水轮机特性曲线

1、保证出力与额定出力之间有什么关系，他们之间的区别是什么？分别怎样计算？保证出力指的是机组在各个运行水头稳定运行的出力范围。 有最大保证出力， 也有最小保证出力。 各种机型的保证出力是不一样的。比如混流式的保证出力定义是：在最小到最大水头范围内水轮机出 力是 45100% 。那么最大保证出力就是某水头时的 100% ，最小出力为最大出力的 45% 。保证出力 受能量性能（效率），气蚀等诸多因素的影响。例如，某水轮机出力在设计水头下为8333kw ，那么，在这个水头下最大出力就 8333kw, 最小出力就是 8333X45%=3750kw. 。以上最大最小出力在行业规范 中有具体的规定。额定出力是

2、指机组在最优工况点的出力（既选择的运转特性曲线上效率最大点的水 头和流量）。设计出力指的是在设计点的出力（设计水头，设计流量，设计效率）。出力计算公式：N=9.81QH（千瓦）其中： 9.81 是水的比重常数Q 通过水轮机的流量（立方米 / 秒）H 水轮机的工作水头（米）n水轮机的工作效率（）水轮机的线型特性曲线可用转速特性曲线、工作特性曲线及水头特性曲线三种不同形式表示。线 型特性曲线具有简单、直观等特点，所以常用来比较不同型式水轮机的特性。一、转速特性曲线转速特性曲线表示水轮机在导水叶开度 、叶片转角 和水头 为某常数时，其他参数与转速之间的 关系。在水轮机的模型试验中，常规的做法是保持一

3、定的水头，通过改变轴上的负荷（力矩）来改变 转速，达到调节工况的目的。故整理模型试验的数据时，以转速特性曲线最为方便，水轮机的其他特 性曲线，实际上都是从转速特性曲线换算而得。如图下图所示。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高效率、最大出力及水轮机的飞逸转速。W n-Q曲统；(0)挖"曲线；曲线SB-I水轮机转速特牲曲钱不同比转速的水轮机其转速特性也不同，比较图 8-2曲线可以看出，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；而高比转速水轮机则下降较慢。不同类型、不同比转速的水轮机

4、，其飞逸转速不同。低比转速的混流式水轮机，其飞逸转速为额 定转速的160%左右；而高比转速的轴流式水轮机则高达 2.63.0倍的额定转速。此外，它们还具有 不同的过流特性，高水轮机的流量 随转速的增加而增加；而低的水轮机流量 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。(o) n * P曲线t t. b) n -即團蝇SS-2各类型水轮机转逵特性的比较3)0、矢ap曲线：() a. FQ曲线；)0、趴理口曲线S» ?水轮机工作特性曲线二、工作特性曲线一般说来，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。为表示水轮机工作在固定的转

5、速和水头下的特性而绘制的曲线，即为水轮机工作特性曲线。如图8-3所示。在水轮机的工作特性曲线上，有三个重要的特征点。(1)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。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。(2)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，对应的流量称为极限流量。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。从任何一种工作特性曲 线上都可轮机的空载开度及所对应的流量，也可以看出水轮机的最优工况所对应的水轮机导水叶开 度、流量与出力。三、水头特性

6、曲线水头特性曲线表示水轮机在转速、导水叶开度为某常数时，其流量、出力、效率与水头之间的关系。水电站的水头一般变化较为缓慢，因此，在短时间内可以看作定值。但是，在比较长的的时期内， 水头可能发生较显著的变化。在低水头的径流式水电站，可能由于洪水期或电站在大负荷工况下运行 时流量的增多而使下游水位升高，或者由于防洪需要而必须降低上游水位，导致水头降低；在高水头 水电站，上游库水位可能发生较大变化；在具有长引水管道的水电站，流量变化时使得引水损失发生 变化，这些都能引起水轮机作用水头的较大改变。从图可以看出，水轮机的出力与水头关系曲线接近于直线， 各导叶开度下的 曲线从相应的空载水 头点开始引出。在

7、低于空载水头时，水轮机即使在空载时也不能达到额定转速。水轮机的流量与水头 关系曲线在小开度时接近于直线，但在大开度时呈现非直线性。各导叶开度下的曲线也从相应的空载 水头开始引出，导叶开度不同时，相应的空载水头也不同。从水轮机效率与水头关系曲线可以看出， 当水头低于最高效率点所对应的水头 时，水轮机效率的变化比较急剧，而水头高于 时，效率变化较 缓慢。水轮机的线型特性曲线可用转速特性曲线、工作特性曲线及水头特性曲线三种不同形式表示。线型特性曲线具 有简单、直观等特点，所以常用来比较不同型式水轮机的特性。一、转速特性曲线转速特性曲线表示水轮机在导水叶开度a0、叶片转角'和水头H为某常数时，

