水轮机的特性曲线

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

12、曲线的员高效率点组成的。轮机效率特性曲线的员高效率点组成的。 具体情况参见下图。具体情况参见下图。、 二、水轮机线性特性曲线二、水轮机线性特性曲线 3. 水头特性曲线：水头特性曲线： 水头在比较长的的时期内，可能发生较显著的变化：水头在比较长的的时期内，可能发生较显著的变化： （1）在低水头的径流式水电站，可能由于洪水期或电）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，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；或者由于防洪需要而必须降低上游水位，导致水头降低； （2）在高水头水电站，上游库

13、水位可能发生较大变化；）在高水头水电站，上游库水位可能发生较大变化； （3）在具有长引水管道的水电站，流量变化时使得引）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。水损失发生变化。 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。包括：数时，其流量、出力、效率与水头之间的关系。包括：水头流量特性曲线、水头功率特性曲线、水头效率特性水头流量特性曲线、水头功率特性曲线、水头效率特性曲线曲线水头流量特性曲线水头流量特性曲线水头效率特性曲线水头效率特性曲线水头功率特性曲线水头功率特性曲线、图图8-5

14、 各类水轮机水头特性的比较各类水轮机水头特性的比较 水头特性曲线的比较：水头特性曲线的比较： 1 1、对于反击式水轮机，高比速水轮机在偏离最优水头、对于反击式水轮机，高比速水轮机在偏离最优水头时效率下降比低比速水轮机缓慢。时效率下降比低比速水轮机缓慢。 2 2、低比速水轮机的相对空载水头值要比高比速水轮机、低比速水轮机的相对空载水头值要比高比速水轮机大得多，这说明高比转速对于水头变化的适应性优于低大得多，这说明高比转速对于水头变化的适应性优于低比转速水轮机。比转速水轮机。 各效率曲线与横坐标的交点所对应的水头即各水轮机的各效率曲线与横坐标的交点所对应的水头即各水轮机的相对空载水头值。相对空载水

15、头值。 三、水轮机模型综合特性曲线三、水轮机模型综合特性曲线 概念：概念：水轮机模型综合特性曲线是指以单位转速和单位水轮机模型综合特性曲线是指以单位转速和单位流量为纵、横坐标而绘制的若干组等值曲线，这些等值流量为纵、横坐标而绘制的若干组等值曲线，这些等值线表示出了同系列水轮机的各种主要性能。线表示出了同系列水轮机的各种主要性能。 在图中常绘出下列等值线：在图中常绘出下列等值线： 等效率线：曲线上各点的效率相等。等效率线：曲线上各点的效率相等。 导叶（或喷针）等开度线：曲线上各点的开度相等。导叶（或喷针）等开度线：曲线上各点的开度相等。 等空化系数线：曲线上各点的空化系数相等。等空化系数线：曲线

16、上各点的空化系数相等。 混流式、轴流定桨式水轮机的出力限制线：混流式、轴流定桨式水轮机的出力限制线： 转桨式水轮机转轮叶片等转角线：曲线上各点的转角转桨式水轮机转轮叶片等转角线：曲线上各点的转角相等。相等。 三、水轮机模型综合特性曲线三、水轮机模型综合特性曲线 （一）混流式水轮机模型综合特性曲线（一）混流式水轮机模型综合特性曲线 等效率线等效率线上各点的效率均等于某常数，这说明等效率线上各点的效率均等于某常数，这说明等效率线上的各点尽管工况不同，但水轮机中的诸损失之和相等。上的各点尽管工况不同，但水轮机中的诸损失之和相等。 等开度线等开度线则表示模型水轮机导水叶开度为某常数时水轮则表示模型水轮

17、机导水叶开度为某常数时水轮机的单位流量随单位转速的改变而发生变化的特性。机的单位流量随单位转速的改变而发生变化的特性。 等空化系数线等空化系数线表示水轮机各工况下空化系数的等值线，表示水轮机各工况下空化系数的等值线，等空化系数线上各点尽管工况不同，其空化系数却相同。等空化系数线上各点尽管工况不同，其空化系数却相同。的。的。 出力限制线：出力限制线：混流式水轮机模型综合特性曲线上通常标混流式水轮机模型综合特性曲线上通常标有有5%出力限制线出力限制线 ，它是某单位转速下水轮机的出力达，它是某单位转速下水轮机的出力达到该单位转速下最大出力的到该单位转速下最大出力的95%时各工况点的连线。时各工况点的

