水輪機(jī)的特性曲線

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

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

3、并繪制成不同形式的曲線，即獲得水參數(shù)整理并繪制成不同形式的曲線，即獲得水輪機(jī)的特性曲線圖。輪機(jī)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(jī)特性曲線來分析利用水輪機(jī)特性曲線來分析水輪機(jī)的特性，從而在水電站設(shè)計中選擇水輪水輪機(jī)的特性，從而在水電站設(shè)計中選擇水輪機(jī)的基本參數(shù)，并確定合理的運行方式。機(jī)的基本參數(shù)，并確定合理的運行方式。 一、水輪機(jī)特性曲線的類型一、水輪機(jī)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(shù)之間關(guān)系的曲線。個參數(shù)之間關(guān)系的曲線。 幾何參數(shù)（幾何參數(shù)（轉(zhuǎn)輪直徑、導(dǎo)葉或盆栽開度、槳葉轉(zhuǎn)角）轉(zhuǎn)輪直徑、導(dǎo)葉或盆栽開度、槳葉轉(zhuǎn)角） 工作參數(shù)工作參數(shù)（水頭

4、、流量、轉(zhuǎn)速、效率、出力、空蝕系數(shù)、（水頭、流量、轉(zhuǎn)速、效率、出力、空蝕系數(shù)、吸出高度；單位轉(zhuǎn)速、單位流量、單位出力、單位軸向吸出高度；單位轉(zhuǎn)速、單位流量、單位出力、單位軸向水推力）水推力） （1）轉(zhuǎn)速特性曲線）轉(zhuǎn)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(shù)之間的關(guān)系，能較完整表示多個參數(shù)之間的關(guān)系，能較完整地描述水輪機(jī)各運行工況的特性。地描述水輪機(jī)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(zhuǎn)綜合特性曲線

5、）運轉(zhuǎn)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(shù)以單位參數(shù)n11、Q11為縱、為縱、橫坐標(biāo)軸的綜合特性曲線。橫坐標(biāo)軸的綜合特性曲線。 運轉(zhuǎn)綜合特性曲線：運轉(zhuǎn)綜合特性曲線：以工作參數(shù)以工作參數(shù)H、P為縱、橫為縱、橫坐標(biāo)軸的的綜合特性曲線。坐標(biāo)軸的的綜合特性曲線。 二、水輪機(jī)線性特性曲線二、水輪機(jī)線性特性曲線 1. 轉(zhuǎn)速特性曲線：轉(zhuǎn)速特性曲線： 表示水輪機(jī)在表示水輪機(jī)在導(dǎo)水葉開度導(dǎo)水葉開度 、葉片轉(zhuǎn)角和水頭、葉片轉(zhuǎn)角和水頭為某常數(shù)時，為某常數(shù)時，其他參數(shù)與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系其他參數(shù)與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。包括：包括： 轉(zhuǎn)速與流量的關(guān)系曲線轉(zhuǎn)速與流量的關(guān)系曲線 轉(zhuǎn)速與出力的關(guān)系曲線轉(zhuǎn)速與出力

