調節(jié)機構，可機基本相同，但由于轉槳式水輪機具有雙重調節(jié)機構，可在協(xié)聯(lián)方式運行，在協(xié)聯(lián)方式運行，水輪機的效率修正采用非等值修正法，水輪機的效率修正采用非等值修正法，一般同一葉片轉角取同一修正值一般同一葉片轉角取同一修正值，因此，繪制運轉綜合特，因此，繪制運轉綜合特性曲線中的某些方面與混流式水輪機有所差別。性曲線中的某些方面與混流式水輪機有所差別。 四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制 （二）軸流轉漿式水輪機綜合特性曲線的繪制（二）軸流轉漿式水輪機綜合特性曲線的繪制 1、等效率線的

41、繪制、等效率線的繪制 （1）對轉輪葉片的每一個轉角）對轉輪葉片的每一個轉角 求出一個效率修正求出一個效率修正值值 。若各。若各 角下模型水輪機的最高效率為角下模型水輪機的最高效率為 ，原，原型水輪機各型水輪機各 角下的最高效率為角下的最高效率為 ，則，則 （ ）0M（ ）110501(1) (0.70.7)MMMDHKDH （ ）00( )( )( )TM （2）在）在HminHmax間取若干水頭，計算各水頭對應的間取若干水頭，計算各水頭對應的n11M，過各過各n11M作水平線與轉槳式水輪機模型綜合特性曲線的作水平線與轉槳式水輪機模型綜合特性曲線的各等各等 線相交線相交，找出各交點的，找出各交

42、點的 Q11、M，其中，其中 M由內插確定。然由內插確定。然后計算各點水輪機效率及出力后計算各點水輪機效率及出力 根據計算結果繪出各水頭下的根據計算結果繪出各水頭下的 曲線及各水頭下的曲線及各水頭下的Q11=f（P）輔助曲線。然后繪制等效率線，方法同混流式）輔助曲線。然后繪制等效率線，方法同混流式水輪機。水輪機。 等效率線計算可采用表等效率線計算可采用表8-3。( )TM 21.51119.81PD HQ( )Tf P 四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制四、水輪機運轉綜合特性曲線及其繪制 （二）軸流轉漿式水輪機綜合特性曲線的繪制（二）軸流轉漿式水輪機綜合特性曲線的繪制 2、出力限制線的繪制、出力限制線的繪制 轉槳式水輪機模型綜合特性曲線上不標轉槳式水輪機模型綜合特性曲線上不標5出力限制線，但出力限制線，但其出力限制受以下因素的影響：其出力限制受以下因素的影響： 當當HHr時，軸流轉槳式水輪機最大出力受發(fā)電機額定容量時，軸流轉槳式水輪機最大出力受發(fā)電機額定容量的限制。的限制。