18、连线。 绘制出力限制线的目的绘制出力限制线的目的是考虑到水轮机在最大出力下运是考虑到水轮机在最大出力下运行时，不可能按正常规律实现功率的调节，而且，在超行时，不可能按正常规律实现功率的调节，而且，在超过过95%最大功率运行时，效率随流量的增加而降低，且最大功率运行时，效率随流量的增加而降低，且效率降低的幅度超过流量增加的幅度，因此水轮机的出效率降低的幅度超过流量增加的幅度，因此水轮机的出力反而减小了，从而使调速器对水轮机的调节可能失去力反而减小了，从而使调速器对水轮机的调节可能失去稳定。为了避开这些情况，并使水轮机具有一定的出力稳定。为了避开这些情况，并使水轮机具有一定的出力储备，因此，将水轮

19、机限制在最大出力的储备，因此，将水轮机限制在最大出力的95%(有时取有时取97%)范围内运行。范围内运行。 三、水轮机模型综合特性曲线三、水轮机模型综合特性曲线 （二）轴流定浆式水轮机模型综合特性曲线（二）轴流定浆式水轮机模型综合特性曲线 因转轮叶片固定不动，出力仅与导叶开度有关，所以轴因转轮叶片固定不动，出力仅与导叶开度有关，所以轴流定桨式水轮机模型综合特性曲线的绘制方法与混流式流定桨式水轮机模型综合特性曲线的绘制方法与混流式相同。但也有两点不同：相同。但也有两点不同： 1、轴流定桨式曲线沿、轴流定桨式曲线沿n11坐标轴的方向伸长，而沿坐标轴的方向伸长，而沿Q11坐标铀的方向压缩，达就说明定

20、桨式水轮机的高效率区坐标铀的方向压缩，达就说明定桨式水轮机的高效率区域很窄小，当出力变动时效率会急剧地降低。因此，轴域很窄小，当出力变动时效率会急剧地降低。因此，轴流定桨式水轮机仅在满负荷运行时比较有利流定桨式水轮机仅在满负荷运行时比较有利 2、因轴流定桨式水轮机效率曲线较陡，如出力储备、因轴流定桨式水轮机效率曲线较陡，如出力储备 量太大，将会严重地影响水轮机的额定出力，为此一般量太大，将会严重地影响水轮机的额定出力，为此一般采用采用3的出力储备。的出力储备。 三、水轮机模型综合特性曲线三、水轮机模型综合特性曲线 （三）轴流转浆式水轮机模型综合特性曲线（三）轴流转浆式水轮机模型综合特性曲线 轴

21、流定桨式水轮模型综合特性曲线的特点：轴流定桨式水轮模型综合特性曲线的特点： 1、因具有导叶和桨叶转角、因具有导叶和桨叶转角双重调节双重调节的特点，在综合特的特点，在综合特性曲线上任一工况点，不仅要表明它的导叶开度线，而性曲线上任一工况点，不仅要表明它的导叶开度线，而且还要表明转轮叶片的转角线。且还要表明转轮叶片的转角线。 2、另外，因转桨式水轮机，仅在转角和导叶开度极大、另外，因转桨式水轮机，仅在转角和导叶开度极大的情况下，即流量极大的情况下，出力才开始降低，而的情况下，即流量极大的情况下，出力才开始降低，而此时空蚀系数很大，一般不允许在这种工况下运行。所此时空蚀系数很大，一般不允许在这种工况

