水輪機(jī)的特性曲線

關(guān)于水輪機(jī)的特性曲線第1頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三第一章

緒論

第二章

水輪機(jī)的工作原理

第三章

水輪機(jī)的相似理論與模型試驗(yàn)

第四章

水輪機(jī)的空化與空蝕

第五章

反擊式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)

第六章

沖擊式與貫流式水輪機(jī)

第七章

水輪機(jī)的特性曲線與選型設(shè)計(jì)

第八章

水輪機(jī)的運(yùn)行與檢修

第2頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三

第一節(jié)水輪機(jī)特性曲線第二節(jié)水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)

第七章

水輪機(jī)特性曲線與選型設(shè)計(jì)第3頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三第一節(jié)水輪機(jī)特性曲線

貴州天生橋水電站第4頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三一、水輪機(jī)特性曲線的類型

二、水輪機(jī)線性特性曲線

三、水輪機(jī)模型綜合特性曲線

四、水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制第5頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三一、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)不同工況下對(duì)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。目前主要通過(guò)模型試驗(yàn)，將各種水輪機(jī)的性能參數(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。特性曲線的作用：利用水輪機(jī)特性曲線來(lái)分析水輪機(jī)的特性，從而在水電站設(shè)計(jì)中選擇水輪機(jī)的基本參數(shù)，并確定合理的運(yùn)行方式。第6頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三一、水輪機(jī)特性曲線的類型1.線性特性曲線：反映2個(gè)參數(shù)之間關(guān)系的曲線。幾何參數(shù)（轉(zhuǎn)輪直徑、導(dǎo)葉或盆栽開度、槳葉轉(zhuǎn)角）工作參數(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、單位軸向水推力）（1）轉(zhuǎn)速特性曲線（2）工作特性曲線（3）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。2.綜合特性曲線：表示多個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系，能較完整地描述水輪機(jī)各運(yùn)行工況的特性。（1）模型綜合特性曲線（2）運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線第7頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三模型綜合特性曲線：以單位參數(shù)n11、Q11為縱、橫坐標(biāo)軸的綜合特性曲線。運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線：以工作參數(shù)H、P為縱、橫坐標(biāo)軸的的綜合特性曲線。第8頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三二、水輪機(jī)線性特性曲線1.轉(zhuǎn)速特性曲線：表示水輪機(jī)在導(dǎo)水葉開度、葉片轉(zhuǎn)角和水頭為某常數(shù)時(shí)，其他參數(shù)與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。包括：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(shí)的流量、出力與效率，還可以看出水輪機(jī)在某開度時(shí)的最高效率、最大出力及水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速。

第9頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三

n~Q曲線n~P曲線n~η曲線第10頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三轉(zhuǎn)速特性曲線的比較：1、低比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)的效率對(duì)轉(zhuǎn)速的變化比較敏感，在偏離額定轉(zhuǎn)速時(shí)，水輪機(jī)的效率下降較快；而高比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)則下降較慢。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)速的160％左右；而高比轉(zhuǎn)速的軸流式水輪機(jī)則高達(dá)2.6～3.0倍的額定轉(zhuǎn)速。3、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(shì)則相反；中等水輪機(jī)流量則幾乎不隨轉(zhuǎn)速變化。第11頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三

圖8-2各類型水輪機(jī)轉(zhuǎn)速特性的比較第12頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三二、水輪機(jī)線性特性曲線2.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(yùn)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。工作特性曲線：表示水輪機(jī)工作在固定的轉(zhuǎn)速和水頭下的特性曲線。包括：出力工作特性曲線流量工作特性曲線開度工作特性曲線第13頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三

