水轮机课件——水轮机的特性曲线

空载
P
， 曲线
空载
Q
， 曲线
空载
a
， 曲线
2.转速特性曲线
水轮机的导水叶开度和水头H为某常数时，水 轮机的流量Q、出力P及效率η与转速n之间的
关系。偏离最优转速时出力、效率降低。
0 50 100 150 200 250 300 350
n
n
～ 曲线；（ ） ～ 曲线；（ ） ～ 曲线
3、水头特性曲线
0.7
a 14 18
22
等开度线 26
Q11
转桨式水轮机模型特性曲线
转桨式水轮机模型综合特性曲线上标有等效率线、等开度线、等 叶片转角线、等空化系数线。
由等线与等线可以找出导水开度与叶片转角的最佳协联方式。
3、冲击式水轮机模型综合特性曲线
冲击式水轮机模型综合特性曲线由等效率线（η＝常数）与等 开度线（喷针行程S＝常数）组成。
➢水轮机特性曲线的类型
特性曲线表达形式： 线性特性曲线：表达水轮机某2个参数之间关系的曲线：
例如：Q=f（ao）、Q 11=f（n11） 综合特性曲线：表达水轮机多参数之间相互关系的曲线：
例如： f (Q11,n11), P f (H,ao )
特性曲线表达对象： 模型特性曲线：表达模型水轮机特性的曲线，常以单位
参数为变量。如：P11=f（Q11，n11） 运转特性曲线：表达原型水轮机运转特性的曲线，以原
型参数为变量。如：P=f（H，Q）
水轮机线性特性曲线
工作特性、转速特性、水头特性
1、工作特性曲线：表示水轮机工作在固定的转速n和水头H
a 下的特性而绘制的曲线。在H、P、Q、 中任何一个为自变量的
特性曲线。有开度特性、出力特性，流量特性。
n11
a =14 18 22 24
88%90%92%
5%出力 限制线
0.2
0.25 0.30
Q11
混流式水轮机模型综合特性曲线
由等效率曲线、等开度线、等空化系数线与出力 限制线所构成。
轴流转桨式水轮机模型综合特性曲线
n11
5o 0o
5o 等叶片转角线
常数线
0.5 0.6
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 有关，它的等开度线是与Q11坐标轴垂直的直线。
n11
等开度线
88% 86% 84%82%
等效率线
s 9 11 13 15 17 19 21
Q11
4、不同类型水轮机特性曲线的比较
n1
1
低比速 混流式
冲击 式
中高比 速混流 式
轴流转 桨式
比转速升 高
• 根据模型实验所获得的数据，计算出各工况点的效率与单 位转速，绘出各导叶开度下的曲线，每个开度有一条曲线。
• 在曲线图上以为某常数作一直线，与各开度下的曲线相交， 得交点b1、b1’、b2、b2’……，找出各交点相对应的与。
• 以为横坐标，以为纵坐标绘一直角坐标系，并在其中绘出 各导叶开度的等开度线，将②中所得到的各交点按其、值 绘到坐标图中相应的等开度线上，将各点连成光滑曲线， 即得到相应于所取得效率值的一条等效率曲线。
水轮机在转速n、导水叶开度为某常数时，其 出力P、流量Q及效率η与水头H之间的关系
空载水头
水轮机模型综合特性曲线
水轮机模型综合特性曲线的特点：1）通过模型试验而获 得的水轮机特性（外特性）；2）综合表示水轮机能量指 标、空化性能等；3）以单位流量、单位转速为坐标系的 标准表达形式。在以n11、Q11为纵、横坐标轴的直角坐 标系中同时绘出等效率线、 C1， 等开度线 a C2 以
Q11
aH0
➢水轮机模型特性曲线的绘制
一、混流式水轮机模型综合特性曲线绘制
1、等Βιβλιοθήκη Baidu度线的绘制
水轮机能量实验通常是在固定H和固定ao 下，通过控制水轮机转矩 去调节水轮机的转速n，从而测得统一导叶开度下一系列工况点的 性能参数。按照个实验工况点的水头H、流量Q及转速年n，用相似 率公式可以求出各工况点的Q11和n11，将各工况点绘到图上如图所 示的坐标系，用光滑曲线将各点连接，即得到模型水轮机的等开度 线。
5. 固定叶片水轮机在部分负荷时存在一个振动区，是由于空腔 空化所造成，振动区一般在40%~55%开度范围。
➢水轮机特性曲线的意义
水轮机特性曲线与水轮机特性之间的关系 • 水轮机特性曲线是水轮机的“心电图”，它通过一些外在的现
象以图形方式表述了水轮机的特性。当一个人心脏有问题时， 可以从他的心电图上反映出来。同样，当一个水轮机有问题时， 可以从它的特性曲线上反映出来。 • 不同类型的水轮机，不同的水轮机，其特性曲线不同。 • 水轮机不同工况下，水轮机的特性不同，其特性曲线不同。 • 水轮机各种性能之间是有内在联系的，水轮机特性曲线上的各 种曲线，也有密切的内在联系。 • 水轮机特性曲线是进行水轮机造型设计，指导水轮机运行的重 要工具。
及等空化系数线 ，对C于3 转桨式水轮机还绘出等叶
片转角线，这些等值线表示出了同系列水轮机的何种主 要性能，故称之为水轮机的主要综合特性曲线。这种主 要综合特性曲线一般由模型实验的方法获得，因此，又 称之为模型综合特性曲线。
混流式水轮机模型综合特性曲线
由等效率曲线、等开度线、等空化系数线与出力限 制线所构成。
导叶开度：ao=Ｃ１； 实验水头Ｈ＝Ｃ２
模型转速n 100 150 200 250
模型流量Q 0.035 0.033 0.031 0.028
n11
50 55
60
65
Q11
160 150 140 132
…… ……. ……… ……..
等开度线绘制
ao 10
ao 20
ao 30
等开度线的绘制
等效率线的绘制
➢水轮机的特性曲线 ➢水轮机选型设计
➢水轮机的内特性与外特性
• 水轮机内特性 水轮机内部流场：转轮内部流速、压力分 布，边界层内流动，空化位置及强度。
• 水轮机外特性 水轮机所表达的性能：效率、过流量、空 蚀、振动等。
➢关于水轮机性能的概括
1. 水轮机只有一个最优工况，一般对应无撞击进口和法向出口。 偏离设计工况时，不管水头变化还是负荷（导叶开度变化）， 水轮机效率都会降低。
2. 水轮机的性能与比转速有密切关系。不同nS的水轮机，有不 同的流量特性、效率特性与空化特性不同。
3. 混流式、定桨式水轮机叶片角度不能调整，工况变化的适应 性差；转桨式水轮机可与水头、导叶开度双协联，有宽广的 高效区。
4. 水轮机的空化特性与水轮机的nS有关，同时与水轮机的工况 有关，一般在最优工况附近空化系数较小，大流量时空化系 数大，小流量和低水头时，由于偏离设计工况而产生脱流， 空化往往也会很严重。