22、下运行。所以，以，转桨式水轮机的出力限制仅受允许的空蚀系数限制，转桨式水轮机的出力限制仅受允许的空蚀系数限制，在因中不画出限制线。在因中不画出限制线。 三、水轮机模型综合特性曲线三、水轮机模型综合特性曲线 （三）轴流转浆式水轮机模型综合特性曲线（三）轴流转浆式水轮机模型综合特性曲线 等效率线等效率线是水轮机在协联方式下工作时的效率等值线。是水轮机在协联方式下工作时的效率等值线。它是水轮机在不同叶片角下水轮机等效率线（轴流定桨）它是水轮机在不同叶片角下水轮机等效率线（轴流定桨）的外包络线。的外包络线。 等叶片转角线等叶片转角线连接转桨式水轮机的等效率曲线与某个转连接转桨式水轮机的等效率曲线与某个

23、转角下轴流流定桨式水轮机的等效率线的切点，就得到该角下轴流流定桨式水轮机的等效率线的切点，就得到该转角下的等转角线。等转角线是通过该转角下等效率线转角下的等转角线。等转角线是通过该转角下等效率线的中心区的中心区域域。所以，。所以，该线代表在某一转角下各种不同开该线代表在某一转角下各种不同开度时的最优工况。度时的最优工况。 等开度线是等开度线是将各转角下轴流定桨式水轮机的等导叶开度将各转角下轴流定桨式水轮机的等导叶开度线与等转角线的交点连成的曲线。等开度线代表在某导线与等转角线的交点连成的曲线。等开度线代表在某导叶开度下各种不同转角时的最优工况，故等开度线与等叶开度下各种不同转角时的最优工况，故

24、等开度线与等转角线的交点，就是对应转角和开度的最优协联工况点，转角线的交点，就是对应转角和开度的最优协联工况点，使效率达到最高值。使效率达到最高值。 。 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）冲击式式水轮机模型综合特性曲线（四）冲击式式水轮机模型综合特性曲线 冲击式水轮机的模型综合特性曲线的特点：冲击式水轮机的模型综合特性曲线的特点： 1、由等效率线与等开度线组成。、由等效率线与等开度线组成。 2、等开度线是与、等开度线是与Q11坐标轴垂直的直线。坐标轴垂直的直线。因为冲击式水因为冲击式水轮机的过流量与水轮机的转速无关，仅与喷嘴的开度有轮机的过流量与水轮机的转速无关，仅与

25、喷嘴的开度有关。关。 3、一般不标出力限制线。、一般不标出力限制线。因为冲击式水轮机一般对负因为冲击式水轮机一般对负荷变化的适应性较好，等效率曲线扁而宽，在相当大的荷变化的适应性较好，等效率曲线扁而宽，在相当大的开度下仍不会出现单位流量增加而出力减小的情况。开度下仍不会出现单位流量增加而出力减小的情况。 4、不标注等空化系数线。、不标注等空化系数线。冲击式水轮机也有空蚀破坏冲击式水轮机也有空蚀破坏现象，但其空化机理与反击式水轮机不同，很难用空化现象，但其空化机理与反击式水轮机不同，很难用空化系数的形式表达冲击式水轮机的空化性能。系数的形式表达冲击式水轮机的空化性能。 各种类型水轮机模型综合特性

26、曲线范围的比较：各种类型水轮机模型综合特性曲线范围的比较： 模型综合特性曲线的重要意义：模型综合特性曲线的重要意义： 水轮机模型综合特性曲线综合表达了水轮机的各种主水轮机模型综合特性曲线综合表达了水轮机的各种主要性能，如要性能，如n11、Q11、等能量和汽蚀特性。等能量和汽蚀特性。 在综合特性曲线上的每一点代表了水轮机的一个工况，在综合特性曲线上的每一点代表了水轮机的一个工况，能全面地反映出水轮机在该工况点运行时的能量和汽蚀能全面地反映出水轮机在该工况点运行时的能量和汽蚀特性。因此，从模型综合特性曲线上可以判别当特性。因此，从模型综合特性曲线上可以判别当 Q11（或（或n11）变化时水轮机效率