、出力工作特性曲線流量工作特性曲線開度工作特性曲線第14頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三工作特性曲線的特點(diǎn)：（1）當(dāng)功率為零時(shí)，流量不為零，此處的流量稱為空載流量，對(duì)應(yīng)的導(dǎo)葉開度稱空載開度。這時(shí)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。（2）效率最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流量為最優(yōu)流量。（3）功率曲線最高點(diǎn)處的功率，稱為極限功率，對(duì)應(yīng)的流量稱為極限流量。（4）5%出力儲(chǔ)備（見下圖）（5）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何其他一種形式。第15頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三

、1：高比速軸流轉(zhuǎn)漿式2：中比速混流式

3：低比速?zèng)_擊式4：高比速軸流定槳式第16頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三

從上述分析，可得出下列結(jié)論：（1）凡轉(zhuǎn)輪葉片固定不動(dòng)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(jì)工況時(shí)效率下降越快。如軸流定槳式水輪機(jī)效率下降最大，不宜應(yīng)用在出力變化較大的水電站。（2）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。（3）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)槳式水輪機(jī)的工作持性曲線是由不同輪葉裝置角度φ的定槳式水輪機(jī)效率特性曲線的員高效率點(diǎn)組成的。具體情況參見下圖。第17頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三

、第18頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三二、水輪機(jī)線性特性曲線3.水頭特性曲線：水頭在比較長(zhǎng)的的時(shí)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站在大負(fù)荷工況下運(yùn)行時(shí)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；（2）在高水頭水電站，上游庫(kù)水位可能發(fā)生較大變化；（3）在具有長(zhǎng)引水管道的水電站，流量變化時(shí)使得引水損失發(fā)生變化。水頭特性曲線：表示水輪機(jī)在轉(zhuǎn)速、導(dǎo)水葉開度為某常數(shù)時(shí)，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、水頭效率特性曲線第19頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三

水頭流量特性曲線水頭效率特性曲線水頭功率特性曲線第20頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三

