水轮机的相似理论和特性曲线解析课件

1、水轮机的相似理论和特性曲线一、水轮机相似律和单位参数（验证原型水轮机工作特性）模型试验原型水轮机（特性参数及其关系） 利用相似理论对模型和原型水轮机进行研究、换算。1、水轮机相似条件几何相似、运动相似、动力相似相似工况满足三个相似条件的水轮机工况。水轮机的相似理论和特性曲线2、水轮机相似定律 相似水轮机主要参数间关系定律转速相似律： 流量相似律： 功率相似律： 水轮机的相似理论和特性曲线3、单位参数 把模型试验得到的水轮机参数根据相似律转换成一个转轮直径D1=1m、水头H=1m的标准水轮机参数单位参数。便于应用、性能比较。 模型试验参数n11、Q11、P11同系列的原型水轮机参数 D1M=1m

2、、HM=1m时： （nM=n11）此式只反映水轮机速度特性 (QM=Q11) (PM=P11) 水轮机的相似理论和特性曲线 同型号的水轮机在相似工况下的单位转速、单位流量、单位功率相同，不同工况有不同的转速、流量、功率。4、比转速 水轮机比转速： 水轮机特性的一个综合性参数，反映水轮机转速n、水头H、功率P之间的关系，概括反映水轮机特性。 (m.kw) (m.kw)相似工况下，n11、Q11同，ns也同。ns随工况而变，不同型水轮机性能比较，常用最优效率工况或设计工况的比转速。水轮机的相似理论和特性曲线比转速与水轮机性能之间的关系 ns大，Q11或n11或大，则 P大、也大。（P88） 权衡能

3、量特性及空蚀性能，比转速一定要合适。 现代反击式水轮机的比转速一般不低于60m.kw,不大 于1100m.kw。比转速与水轮机型式之间的关系 高比转速水轮机低水头、大流量轴流式水轮机 中比转速水轮机中水头、中流量混流式水轮机 低比转速水轮机高水头、小流量切击式水轮机水轮机的相似理论和特性曲线 提高比转速设法提高n11、Q11（研究方向） (m.kw) 提问：为什么高比转速水轮机只适用于低水头水电站？（P88） 水轮机的相似理论和特性曲线二、水轮机相似计算 同系列水轮机相似工况下的效率是相等的，但几何相似的模型与原水轮机实际存在差异，水力损失不同，效率也不等，需修正计算。1、水轮机效率修正 水轮

4、机总效率由水力、容积、机械效率组成。水力效率（沿程、局部摩擦损失的效率）占主要作用。 最优工况下的换算： 轴流式： 水轮机的相似理论和特性曲线我国混流式：H150m时， H150m时，原水轮机的最高效率maxM模型最优工况效率Mmax 非最优工况下的换算： 采用简化的等差修正法水轮机的相似理论和特性曲线2、单位参数的修正 模型与原型水轮机效率不同，单位参数也不完全相同。 单位转速修正（P91修正式） 单位流量修正3、例析（综合应用） P92 例4-2思考练习 P107 26题反复看例4-2，理解不同工况参数的分析、计算方法.为什么高比转速水轮机只适用于低水头水电站？（P88） 水轮机的相似理论

5、和特性曲线三、水轮机特性曲线1、特性曲线含义 水轮机特性常用各种参数间的相互关系来表达，但参数间的变化关系较复杂，不便用数学式表达，而用曲线表示，这些曲线特性曲线2、特性曲线分类 线性特性曲线：两个参数间关系的曲线。分转速、 工作、水头特性曲线。 综合特性曲线：水轮机两个以上参数间关系的曲线。 分水轮机模型、运转综合特性曲线。 一般由模型试验的方法获得。水轮机的相似理论和特性曲线水轮机的相似理论和特性曲线水轮机的相似理论和特性曲线水轮机的相似理论和特性曲线水轮机的相似理论和特性曲线水轮机的相似理论和特性曲线混流式水轮机综合特性曲线包含：等效率曲线导叶等开度曲线等空化系数曲线5%功率限制线：各单

6、位转速下95%（使水轮机有一定的功率储备）最大功率工况点的连线。左侧是可运行区，右侧是不可运行区。不同工况下稳定性的等压力脉动A线飞逸特性曲线模型转轮的流道参数和模型试验条件水轮机综合特性曲线是正确选择水轮机、分析水轮机性能的依据。水轮机的相似理论和特性曲线水轮机运转综合特性曲线：用水轮机工作参数（P、H、）直接表达水轮机运行特性的曲线。选型设计中方案分析、比较的依据水电站运行管理、拟定机组的运行方式及考察机组动力特性的主要依据机组运行人员检查水轮机运行情况的依据水轮机的相似理论和特性曲线四、水轮机的飞逸转速和轴向力影响部件：机组转动部件、推力轴承、机架力学结构1、水轮机的飞逸 飞逸的产生 机

7、组运行中负荷突为零恰导水机构失灵未关 水轮机空转，转速迅速上升达到某稳定值。 这运行工况飞逸工况 此转速值飞逸转速，nrun 飞逸后果 损坏机组转动部件、轴承和固定部件 引起机组、厂房剧烈振动，发出强烈噪音水轮机的相似理论和特性曲线2、飞逸特性曲线 水轮机在不同水头、不同开度时产生的飞逸转速不同。 nrun某开度a0，负荷为零时测得的转速，即飞逸转速 根据单位飞逸转速nrun11和开度a0（或不同a0所对应的nrun11和Q11）所绘制的曲线飞逸特性曲线水轮机的相似理论和特性曲线混流式及轴流定桨式水轮机飞逸特性水轮机的相似理论和特性曲线轴流转桨式水轮机飞逸特性机组甩负荷，导水机构和转叶机构同失

8、灵，失去协联关系：（实线） 某开度a0范围内，角越小，nrun11越大。机组甩负荷，导水机构和转叶机构同失灵不动，但有协联关系： 最大nrun11不出现在最大开度下，而是在较小开度（最大开度70%）和较小角下。保持协联时的飞逸转速低于非协联时的飞逸转速。 水轮机的相似理论和特性曲线3、水轮机的飞逸转速计算 利用水轮机飞逸特性及相似关系求最大飞逸转速 nrunmax。 (r/min) 不同水轮机，nrunmax发生的条件不同，计算nrunmax及对最大单位飞逸转速nrun11max的取值方法也不同。 4、水轮机防飞逸的措施 水轮机组在飞逸工况下运行，严重影响厂房及设备安全。 我国行业要求只保证机组在飞逸工况下运行2min.水轮机的相似理论和特性曲线水电站常见措施：设置快速闸门 中低水头电站引水管上装平板快速闸门或水轮机 前装蝴蝶阀 高水头电站水轮机前装球阀增设事故配压阀 装设在导水机构接力器压力供油管上改变转轮叶片转角（效果不好）导叶自关闭（研究中）冲击式水轮机常采用折向器和反向喷嘴防飞逸。水轮机的相似理论和特性曲线5、反击式水轮机的轴向力 转轮轴向水推力反击式水轮机