27、变化的快慢，最高效率区范）变化时水轮机效率变化的快慢，最高效率区范围的大小，过流能力的高低，以及它的汽蚀性能好坏。围的大小，过流能力的高低，以及它的汽蚀性能好坏。 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 概念：概念：运转综合特性曲线是在转轮直径运转综合特性曲线是在转轮直径D1和转速和转速n为常为常数时，以水头数时，以水头H和出力和出力P为纵、横坐标而绘制的几组等为纵、横坐标而绘制的几组等值线。值线。 在图中常绘出下列等值线：在图中常绘出下列等值线： 等效率等效率线线 ：曲线上各点的效率相等。：曲线上各点的效率相等。 吸出高度吸出高度Hs线：曲线上各点的吸出高度相等

28、。线：曲线上各点的吸出高度相等。 出力限制线：有两类出力限制线：有两类5%（3%）出力限制线：）出力限制线：水轮机受运行稳定影响的出力限制水轮机受运行稳定影响的出力限制发电机出力限制线：发电机出力限制线：水轮机受发电机容量运行的出力限制水轮机受发电机容量运行的出力限制 有时还绘有导叶等开度有时还绘有导叶等开度a0线：曲线上各点开度相等线：曲线上各点开度相等 有时还绘有桨叶等转角有时还绘有桨叶等转角线线：曲线上各点转角相等：曲线上各点转角相等 四、水轮机运转综合特性曲线四、水轮机运转综合特性曲线 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 水轮机运转综合特性曲线可由模型

29、综合特性曲线来绘制，水轮机运转综合特性曲线可由模型综合特性曲线来绘制，但应提供以下基本资料：但应提供以下基本资料： 1）水轮机牌号）水轮机牌号 2）水头范围：）水头范围： 最大水头最大水头Hmax、最小水头、最小水头Hmin、额定额定水头水头Hr 3）额定转速）额定转速nr 4）水轮机额定出力）水轮机额定出力Pr 5）发电机额定出力）发电机额定出力Pg 6）水轮机模型综合特性曲线）水轮机模型综合特性曲线 7）水轮机的海拔高程）水轮机的海拔高程 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）混流式水轮机综合特性曲线的绘制（一）混流式水轮机综合特性曲线的绘制 1、等效

30、率曲线的绘制、等效率曲线的绘制 （1）计算）计算 A、求原型水轮机最优工况效率和效率修正量、求原型水轮机最优工况效率和效率修正量1501(1) (1)MMDKDM00TM B、求水轮机的最优单位转速、求水轮机的最优单位转速 和单位转速修正值和单位转速修正值 011110M0M=(-1)nn11011011Mnnn11110M3%nn当当时，时，n11可不作修正。可不作修正。 C、在最小水头和最大水头范围内进行分段，一般可取、在最小水头和最大水头范围内进行分段，一般可取45个水头，其中包括个水头，其中包括Hmax、Hr和和Hmin，并分别计算各，并分别计算各水头对应应的单位转速水头对应应的单位转

31、速n11。 111nDnH D、求各选取水头相应的模型单位转速。、求各选取水头相应的模型单位转速。 F、在模型综合特性曲线图上作各、在模型综合特性曲线图上作各n11M的水平线，得到的水平线，得到与模型综合特性曲线等效率曲线交点的坐标值与模型综合特性曲线等效率曲线交点的坐标值Q11M和和M 。因单位流量一般不需修正，所以因单位流量一般不需修正，所以 Q11=Q11M 。 G、求原型水轮机效率、求原型水轮机效率 H、求原型水轮机的出力、求原型水轮机的出力 为便于计算，可列下表计算：为便于计算，可列下表计算： 111111MnnnM21.51119.81PD HQ 四、水轮机运转综合特性曲线及其绘制

32、四、水轮机运转综合特性曲线及其绘制 （一）混流式水轮机综合特性曲线的绘制（一）混流式水轮机综合特性曲线的绘制 1、等效率曲线的绘制、等效率曲线的绘制 （2）绘制）绘制 等效率曲线由工作特性曲线绘制而成，绘图时可放在工作特等效率曲线由工作特性曲线绘制而成，绘图时可放在工作特性曲线下面，并取比例相同的横坐标。性曲线下面，并取比例相同的横坐标。 根据表根据表8-1的数据对不同水头绘制工作特性曲线的数据对不同水头绘制工作特性曲线 在工作水头范围内绘出所取各水头的水平线。在工作水头范围内绘出所取各水头的水平线。 在工作特性曲线上，将在工作特性曲线上，将取整百分数的效率值绘制水平线，取整百分数的效率值绘制