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

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

8、輪機(jī)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(jī)通常在固定的轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，水頭的變化水電站的水輪機(jī)通常在固定的轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，水頭的變化也較緩慢，但機(jī)組負(fù)荷則是經(jīng)常變化的。也較緩慢，但機(jī)組負(fù)荷則是經(jīng)常變化的。 工作特性曲線：工作特性曲線：表示水輪機(jī)工作在固定的轉(zhuǎn)速和水頭下表示水輪機(jī)工作在固定的轉(zhuǎn)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(dāng)功率為零時，流量不為零，此處的流量稱為空）當(dāng)功率為零時，流量不為零，此處的流量稱為空載流量，對應(yīng)的導(dǎo)葉開度稱空載開度。載流量，對應(yīng)的導(dǎo)葉開度稱空載開度。 這時的流量很小，水流作用于轉(zhuǎn)輪的力矩僅夠克服阻力這時的流量很小，水流作用于轉(zhuǎn)輪的力矩僅夠克服阻力而維持轉(zhuǎn)輪以額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，沒有輸出功率。而維持轉(zhuǎn)輪以額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，沒有輸出功率。 （2）效率最高點對應(yīng)的流量為最優(yōu)流量。）效率最高點對應(yīng)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(yīng)）功率曲線最高點處的功率，稱為極限功率，對應(yīng)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(jī)工作特性的比較（見下圖）工作水輪機(jī)工作特性的比較（見下圖） 三種工作特性曲線可以相互轉(zhuǎn)換，將一種形式變換成任三種工作特性曲線可以相互轉(zhuǎn)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(zhuǎn)漿式：高比速軸流轉(zhuǎn)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(jié)論：從上述分析，可得出下列結(jié)論： （1）凡轉(zhuǎn)輪葉片固定不動的各種型式的水輪機(jī)，比轉(zhuǎn)）凡轉(zhuǎn)輪葉片固定不動的各種型式的水輪機(jī)，比轉(zhuǎn)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(jī)效率下降最大，不宜應(yīng)用在出力變?nèi)巛S流定槳式水輪機(jī)效率下降最大，不宜應(yīng)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(jī)最高效率并不在最大出力處，）各種型式的水輪機(jī)最高效率并不在最大出力處，所以通常盡可能使水輪機(jī)不在最大出力下工作。所以通常盡可能使水輪機(jī)不在最大出力下工作。 （3）軸流轉(zhuǎn)槳式和水斗式水輪機(jī)，因效率變化較平穩(wěn)，）軸流轉(zhuǎn)槳式和水斗式水輪機(jī)，因效率變化較平穩(wěn)，故均可應(yīng)用于負(fù)荷變化較大的水電站。軸流轉(zhuǎn)槳式水輪故均可應(yīng)用于負(fù)荷變化較大的水電站。軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的工作持性曲線是由不同輪葉裝置角度機(jī)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(jī)效率特性

12、曲線的員高效率點組成的。輪機(jī)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(jī)線性特性曲線二、水輪機(jī)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(nèi)，可能發(fā)生較顯著的變化：水頭在比較長的的時期內(nèi)，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(fù)荷工況下運行時流量的增多而使下游水位升高，站在大負(fù)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(dǎo)致水頭降低；或者由于防洪需要而必須降低上游水位，導(dǎo)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(jī)在轉(zhuǎn)速、導(dǎo)水葉開度為某常表示水輪機(jī)在轉(zhuǎn)速、導(dǎo)水葉開度為某常數(shù)時，其流量、出力、效率與水頭之間的關(guān)系。包括：數(shù)時，其流量、出力、效率與水頭之間的關(guān)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(jī)水頭特性的比較各類水輪機(jī)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(jī)，高比速水輪機(jī)在偏離最優(yōu)水頭、對于反擊式水輪機(jī)，高比速水輪機(jī)在偏離最優(yōu)水頭時效率下降比低比速水輪機(jī)緩慢。時效率下降比低比速水輪機(jī)緩慢。 2 2、低比速水輪機(jī)的相對空載水頭值要比高比速水輪機(jī)、低比速水輪機(jī)的相對空載水頭值要比高比速水輪機(jī)大得多，這說明高比轉(zhuǎn)速對于水頭變化的適應(yīng)性優(yōu)于低大得多，這說明高比轉(zhuǎn)速對于水頭變化的適應(yīng)性優(yōu)于低比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)。比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)。 各效率曲線與橫坐標(biāo)的交點所對應(yīng)的水頭即各水輪機(jī)的各效率曲線與橫坐標(biāo)的交點所對應(yīng)的水頭即各水輪機(jī)的相對空載水頭值。相對空載水

15、頭值。 三、水輪機(jī)模型綜合特性曲線三、水輪機(jī)模型綜合特性曲線 概念：概念：水輪機(jī)模型綜合特性曲線是指以單位轉(zhuǎn)速和單位水輪機(jī)模型綜合特性曲線是指以單位轉(zhuǎn)速和單位流量為縱、橫坐標(biāo)而繪制的若干組等值曲線，這些等值流量為縱、橫坐標(biāo)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(jī)的各種主要性能。線表示出了同系列水輪機(jī)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(dǎo)葉（或噴針）等開度線：曲線上各點的開度相等。導(dǎo)葉（或噴針）等開度線：曲線上各點的開度相等。 等空化系數(shù)線：曲線上各點的空化系數(shù)相等。等空化系數(shù)線：曲線