、

圖8-5各類水輪機(jī)水頭特性的比較第21頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三水頭特性曲線的比較：1、對(duì)于反擊式水輪機(jī)，高比速水輪機(jī)在偏離最優(yōu)水頭時(shí)效率下降比低比速水輪機(jī)緩慢。2、低比速水輪機(jī)的相對(duì)空載水頭值要比高比速水輪機(jī)大得多，這說(shuō)明高比轉(zhuǎn)速對(duì)于水頭變化的適應(yīng)性優(yōu)于低比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)。各效率曲線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的水頭即各水輪機(jī)的相對(duì)空載水頭值。第22頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、水輪機(jī)模型綜合特性曲線概念：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。在圖中常繪出下列等值線：①等效率線：曲線上各點(diǎn)的效率相等。②導(dǎo)葉（或噴針）等開度線：曲線上各點(diǎn)的開度相等。③等空化系數(shù)線：曲線上各點(diǎn)的空化系數(shù)相等。④混流式、軸流定槳式水輪機(jī)的出力限制線：⑤轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片等轉(zhuǎn)角線：曲線上各點(diǎn)的轉(zhuǎn)角相等。第23頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、水輪機(jī)模型綜合特性曲線（一）混流式水輪機(jī)模型綜合特性曲線第24頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三等效率線上各點(diǎn)的效率均等于某常數(shù)，這說(shuō)明等效率線上的各點(diǎn)盡管工況不同，但水輪機(jī)中的諸損失之和相等。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(shí)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。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，等空化系數(shù)線上各點(diǎn)盡管工況不同，其空化系數(shù)卻相同。的。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)有5%出力限制線，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95%時(shí)各工況點(diǎn)的連線。第25頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三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(yùn)行時(shí)，不可能按正常規(guī)律實(shí)現(xiàn)功率的調(diào)節(jié)，而且，在超過(guò)95%最大功率運(yùn)行時(shí)，效率隨流量的增加而降低，且效率降低的幅度超過(guò)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(duì)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)具有一定的出力儲(chǔ)備，因此，將水輪機(jī)限制在最大出力的95%(有時(shí)取97%)范圍內(nèi)運(yùn)行。第26頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、水輪機(jī)模型綜合特性曲線（二）軸流定漿式水輪機(jī)模型綜合特性曲線第27頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三因轉(zhuǎn)輪葉片固定不動(dòng)，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相同。但也有兩點(diǎn)不同：1、軸流定槳式曲線沿n11坐標(biāo)軸的方向伸長(zhǎng)，而沿Q11坐標(biāo)鈾的方向壓縮，達(dá)就說(shuō)明定槳式水輪機(jī)的高效率區(qū)域很窄小，當(dāng)出力變動(dòng)時(shí)效率會(huì)急劇地降低。因此，軸流定槳式水輪機(jī)僅在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)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(chǔ)備量太大，將會(huì)嚴(yán)重地影響水輪機(jī)的額定出力，為此一般采用3％的出力儲(chǔ)備。第28頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、水輪機(jī)模型綜合特性曲線（三）軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)模型綜合特性曲線軸流定槳式水輪模型綜合特性曲線的特點(diǎn)：1、因具有導(dǎo)葉和槳葉轉(zhuǎn)角雙重調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，在綜合特性曲線上任一工況點(diǎn)，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。2、另外，因轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，僅在轉(zhuǎn)角和導(dǎo)葉開度極大的情況下，即流量極大的情況下，出力才開始降低，而此時(shí)空蝕系數(shù)很大，一般不允許在這種工況下運(yùn)行。所以，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，在因中不畫出限制線。第29頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、水輪機(jī)模型綜合特性曲線（三）軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)模型綜合特性曲線第30頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三等效率線是水輪機(jī)在協(xié)聯(lián)方式下工作時(shí)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）的外包絡(luò)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(gè)轉(zhuǎn)角下軸流流定槳式水輪機(jī)的等效率線的切點(diǎn)，就得到該轉(zhuǎn)角下的等轉(zhuǎn)角線。等轉(zhuǎn)角線是通過(guò)該轉(zhuǎn)角下等效率線的中心區(qū)域。所以，該線代表在某一轉(zhuǎn)角下各種不同開度時(shí)的最優(yōu)工況。等開度線是將各轉(zhuǎn)角下軸流定槳式水輪機(jī)的等導(dǎo)葉開度線與等轉(zhuǎn)角線的交點(diǎn)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(shí)的最優(yōu)工況，故等開度線與等轉(zhuǎn)角線的交點(diǎn)，就是對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角和開度的最優(yōu)協(xié)聯(lián)工況點(diǎn)，使效率達(dá)到最高值。。第31頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三第32頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、水輪機(jī)模型綜合特性曲線（四）沖擊式式水輪機(jī)模型綜合特性曲線第33頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三沖擊式水輪機(jī)的模型綜合特性曲線的特點(diǎn)：1、由等效率線與等開度線組成。2、等開度線是與Q11坐標(biāo)軸垂直的直線。因?yàn)闆_擊式水輪機(jī)的過(guò)流量與水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，僅與噴嘴的開度有關(guān)。3、一般不標(biāo)出力限制線。因?yàn)闆_擊式水輪機(jī)一般對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性較好，等效率曲線扁而寬，在相當(dāng)大的開度下仍不會(huì)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。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，很難用空化系數(shù)的形式表達(dá)沖擊式水輪機(jī)的空化性能。第34頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三各種類型水輪機(jī)模型綜合特性曲線范圍的比較：第35頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三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)的各種主要性能，如n11、Q11、σ、η等能量和汽蝕特性。在綜合特性曲線上的每一點(diǎn)代表了水輪機(jī)的一個(gè)工況，能全面地反映出水輪機(jī)在該工況點(diǎn)運(yùn)行時(shí)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)Q11（或n11）變化時(shí)水輪機(jī)效率變化的快慢，最高效率區(qū)范圍的大小，過(guò)流能力的高低，以及它的汽蝕性能好壞。第36頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三四、水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制概念：運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線是在轉(zhuǎn)輪直徑D1和轉(zhuǎn)速n為常數(shù)時(shí)，以水頭H和出力P為縱、橫坐標(biāo)而繪制的幾組等值線。在圖中常繪出下列等值線：①等效率η線：曲線上各點(diǎn)的效率相等。②吸出高度Hs線：曲線上各點(diǎn)的吸出高度相等。③出力限制線：有兩類5%（3%）出力限制線：水輪機(jī)受運(yùn)行穩(wěn)定影響的出力限制發(fā)電機(jī)出力限制線：水輪機(jī)受發(fā)電機(jī)容量運(yùn)行的出力限制④有時(shí)還繪有導(dǎo)葉等開度a0線：曲線上各點(diǎn)開度相等⑤有時(shí)還繪有槳葉等轉(zhuǎn)角φ線：曲線上各點(diǎn)轉(zhuǎn)角相等第37頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三四、水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線第38頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三四、水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線可由模型綜合特性曲線來(lái)繪制，但應(yīng)提供以下基本資料：1）水輪機(jī)牌號(hào)2）水頭范圍：

