第五章 水轮机的特性曲线汇总

此类曲线常用于模型试验中，试验中改
n 变
比 H 改变容易得多。
常见的有以下。 1.出力与转速关系曲线
P f n
2.效率与转速关系曲线 f n
3.流量与转速关系曲线 Q f n
注意
不同比转速的水轮机其转速特性也不同: 从图9-3可以看出，
①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，而高比转速水轮机的效率下降较慢。
率曲线（等 线）、等空化系数曲线（等
线）、等开度曲线（等 a0 线）、等转角曲
线（等 线）、5%出力限制线。
这些特性曲线能全面反映同系列水轮机的性
能，称为水轮机主要的模型综合特性曲线。
1、等效率曲线 f n11,Q11
曲线特征：曲线由内向外扩大呈“鸭蛋”形
，效率逐渐降低。说明在每一圈“鸭蛋”图上，
a 尽管工况不同，但导叶的开度值 0 却相同。
4、等转角曲线 f n11,Q11
曲线特征：曲线呈“直线”形，每一条曲
线上，尽管工况不同，但转轮叶片的转角值
却相同。
5、5%出力限制线
曲线特征：曲线呈不规则形，出力限制线把 模型综合特性曲线分成两部分，左边为工作区 域，右边为非工作区域。出力限制线上的工况 点，称为水轮机的限制工况点。
水头特性曲线
综合特性曲线运 模转 型综 综合 合特 特性 性曲 曲线 线
§5-2 水轮机的线性特性曲线
水轮机线性特性曲线——仅表示水轮机某 两个参数之间的关系曲线。
一、转速特性曲线
是指尺寸（ D1）确定的水轮机，在水 H
头 H 、导叶开度 a0 和转角 不变条
件下，其主要工作参数之间的关系曲线。
②低比转速水轮机的过流量随着转速增高而 减小，而高比转速水轮机的过流量则随转速增 高而增加。中比转速水轮机的过流量则几乎不 随转速变化。
二、工作特性曲线
n 、转是n速指尺不寸变（条D1件）下确，定其的主水要轮工机作，参在数水之头间H的
关系曲线，常见的有以下。
1.出力特性曲线 Q,, a0 f P
水轮机综合特性曲线——表示水轮机两个 以上参数之间的关系曲线。
特性曲线分为 :
工作特性曲线
线性特性曲线转速特性曲线
两大类型
水头特性曲线
综合特性曲线运 模转 型综 综合 合特 特性 性曲 曲线 线
一、水轮机的模型综合特性曲线
n 以单位转速
、单位流量
11
Q11
为纵、
横坐标轴，绘制的几组等值参数曲线，有等效
④当 a0 达到某一个值时，效率出现峰值 max 。
⑤当 a0继续 ，水轮机内的水流条件变坏，水力损失
， P 虽有 ，但 值会 。
⑥ 当a0 a0max时,Q Qmax ,但P ,
注意:
在水轮机工作特性曲线上，有三个重要的特征点 ①当出力为零时，流量不为零，此处的流量称为 空载流量，对应的导叶开度称为空载开度。此时 ，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，没有功率输出。 ②效率最高点对应的流量为最优流量。 ③出力曲线最高点处的功率，称为极限功率，对 应的流量为极限流量。 三种工作特性曲线可以相互转换。
P f H
2.效率与水头关系曲线 f H
曲线特点: 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，相反，效率变化比较缓
慢。
wenku.baidu.com.流量与水头关系曲线 Q f H
曲线特点: 在小开度时，曲线接近于直线，但在大开度 时，呈现非直线。
注意
不同比转速的水轮机其水头特性也不同: 从图9-5可以看出，
不同比转速的水轮机在偏离最优工况时，效率 下降的快慢程度不同，①高比转速水轮机在偏离 最优工况时的效率下降较慢；相反，低比转速水 轮机在偏离最优工况时的效率下降较快 。②低比 转速水轮机对应的空载水头值要比高比转速水轮 机大得多。
说明高比转速水轮机对水头的适应性优于低比 转速水轮机。
§5-3 水轮机的模型综合特性曲线
对于单调节的水轮机有四个自变量
Q, N, f D1, a0 , H, n
对于双调节的水轮机有五个自变量
Q, N, f D1, a0 , H, n,
因此，参数之间的关系较复杂，难以找出具
体的函数表达式，只能逐一分解，找出部分参数
之间的关系。
特性曲线分为 :
工作特性曲线
线性特性曲线转速特性曲线
两大类型
5%出力限制线——限制水轮机出力的曲线 ，它是各单位转速下95%最大出力工况点的连 线。
注 意：
1、不同类型的水轮机模型综合特性曲线不一样 ① HL式水轮机有：等效率线、等空化系数线、 等开度线、5%出力限制线； ② ZZ式水轮机有：等效率线、等空化系数线、 等开度线、等转角线； ③ ZD式水轮机有：等效率线、等空化系数线、 等开度线、5%出力限制线； ④ CJ式水轮机有：等效率线、等开度线（喷针 行程线S=C）； ⑤ XL式水轮机一般都是转浆式，与ZZ式水轮 机相同；
尽管工况不同，但效率值 却相同。
2、等空化系数曲线 f n11,Q11
曲线特征：曲线呈不规则形，每一条曲线 上，尽管工况不同，但空化值б却相同，空化
值б的变化规律基本上是随 Q11增加而增加，
空化性能相应降低，说明水轮机越容易发生气 蚀。
3、等开度曲线 a0 f n11,Q11
曲线特征：曲线呈规则形，每一条曲线上，
第五章 水轮机的特性曲线
§5-1 水轮机的特性曲线分类
水轮机特性曲线——表示水轮机在各种运行 工况下，特性参数之间变化规律的曲线。
用于表示水轮机特性参数的有以下几类： 几何参数 、工作参数、综合参数。
几何参数： D1, D2, a0,b0, 等。
工作参数： n,Q, H , P, Hs , 等。
综合特性参数：n11, Q11, P11, ns , 等。
2. 流量特性曲线 P,, a0 f Q 3. 开度特性曲线 P,,Q f a0
以开度曲线为例说明：
①当 a0 0 时，Q, P, 0 。
②当 a0 a0x （空载开度）时，水
轮机以额定转速空载运转，P, 0
Q Qx（空载流量）
③当 a0 aox ，水轮机才有功率输出， P和同时 。
三、水头特性曲线
n 是指尺寸（ D1 ）确定的水轮机，在转速
a 、导叶开度 不变条件下，其主要工作参数之 0
间的关系曲线，常见的有以下
1.出力与水头关系曲线 P f H
2.效率与水头关系曲线 f H
3.流量与水头关系曲线 Q f H
1.出力与水头关系曲线 P f H
曲线特点: 曲线接近于直线，各导叶下的曲线从相应的 空载水头开始引出。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。