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

17、機(jī)導(dǎo)水葉開度為某常數(shù)時水輪機(jī)的單位流量隨單位轉(zhuǎn)速的改變而發(fā)生變化的特性。機(jī)的單位流量隨單位轉(zhuǎn)速的改變而發(fā)生變化的特性。 等空化系數(shù)線等空化系數(shù)線表示水輪機(jī)各工況下空化系數(shù)的等值線，表示水輪機(jī)各工況下空化系數(shù)的等值線，等空化系數(shù)線上各點盡管工況不同，其空化系數(shù)卻相同。等空化系數(shù)線上各點盡管工況不同，其空化系數(shù)卻相同。的。的。 出力限制線：出力限制線：混流式水輪機(jī)模型綜合特性曲線上通常標(biāo)混流式水輪機(jī)模型綜合特性曲線上通常標(biāo)有有5%出力限制線出力限制線 ，它是某單位轉(zhuǎn)速下水輪機(jī)的出力達(dá)，它是某單位轉(zhuǎn)速下水輪機(jī)的出力達(dá)到該單位轉(zhuǎn)速下最大出力的到該單位轉(zhuǎn)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(jī)在最大出力下運是考慮到水輪機(jī)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(diào)節(jié)，而且，在超行時，不可能按正常規(guī)律實現(xiàn)功率的調(diào)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(jī)的出效率降低的幅度超過流量增加的幅度，因此水輪機(jī)的出力反而減小了，從而使調(diào)速器對水輪機(jī)的調(diào)節(jié)可能失去力反而減小了，從而使調(diào)速器對水輪機(jī)的調(diào)節(jié)可能失去穩(wěn)定。為了避開這些情況，并使水輪機(jī)具有一定的出力穩(wěn)定。為了避開這些情況，并使水輪機(jī)具有一定的出力儲備，因此，將水輪

19、機(jī)限制在最大出力的儲備，因此，將水輪機(jī)限制在最大出力的95%(有時取有時取97%)范圍內(nèi)運行。范圍內(nèi)運行。 三、水輪機(jī)模型綜合特性曲線三、水輪機(jī)模型綜合特性曲線 （二）軸流定漿式水輪機(jī)模型綜合特性曲線（二）軸流定漿式水輪機(jī)模型綜合特性曲線 因轉(zhuǎn)輪葉片固定不動，出力僅與導(dǎo)葉開度有關(guān)，所以軸因轉(zhuǎn)輪葉片固定不動，出力僅與導(dǎo)葉開度有關(guān)，所以軸流定槳式水輪機(jī)模型綜合特性曲線的繪制方法與混流式流定槳式水輪機(jī)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(biāo)軸的方向伸長，而沿坐標(biāo)軸的方向伸長，而沿Q11坐標(biāo)鈾的方向壓縮，達(dá)就說明定

20、槳式水輪機(jī)的高效率區(qū)坐標(biāo)鈾的方向壓縮，達(dá)就說明定槳式水輪機(jī)的高效率區(qū)域很窄小，當(dāng)出力變動時效率會急劇地降低。因此，軸域很窄小，當(dāng)出力變動時效率會急劇地降低。因此，軸流定槳式水輪機(jī)僅在滿負(fù)荷運行時比較有利流定槳式水輪機(jī)僅在滿負(fù)荷運行時比較有利 2、因軸流定槳式水輪機(jī)效率曲線較陡，如出力儲備、因軸流定槳式水輪機(jī)效率曲線較陡，如出力儲備 量太大，將會嚴(yán)重地影響水輪機(jī)的額定出力，為此一般量太大，將會嚴(yán)重地影響水輪機(jī)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(jī)模型綜合特性曲線三、水輪機(jī)模型綜合特性曲線 （三）軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)模型綜合特性曲線（三）軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)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(dǎo)葉和槳葉轉(zhuǎn)角、因具有導(dǎo)葉和槳葉轉(zhuǎn)角雙重調(diào)節(jié)雙重調(diào)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(dǎo)葉開度線，而性曲線上任一工況點，不僅要表明它的導(dǎo)葉開度線，而且還要表明轉(zhuǎn)輪葉片的轉(zhuǎn)角線。且還要表明轉(zhuǎn)輪葉片的轉(zhuǎn)角線。 2、另外，因轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，僅在轉(zhuǎn)角和導(dǎo)葉開度極大、另外，因轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，僅在轉(zhuǎn)角和導(dǎo)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(shù)很大，一般不允許在這種工況下運行。所此時空蝕系數(shù)很大，一般不允許在這種工況

