水轮机特性曲线
[讲解]第三节水轮机模型综合特性曲线
第三节水轮机模型综合特性曲线水轮机主要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:①等效率线;②导叶(或喷针)等开度线;③等空化系数线;④混流式水轮机的出力限制线;⑤转桨式水轮机转轮叶片等转角线。
这种主要综合特性曲线一般由模型试验的方法获得,因此,又称为模型综合特性曲线。
不同类型的水轮机,其模型综合特性曲线具有不同的特点,掌握它们的特点,对于正确选择水轮机及分析水轮机的性能是很重要的。
下面说明几种水轮机模型综合特性曲线的特点。
一、混流式水轮机模型综合特性曲线图8-6为某混流式水轮机模型综合特性曲线,它由等效率曲线、等开度线、等空化系数线与出力限制线所构成。
图8-6 混流式水轮机模型综合特性曲线同一条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,因此水轮机具有相等的效率。
等开度线则表示模型水轮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。
等空化系数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。
由于模型水轮机的空化系数大多是通过能量法空化试验而获得的,因此,尽管等空化系数线上的工况点具有相同的空化系数,但它们的空化发生状态可能是不相同的。
混流式水轮机模型综合特性曲线上通常标有5%出力限制线,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95%时各工况点的连线。
绘制出力限制线的目的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,在超过95%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,因此水轮机的出力反而减小了,从而使调速器对水轮机的调节性能较差。
为了避开这些情况,并使水轮机具有一定的出力储备,因此,将水轮机限制在最大出力的95%(有时取97%)范围内运行。
水轮机的特性曲线
第一节 特性曲线的类型 第二节水轮机模型综合特性曲线绘制 第三节水轮机运转综合特性曲线绘制 第四节 水轮机飞逸特性 第五节 水轮机的轴向水推力
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。
曲线越大越缓 出力最大效率不一定最大
Pmax
空载开度
ao
, 曲 线
根号H=nD
Q=D方 根号H
2.转速特性曲线
P=D方H3\2
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。
Q
P
Pmax
max
转速 n
转速 n
no
转速 n
度增大好多流量和出力才增加一点
2)空载开度下,出力为零,流量为空载流量。
空载Q 空载 ao
, 曲 线
P
流量特性:1)开度增大,流量增大;2)小于空载 流量时出力效率均为零。
, 曲 线
空载流量
Q
开度特性:1)开度增大流量增大; 2小于空载 开度 时效率出力均为零;3)开度最大时,出力不一定最 大。
1.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。
n11
a=14
18
22
24 5%出力
88%90%92%
0.25 0.30
限制线
0.2
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。
水轮机特性曲线
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45~100%。
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=9.81QHη(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)η—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。
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。
第五章水轮机特性曲线