最大水頭Hmax、最小水頭Hmin、額定水頭Hr3）額定轉(zhuǎn)速nr4）水輪機(jī)額定出力Pr5）發(fā)電機(jī)額定出力Pg6）水輪機(jī)模型綜合特性曲線7）水輪機(jī)的海拔高程▼第39頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三四、水輪機(jī)運(yùn)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1、等效率曲線的繪制（1）計(jì)算A、求原型水輪機(jī)最優(yōu)工況效率和效率修正量第40頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三B、求水輪機(jī)的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速和單位轉(zhuǎn)速修正值當(dāng)時(shí)，n11可不作修正。C、在最小水頭和最大水頭范圍內(nèi)進(jìn)行分段，一般可取4~5個(gè)水頭，其中包括Hmax、Hr和Hmin，并分別計(jì)算各水頭對(duì)應(yīng)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速n11。

第41頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三D、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n11M的水平線，得到與模型綜合特性曲線等效率曲線交點(diǎn)的坐標(biāo)值Q11M和ηM。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H、求原型水輪機(jī)的出力為便于計(jì)算，可列下表計(jì)算：

第42頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三第43頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三四、水輪機(jī)運(yùn)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1、等效率曲線的繪制（2）繪制等效率曲線由工作特性曲線繪制而成，繪圖時(shí)可放在工作特性曲線下面，并取比例相同的橫坐標(biāo)。①根據(jù)表8-1的數(shù)據(jù)對(duì)不同水頭繪制工作特性曲線②在工作水頭范圍內(nèi)繪出所取各水頭的水平線。③在工作特性曲線上，將η取整百分?jǐn)?shù)的效率值繪制水平線，使其與各水頭的工作特性曲線相交得出各點(diǎn)的H、P值，并將它點(diǎn)畫在H~P坐標(biāo)圖上。④再將同一效率下的各點(diǎn)連成光滑的曲線，即為某個(gè)η值的等效率曲線。第44頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三

第45頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三（2）繪制⑤確定等效率曲線拐點(diǎn)：在圖8-18（b）中η=91%的曲線上，等效率曲線有一個(gè)拐點(diǎn)A，為了繪出拐點(diǎn):可根據(jù)工作特性曲線中各水頭下的最高效率值ηT0及出力P0作出ηT0~H曲線及P0~H曲線，見圖8-19;需要確定某效率線（例如其效率為ηA

）的拐點(diǎn)時(shí)，可根據(jù)效率值從兩圖上分別查出拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的水頭與出力。第46頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三

第47頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三四、水輪機(jī)運(yùn)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2、出力限制線的繪制（1）發(fā)電機(jī)出力限制線。當(dāng)水頭H＞Hr時(shí)，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(wú)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(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線圖上為一垂直線。（2）水輪機(jī)5%出力限制線。當(dāng)H≤Hr時(shí)，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5%處理限制線來(lái)繪制。第48頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三