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

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

24、等開度線與等轉(zhuǎn)角線的交點，就是對應(yīng)轉(zhuǎn)角和開度的最優(yōu)協(xié)聯(lián)工況點，轉(zhuǎn)角線的交點，就是對應(yīng)轉(zhuǎn)角和開度的最優(yōu)協(xié)聯(lián)工況點，使效率達(dá)到最高值。使效率達(dá)到最高值。 。 三、水輪機(jī)模型綜合特性曲線三、水輪機(jī)模型綜合特性曲線 （四）沖擊式式水輪機(jī)模型綜合特性曲線（四）沖擊式式水輪機(jī)模型綜合特性曲線 沖擊式水輪機(jī)的模型綜合特性曲線的特點：沖擊式水輪機(jī)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(biāo)軸垂直的直線。坐標(biāo)軸垂直的直線。因為沖擊式水因為沖擊式水輪機(jī)的過流量與水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān)，僅與噴嘴的開度有輪機(jī)的過流量與水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān)，僅與

25、噴嘴的開度有關(guān)。關(guān)。 3、一般不標(biāo)出力限制線。、一般不標(biāo)出力限制線。因為沖擊式水輪機(jī)一般對負(fù)因為沖擊式水輪機(jī)一般對負(fù)荷變化的適應(yīng)性較好，等效率曲線扁而寬，在相當(dāng)大的荷變化的適應(yīng)性較好，等效率曲線扁而寬，在相當(dāng)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(biāo)注等空化系數(shù)線。、不標(biāo)注等空化系數(shù)線。沖擊式水輪機(jī)也有空蝕破壞沖擊式水輪機(jī)也有空蝕破壞現(xiàn)象，但其空化機(jī)理與反擊式水輪機(jī)不同，很難用空化現(xiàn)象，但其空化機(jī)理與反擊式水輪機(jī)不同，很難用空化系數(shù)的形式表達(dá)沖擊式水輪機(jī)的空化性能。系數(shù)的形式表達(dá)沖擊式水輪機(jī)的空化性能。 各種類型水輪機(jī)模型綜合特性

26、曲線范圍的比較：各種類型水輪機(jī)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(jī)模型綜合特性曲線綜合表達(dá)了水輪機(jī)的各種主水輪機(jī)模型綜合特性曲線綜合表達(dá)了水輪機(jī)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(jī)的一個工況，在綜合特性曲線上的每一點代表了水輪機(jī)的一個工況，能全面地反映出水輪機(jī)在該工況點運行時的能量和汽蝕能全面地反映出水輪機(jī)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(dāng)特性。因此，從模型綜合特性曲線上可以判別當(dāng) Q11（或（或n11）變化時水輪機(jī)效率