33、水平线，使其与各水头的工作特性曲线相交得出各点的使其与各水头的工作特性曲线相交得出各点的H、P值，并将值，并将它点画在它点画在HP坐标图上。坐标图上。 再将同一效率下的各点连成光滑的曲线，即为某个再将同一效率下的各点连成光滑的曲线，即为某个值的值的等效率曲线。等效率曲线。 ( )iHf P （2）绘制）绘制 确定等效率曲线拐点：确定等效率曲线拐点： 在图在图8-18（b）中）中=91% 的曲线上，等效率曲线有一个拐点的曲线上，等效率曲线有一个拐点A，为了绘出拐点，为了绘出拐点: 可根据工作特性曲线中各水头下的最高效率值可根据工作特性曲线中各水头下的最高效率值T0及出力及出力P0作作出出 T0

34、H曲线及曲线及 P0 H曲线，见图曲线，见图8-19 ; 需要确定某效率线（例如其效率为需要确定某效率线（例如其效率为A ）的拐点时，可根据效）的拐点时，可根据效率值从两图上分别查出拐点所对应的水头率值从两图上分别查出拐点所对应的水头 与出力与出力 。 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）混流式水轮机综合特性曲线的绘制（一）混流式水轮机综合特性曲线的绘制 2、出力限制线的绘制、出力限制线的绘制 （1）发电机出力限制线。当水头）发电机出力限制线。当水头HHr时，水轮机出力受到时，水轮机出力受到发电机出力的限制。发电机的额定出力与水头无关，在一定发电机出力的

35、限制。发电机的额定出力与水头无关，在一定的功率因数下，它的额定出力为常数，因此在运转综合特性的功率因数下，它的额定出力为常数，因此在运转综合特性曲线图上为一垂直线。曲线图上为一垂直线。 （2）水轮机）水轮机5%出力限制线。当出力限制线。当 HHr时，水轮机的出力受时，水轮机的出力受5%出力限制线的限制。通常根据模型综合特性曲线上的出力限制线的限制。通常根据模型综合特性曲线上的5%处理限制线来绘制。处理限制线来绘制。 发电机与水轮机出力限制线的交点所对应的水头，发电机与水轮机出力限制线的交点所对应的水头，即为水轮机设计水头。即为水轮机设计水头。 出力限制线进行绘制方法：出力限制线进行绘制方法：

36、（1）由水轮机的最小水头）由水轮机的最小水头Hmin与额定水头与额定水头Hr分别计算出相应分别计算出相应的模型单位转速的模型单位转速n11B与与n11A。 （2）在模型综合特性曲线上，根据）在模型综合特性曲线上，根据n11B查出查出5%出力限制线出力限制线上的单位流量上的单位流量Q11B和效率和效率B，计算出水轮机出力：，计算出水轮机出力： 将点（将点（ Hr 、 Pr ） 点（点（ Hmin 、 Pmin ）在图上连成一条斜线，）在图上连成一条斜线，即为水轮机出力限制线。即为水轮机出力限制线。 具体计算可在等效率曲线计算表出力限制线一栏中进行。具体计算可在等效率曲线计算表出力限制线一栏中进行

37、。21.5min1119.81BBBPD HQ 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）混流式水轮机综合特性曲线的绘制（一）混流式水轮机综合特性曲线的绘制 3、等吸出高度线的绘制、等吸出高度线的绘制 等吸出高度线表达水轮机在各运行工况的最大允许吸出高等吸出高度线表达水轮机在各运行工况的最大允许吸出高度度Hs，等，等Hs线是根据模型综合特性曲线的等线是根据模型综合特性曲线的等线换算而求线换算而求得的，计算得的，计算 与绘制等线的步骤如下：与绘制等线的步骤如下： （1）根据表）根据表8-1中中Q11及其对应的及其对应的P的数据绘制辅助曲线的数据绘制辅助曲线 P=