發(fā)電機(jī)與水輪機(jī)出力限制線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的水頭，即為水輪機(jī)設(shè)計(jì)水頭。第49頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三出力限制線進(jìn)行繪制方法：（1）由水輪機(jī)的最小水頭Hmin與額定水頭Hr分別計(jì)算出相應(yīng)的模型單位轉(zhuǎn)速n11B與n11A。（2）在模型綜合特性曲線上，根據(jù)n11B查出5%出力限制線上的單位流量Q11B和效率ηB，計(jì)算出水輪機(jī)出力：將點(diǎn)（Hr

、Pr）點(diǎn)（Hmin

、Pmin

）在圖上連成一條斜線，即為水輪機(jī)出力限制線。具體計(jì)算可在等效率曲線計(jì)算表出力限制線一欄中進(jìn)行。第50頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三四、水輪機(jī)運(yùn)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3、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(yùn)行工況的最大允許吸出高度Hs，等Hs線是根據(jù)模型綜合特性曲線的等σ線換算而求得的，計(jì)算與繪制等線的步驟如下：（1）根據(jù)表8-1中Q11及其對(duì)應(yīng)的P的數(shù)據(jù)繪制輔助曲線

P=f（Q11）。第51頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三（2）計(jì)算各水頭相應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速n11M，在模型綜合特性曲線上過(guò)各n11M作水平線與各等σ線相交，記下各交點(diǎn)的σ、Q11M值。計(jì)算各σ對(duì)應(yīng)的吸出高度在從P=f（Q11）輔助圖中，查出各Q11對(duì)應(yīng)的出力P。（3）根據(jù)各工況點(diǎn)的Hs、P，繪出各水頭下的Hs=f（P）曲線，如下圖所示。第52頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三第53頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三（4）在Hs=f（P）曲線圖上取某Hs值（例Hs=-3.0m）作水平線與各Hs=f（P）曲線相交，記下各交點(diǎn)的水頭H及出力P，將這些點(diǎn)（H、P）繪制H~P坐標(biāo)系內(nèi)，并用光滑曲線連接即為某Hs的等吸出高度線，如下圖所示。上述過(guò)程可列表計(jì)算：第54頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三四、水輪機(jī)運(yùn)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繪制特點(diǎn)：轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)運(yùn)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)，可在協(xié)聯(lián)方式運(yùn)行，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，因此，繪制運(yùn)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。第55頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三四、水輪機(jī)運(yùn)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1、等效率線的繪制（1）對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片的每一個(gè)轉(zhuǎn)角求出一個(gè)效率修正值。若各角下模型水輪機(jī)的最高效率為，原型水輪機(jī)各角下的最高效率為，則第56頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三（2）在Hmin~Hmax間取若干水頭，計(jì)算各水頭對(duì)應(yīng)的n11M，過(guò)各n11M作水平線與轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)模型綜合特性曲線的各等線相交，找出各交點(diǎn)的Q11、ηM，其中ηM由內(nèi)插確定。然后計(jì)算各點(diǎn)水輪機(jī)效率及出力根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪出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，方法同混流式水輪機(jī)。等效率線計(jì)算可采用表8-3。第57頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三第58頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三四、水輪機(jī)運(yùn)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2、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)5％出力限制線，但其出力限制受以下因素的影響：當(dāng)H＞Hr時(shí)，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。當(dāng)H≤Hr時(shí)，水輪機(jī)出力受最大過(guò)水能力和空蝕的限制，即受水輪機(jī)導(dǎo)葉最大開度a0max的限制。出力限制線的繪制也通常采用簡(jiǎn)化法。第59頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三

模型綜合特性曲線

運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線第60頁(yè)，講稿共75頁(yè)，2023年5月2日，星期三（1）由水