8、其他参数与转速之间的关系。在水轮机的模型试验中，常规的做法是保持一定的水头，通过改变轴上的负荷（力矩）来改变转速，达到调节工况 的目的。故整理模型试验的数据时，以转速特性曲线最为方便，水轮机的其他特性曲线，实际上都是从转速特性曲 线换算而得。如图下图所示。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 在某开度时的最高效率、最大出力及水轮机的飞逸转速。n（a） nQ曲线；（b）nN曲线；（c） n 曲线图8-1水轮机转速特性曲线不同比转速的水轮机其转速特性也不同，比较图8-2曲线可以看出，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

9、率下降较快；而高比转速水轮机则下降较慢。不同类型、不同比转速的水轮机，其飞逸转速不同。低比转速的混流式水轮机，其飞逸转速为额定转速的 160%左右；而高比转速的轴流式水轮机则高达2.63.0倍的额定转速。此外，它们还具有不同的过流特性，高ns水轮机的流量Q随转速的增加而增加；而低ns的水轮机流量 Q随转速变化趋势则相反；中等ns水轮机流量则几乎不随转速变化。M nP曲线：（ft） “乃曲线200 a?150100500nW图8-2 各类型水轮机转速特性的比较、工作特性曲线一般说来，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。为表示水轮机工作在固定的转速和

10、水头下的特性而绘制的曲线，即为水轮机工作特性曲线。如图8-3所示。（a）Q、aP曲线；（b） a、Pq曲线；（c）Q、na曲线图8-3水轮机工作特性曲线在水轮机的工作特性曲线上，有三个重要的特征点。（1）当功率为零时，流量不为零，此处的流量Q称为空载流量，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。（3）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。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。从任何一种工作特性曲线上都可以看 出水轮机的空载开度及所对

11、应的流量，也可以看出水轮机的最优工况所对应的水轮机导水叶开度、流量与出力。三、水头特性曲线水头特性曲线表示水轮机在转速、导水叶开度为某常数时，其流量Q、出力P、效率 与水头H之间的关系。水电站的水头一般变化较为缓慢，因此，在短时间内可以看作定值。但是，在比较长的的时期内，水头可能发 生较显著的变化。在低水头的径流式水电站，可能由于洪水期或电站在大负荷工况下运行时流量的增多而使下游水 位升高，或者由于防洪需要而必须降低上游水位，导致水头降低；在高水头水电站，上游库水位可能发生较大变化； 在具有长引水管道的水电站，流量变化时使得引水损失发生变化，这些都能引起水轮机作用水头的较大改变。从图8-4可以

12、看出，水轮机的出力与水头关系曲线接近于直线，各导叶开度下的P = f(H )曲线从相应的空载水头点开始引出。在低于空载水头时，水轮机即使在空载时也不能达到额定转速。水轮机的流量与水头关系曲线在 小开度时接近于直线， 但在大开度时呈现非直线性。各导叶开度下的Q=f(H)曲线也从相应的空载水头开始引出，图8-4水轮机水头特性曲线由试验直接获得水轮机的水头特性曲线较困难，因此，通常用转速特性曲线经相似换算求得相应的水头特性曲线。由水轮机的相似律可知，同一水轮机的相似律公式为卫_ i HnH'( 8-1)2 一HQH(8-2)3旦2(8-3)H若已知转速特性曲线上某工况点的转速n，对应的水头H，那么在相似工况下对应于某转速n的相应水头为5 丿（8-4）n'换算为转速为n时的水头特性曲线的横坐标上对应点 的水头H。按照这种换算关系，读出转速特性曲线上若干点的转速n及其所对应的流量Q'、出力P与效率，然后按式（8-4）换算为H，再按相似公式（8-5）、（ 8-6）和（8-7）求出各点所对应的Q、P与，把同一导叶开度用式（8-4）可将转速特性曲线上的横坐标上某点的转速下的各同类点连成光滑曲线即转速为n时的水轮机水头特性曲线。H'Q(8-5)不同ns的水轮机，具有不同的水头特性。如图示了水轮机效率、出力与水头之间的关系。P冷