38、 f（Q11）。）。HminHrHmaxHP11Q （2）计算各水头相应的单位转速）计算各水头相应的单位转速n11M，在模型综合特性曲，在模型综合特性曲线上过各线上过各n11M作水平线与各等作水平线与各等线相交，记下各交点的线相交，记下各交点的、Q11M值。计算各值。计算各对应的对应的吸出高度吸出高度 在从在从P=f（Q11）辅助图中，查出各）辅助图中，查出各Q11对应的出力对应的出力P。 （3）根据各工况点的）根据各工况点的Hs 、P，绘出各水头下的，绘出各水头下的Hs=f（P） 曲线，如下图所示。曲线，如下图所示。10()900SmHH10900SmHKH （4）在）在Hs=f（P）曲线图

39、上取某）曲线图上取某Hs值（例值（例Hs =-3.0m）作）作水平线与各水平线与各Hs=f（P）曲线相交，记下各交点的水头）曲线相交，记下各交点的水头H及出及出力力P，将这些点（，将这些点（H、P）绘制）绘制HP坐标系内，并用光滑曲坐标系内，并用光滑曲线连接即为某线连接即为某Hs的等吸出高度线，如下图所示。的等吸出高度线，如下图所示。 上述过程可列表计算：上述过程可列表计算： 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 （二）轴流转浆式水轮机综合特性曲线的绘制（二）轴流转浆式水轮机综合特性曲线的绘制 绘制特点：绘制特点： 转桨式水轮机运转综合特性曲线的绘制原理与混流式

40、水轮转桨式水轮机运转综合特性曲线的绘制原理与混流式水轮机基本相同，但由于转桨式水轮机具有双重调节机构，可机基本相同，但由于转桨式水轮机具有双重调节机构，可在协联方式运行，在协联方式运行，水轮机的效率修正采用非等值修正法，水轮机的效率修正采用非等值修正法，一般同一叶片转角取同一修正值一般同一叶片转角取同一修正值，因此，绘制运转综合特，因此，绘制运转综合特性曲线中的某些方面与混流式水轮机有所差别。性曲线中的某些方面与混流式水轮机有所差别。 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 （二）轴流转浆式水轮机综合特性曲线的绘制（二）轴流转浆式水轮机综合特性曲线的绘制 1、等效

41、率线的绘制、等效率线的绘制 （1）对转轮叶片的每一个转角）对转轮叶片的每一个转角 求出一个效率修正求出一个效率修正值值 。若各。若各 角下模型水轮机的最高效率为角下模型水轮机的最高效率为 ，原，原型水轮机各型水轮机各 角下的最高效率为角下的最高效率为 ，则，则 （ ）0M（ ）110501(1) (0.70.7)MMMDHKDH （ ）00( )( )( )TM （2）在）在HminHmax间取若干水头，计算各水头对应的间取若干水头，计算各水头对应的n11M，过各过各n11M作水平线与转桨式水轮机模型综合特性曲线的作水平线与转桨式水轮机模型综合特性曲线的各等各等 线相交线相交，找出各交点的，找

42、出各交点的 Q11、M，其中，其中 M由内插确定。然由内插确定。然后计算各点水轮机效率及出力后计算各点水轮机效率及出力 根据计算结果绘出各水头下的根据计算结果绘出各水头下的 曲线及各水头下的曲线及各水头下的Q11=f（P）辅助曲线。然后绘制等效率线，方法同混流式）辅助曲线。然后绘制等效率线，方法同混流式水轮机。水轮机。 等效率线计算可采用表等效率线计算可采用表8-3。( )TM 21.51119.81PD HQ( )Tf P 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 （二）轴流转浆式水轮机综合特性曲线的绘制（二）轴流转浆式水轮机综合特性曲线的绘制 2、出力限制线的绘制、出力限制线的绘制 转桨式水轮机模型综合特性曲线上不标转桨式水轮机模型综合特性曲线上不标5出力限制线，但出力限制线，但其出力限制受以下因素的影响：其出力限制受以下因素的影响： 当当HHr时，轴流转桨式水轮机最大出力受发电机额定容量时，轴流转桨式水轮机最大出力受发电机额定容量的限制。的限制。