a0 f n11, Q11
形,每一条曲
线上,尽管工
况不同,但导
叶的开度值
a0
却相同。
⒋ 等转角曲线
曲线特征:
f n11, Q11
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。
⒌ 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。
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 水头特性曲线 两大类型 模型综合特性曲线 综合特性曲线 运转综合特性曲线
§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
狭长椭园,且倾斜明显,
意味着水轮机对水头变化
不敏感,而对流量变化敏
感,适用于低水头、大流
量、水头变化大,但负荷
变化小的水电站。
如:曲线2
⑸ ZZ式水轮机: 等效率线位于坐标图右 上角,等效率线形状近似 于长、短轴接近的椭园, 其效率沿纵轴与横轴变化 均较平缓,意味着水轮机 对水头和功率变化都不是 很敏感,适用于低水头、 大流量、水头和负荷变化 均较大的水电站。
”图上,尽管工况
不同,但效率值
却相同。
⒉ 等空化系数曲线
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
f n11, Q11
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
水轮机模型综合特性曲线
H、a0=const
2、水轮机的空化试验程序(闭式台)
1、根据能量试验结果,确定若干空化试验的n11 2、在每一个n11下,选定若干试验开口a0 3、调整工况参数为指定值并使之稳定 4、用真空泵逐步降低整个系统的压力,并保持H、n、 qV不变 5、测量并记录能量指标与真空度的关系
6、绘制η、P=f(σ)曲线 7、根据曲线确定σcr
第三节 特性曲线的绘制 一、试验装置与测量方法(略) 二、试验程序
1、水轮机能量试验程序
1、试验过程中H 基本不变
2、在一系列a0下进行试验 3、在每一a0个下通过改变负 荷改变转速 (工况)
4、将数据换算成单位参数
(n11、Q11、P11、η)
5、在一个a0下测量的数据可 以绘制转速特性曲线
对转桨式水轮机,应 在每一个叶片角度下 进行上述测量
模型试验曲线
飞逸转速 nR 流量随转速 变化的规律
(一)水轮机的综合特性曲线
1、综合特性曲线
等效率线 等开度线 等空化系数线 功率限制线
2、运转特性曲线
功率限制线: 电机功率限制 水轮机功率限制 混流式:Pmax 轴流转桨:a0
各种水轮机的综合特性曲线 低比速混流式
切击式水轮机
轴流定桨
轴流转桨
二、水轮机综合特性曲线的绘制
(一)定桨式水轮机 等效率线和等开度线
功率限制线
等空化系数线 根据空化试验结果
(二)转桨式水轮机综合特性曲线的绘制
不同ϕ 角的
水轮机模型试验及特性曲线的绘制
一、线型特性曲线
(一)水轮机的工作特性曲线
H、n=const,qV=f(a0)
P、η=f(qV)
1)空载流量qVxx 2)最优流量qV0 3)极限功率Pnp与极限流量 4)功率限制
第四章特性曲线及选型讲解
(沿程损失,局部损失)
第三节 水轮机的效率换算与单位参数修正
二、水轮机效率换算经验公式
1、最优工况下的效率修正
1963年国际电工委员会推荐的公式:
混流:max 1 (1 M max)5
D1M D1
4-33
轴流:max
当H一定时: ns ↑→N↑→n↑。机组尺寸缩小,投 资减少,因此提高比转速可以降低造价。
当H和N一定时,ns越高,空蚀系数越大,需要增 加厂房开挖。
比转速增加,单位流量增加,b0/D1增大,叶片数 目减少。
第三节 水轮机的效率换算与单位参数修正
一、为什么效率换算 1. 单位参数公式假定在相似工况下,η=ηM, 2.实际上η>ηM(约2%~7%)。 原因:原、模型不能做到完全相似
n1 n10 n10M n10M (
max M max
1)
其他工况时:
Q1 Q1M Q1
n1 n1M n1
在工程实践中,当 n1 0.03n10M 时,单位转速不必修正 单位流量修正值与单位流量的比值较小,一般可不修正
第四节 水轮机的主要综合特性曲线
n n H D1
N1