27、變化的快慢，最高效率區(qū)范）變化時水輪機(jī)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(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制四、水輪機(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制 概念：概念：運轉(zhuǎn)綜合特性曲線是在轉(zhuǎn)輪直徑運轉(zhuǎn)綜合特性曲線是在轉(zhuǎn)輪直徑D1和轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速n為常為常數(shù)時，以水頭數(shù)時，以水頭H和出力和出力P為縱、橫坐標(biāo)而繪制的幾組等為縱、橫坐標(biāo)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(jī)受運行穩(wěn)定影響的出力限制水輪機(jī)受運行穩(wěn)定影響的出力限制發(fā)電機(jī)出力限制線：發(fā)電機(jī)出力限制線：水輪機(jī)受發(fā)電機(jī)容量運行的出力限制水輪機(jī)受發(fā)電機(jī)容量運行的出力限制 有時還繪有導(dǎo)葉等開度有時還繪有導(dǎo)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(zhuǎn)角有時還繪有槳葉等轉(zhuǎn)角線線：曲線上各點轉(zhuǎn)角相等：曲線上各點轉(zhuǎn)角相等 四、水輪機(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線四、水輪機(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線 四、水輪機(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制四、水輪機(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制 水輪機(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線可由模型

29、綜合特性曲線來繪制，水輪機(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線可由模型綜合特性曲線來繪制，但應(yīng)提供以下基本資料：但應(yīng)提供以下基本資料： 1）水輪機(jī)牌號）水輪機(jī)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(zhuǎn)速）額定轉(zhuǎn)速nr 4）水輪機(jī)額定出力）水輪機(jī)額定出力Pr 5）發(fā)電機(jī)額定出力）發(fā)電機(jī)額定出力Pg 6）水輪機(jī)模型綜合特性曲線）水輪機(jī)模型綜合特性曲線 7）水輪機(jī)的海拔高程）水輪機(jī)的海拔高程 四、水輪機(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制四、水輪機(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制 （一）混流式水輪機(jī)綜合特性曲線的繪制（一）混流式水輪機(jī)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(jī)最優(yōu)工況效率和效率修正量、求原型水輪機(jī)最優(yōu)工況效率和效率修正量1501(1) (1)MMDKDM00TM B、求水輪機(jī)的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速、求水輪機(jī)的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速 和單位轉(zhuǎn)速修正值和單位轉(zhuǎn)速修正值 011110M0M=(-1)nn11011011Mnnn11110M3%nn當(dāng)當(dāng)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(nèi)進(jìn)行分段，一般可取、在最小水頭和最大水頭范圍內(nèi)進(jìn)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(yīng)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速水頭對應(yīng)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)

31、速n11。 111nDnH D、求各選取水頭相應(yīng)的模型單位轉(zhuǎn)速。、求各選取水頭相應(yīng)的模型單位轉(zhuǎn)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(biāo)值與模型綜合特性曲線等效率曲線交點的坐標(biāo)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(jī)效率、求原型水輪機(jī)效率 H、求原型水輪機(jī)的出力、求原型水輪機(jī)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(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制

32、四、水輪機(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制 （一）混流式水輪機(jī)綜合特性曲線的繪制（一）混流式水輪機(jī)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(biāo)。性曲線下面，并取比例相同的橫坐標(biāo)。 根據(jù)表根據(jù)表8-1的數(shù)據(jù)對不同水頭繪制工作特性曲線的數(shù)據(jù)對不同水頭繪制工作特性曲線 在工作水頭范圍內(nèi)繪出所取各水頭的水平線。在工作水頭范圍內(nèi)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?jǐn)?shù)的效率值繪制水平線，取整百分?jǐn)?shù)的效率值繪制

33、水平線，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(biāo)圖上。坐標(biāo)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(jù)工作特性曲線中各水頭下的最高效率值可根據(jù)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

34、H曲線及曲線及 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(jù)效）的拐點時，可根據(jù)效率值從兩圖上分別查出拐點所對應(yīng)的水頭率值從兩圖上分別查出拐點所對應(yīng)的水頭 與出力與出力 。 四、水輪機(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制四、水輪機(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制 （一）混流式水輪機(jī)綜合特性曲線的繪制（一）混流式水輪機(jī)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(jī)出力限制線。當(dāng)水頭）發(fā)電機(jī)出力限制線。當(dāng)水頭HHr時，水輪機(jī)出力受到時，水輪機(jī)出力受到發(fā)電機(jī)出力的限制。發(fā)電機(jī)的額定出力與水頭無關(guān)，在一定發(fā)電機(jī)出力的

35、限制。發(fā)電機(jī)的額定出力與水頭無關(guān)，在一定的功率因數(shù)下，它的額定出力為常數(shù)，因此在運轉(zhuǎn)綜合特性的功率因數(shù)下，它的額定出力為常數(shù)，因此在運轉(zhuǎn)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(jī)）水輪機(jī)5%出力限制線。當(dāng)出力限制線。當(dāng) HHr時，水輪機(jī)的出力受時，水輪機(jī)的出力受5%出力限制線的限制。通常根據(jù)模型綜合特性曲線上的出力限制線的限制。通常根據(jù)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(jī)與水輪機(jī)出力限制線的交點所對應(yīng)的水頭，發(fā)電機(jī)與水輪機(jī)出力限制線的交點所對應(yīng)的水頭，即為水輪機(jī)設(shè)計水頭。即為水輪機(jī)設(shè)計水頭。 出力限制線進(jìn)行繪制方法：出力限制線進(jìn)行繪制方法：

36、（1）由水輪機(jī)的最小水頭）由水輪機(jī)的最小水頭Hmin與額定水頭與額定水頭Hr分別計算出相應(yīng)分別計算出相應(yīng)的模型單位轉(zhuǎn)速的模型單位轉(zhuǎn)速n11B與與n11A。 （2）在模型綜合特性曲線上，根據(jù)）在模型綜合特性曲線上，根據(jù)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(jī)出力：，計算出水輪機(jī)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(jī)出力限制線。即為水輪機(jī)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(jìn)行。具體計算可在等效率曲線計算表出力限制線一欄中進(jìn)行

37、。21.5min1119.81BBBPD HQ 四、水輪機(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制四、水輪機(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制 （一）混流式水輪機(jī)綜合特性曲線的繪制（一）混流式水輪機(jī)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(dá)水輪機(jī)在各運行工況的最大允許吸出高等吸出高度線表達(dá)水輪機(jī)在各運行工況的最大允許吸出高度度Hs，等，等Hs線是根據(jù)模型綜合特性曲線的等線是根據(jù)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(jù)表）根據(jù)表8-1中中Q11及其對應(yīng)的及其對應(yīng)的P的數(shù)據(jù)繪制輔助曲線的數(shù)據(jù)繪制輔助曲線 P=

38、 f（Q11）。）。HminHrHmaxHP11Q （2）計算各水頭相應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速）計算各水頭相應(yīng)的單位轉(zhuǎn)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(yīng)的對應(yīng)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(yīng)的出力對應(yīng)的出力P。 （3）根據(jù)各工況點的）根據(jù)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

39、上取某）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(biāo)系內(nèi)，并用光滑曲坐標(biāo)系內(nèi)，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(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制四、水輪機(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制 （二）軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)綜合特性曲線的繪制（二）軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)綜合特性曲線的繪制 繪制特點：繪制特點： 轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線的繪制原理與混流式

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

41、率線的繪制、等效率線的繪制 （1）對轉(zhuǎn)輪葉片的每一個轉(zhuǎn)角）對轉(zhuǎn)輪葉片的每一個轉(zhuǎn)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(jī)的最高效率為角下模型水輪機(jī)的最高效率為 ，原，原型水輪機(jī)各型水輪機(jī)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(yīng)的間取若干水頭，計算各水頭對應(yīng)的n11M，過各過各n11M作水平線與轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)模型綜合特性曲線的作水平線與轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)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

42、出各交點的 Q11、M，其中，其中 M由內(nèi)插確定。然由內(nèi)插確定。然后計算各點水輪機(jī)效率及出力后計算各點水輪機(jī)效率及出力 根據(jù)計算結(jié)果繪出各水頭下的根據(jù)計算結(jié)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(jī)。水輪機(jī)。 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(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制四、水輪機(jī)運轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制 （二）軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)綜合特性曲線的繪制（二）軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)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(zhuǎn)槳式水輪機(jī)模型綜合特性曲線上不標(biāo)轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)模型綜合特性曲線上不標(biāo)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(dāng)當(dāng)HHr時，軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)最大出力受發(fā)電機(jī)額定容量時，軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)最大出力受發(fā)電機(jī)額定容量的限制。的限制。