N D12 H 3/ 2
N N1D12 H 3/ 2
单位参数是同轮系水轮机的“代表”参数,Q1',n1' 表示水轮机的运行工况
同型号的水轮机在相似工况下的单位参数为常数,不 同工况下单位参数分别为一常数(工况不同,单 位参数不同)
在最优工况下的单位参数——最优单位参数, (Q‘10, n’10, N‘10),代表该轮系水轮机的工作性能。
水泵水轮机全特性
水泵水轮机全特性1.水泵水轮机全特性曲线抽水蓄能电站的水泵水轮机均设有活动导叶,通过导叶调节水轮机运行时的流量,故水泵水轮机的特性曲线一般为一组不同导叶开度下的全特性曲线,其区域的划分与水泵的全特性区域划分一样,只是习惯上以正常水轮机运行工况的各参数为正。
同时抽水蓄能电站一般H 也总是正值,即在实际工程中实用也就是5个工况区,即水轮机工况、水轮机制动工况、水泵工况、反水泵工况、水泵制动工况。
水泵水轮机全特性曲线表示方法通常采用1111~n Q 和1111~n M 来表示。
图3-7和图3-8所示为某抽水蓄能电站水泵水轮机的四象限特性曲线。
图3-7 水泵水轮机流量特性曲线 图3-8 水泵水轮机力矩特性曲线2.水泵水轮机全特性曲线的特点通过对不同水泵水轮机的全特性分析可以看出,水泵水轮机全特性有着下述的规律与特点:(1)在水泵工况,大开度等导叶开度曲线汇集成一簇很窄的交叉曲线,说明在此区域水泵扬程与导叶开度的关系不大,开度的改变不会造成单位转速及单位力矩的很大的变化。
当导叶开度较小区域时随着导叶开度的减小其流量曲线及力矩曲线则加速分又,说明此时的导水机构可看作是节流装置,水头损失急剧增大,从而对水泵的力矩及流量产生较大的影响。
在水泵实际运行中导叶开度将随着扬程的变化而沿各导叶开度特性曲线的外包络线变化,使得水力损失最小,也即使得水泵的效率在此工况最高。
此外,随着单位转速的增大,也即水泵扬程的减小,水泵的流量及水力矩将快速增大,所以在水泵及电动机设计时应充分考虑此时水泵的力矩特性,电动机容量应根据可能的正常运行最低扬程工况进行设计,并留有一定的裕量;同时根据导叶小开度区域力矩分散的特性,在异常低扬程起动时(如初次向上水库异常低扬程充水时)可采取关小导叶开度来限制其水力矩,即限制水泵的入力在一定范围以内。
(2)水泵制动区力矩随单位转速的减小而逐渐增大,其中沿大导叶开度线要比小导叶开度线要明显得多;另外,各导叶开度线与单位转速坐标轴的交点集中,表明水泵水轮机冰泵的零流量点与导叶开度关系不大,同时各导叶开度线的切线基本为正斜率,表明随着水泵工况反向流量的增大其制动水力矩不断增大,但水力矩的增速逐渐变缓,同时单位转速减小,转速减小的速度逐渐加快,这主要是机组转动部件及水体有着惯性力矩的抑制作用。
水泵水轮机全特性
水泵水轮机全特性1.水泵水轮机全特性曲线抽水蓄能电站的水泵水轮机均设有活动导叶,通过导叶调节水轮机运行时的流量,故水泵水轮机的特性曲线一般为一组不同导叶开度下的全特性曲线,其区域的划分与水泵的全特性区域划分一样,只是习惯上以正常水轮机运行工况的各参数为正。
同时抽水蓄能电站一般H 也总是正值,即在实际工程中实用也就是5个工况区,即水轮机工况、水轮机制动工况、水泵工况、反水泵工况、水泵制动工况。
水泵水轮机全特性曲线表示方法通常采用1111~n Q 和1111~n M 来表示。
图3-7和图3-8所示为某抽水蓄能电站水泵水轮机的四象限特性曲线。
图3-7 水泵水轮机流量特性曲线 图3-8 水泵水轮机力矩特性曲线2.水泵水轮机全特性曲线的特点通过对不同水泵水轮机的全特性分析可以看出,水泵水轮机全特性有着下述的规律与特点:(1)在水泵工况,大开度等导叶开度曲线汇集成一簇很窄的交叉曲线,说明在此区域水泵扬程与导叶开度的关系不大,开度的改变不会造成单位转速及单位力矩的很大的变化。
当导叶开度较小区域时随着导叶开度的减小其流量曲线及力矩曲线则加速分又,说明此时的导水机构可看作是节流装置,水头损失急剧增大,从而对水泵的力矩及流量产生较大的影响。
在水泵实际运行中导叶开度将随着扬程的变化而沿各导叶开度特性曲线的外包络线变化,使得水力损失最小,也即使得水泵的效率在此工况最高。
此外,随着单位转速的增大,也即水泵扬程的减小,水泵的流量及水力矩将快速增大,所以在水泵及电动机设计时应充分考虑此时水泵的力矩特性,电动机容量应根据可能的正常运行最低扬程工况进行设计,并留有一定的裕量;同时根据导叶小开度区域力矩分散的特性,在异常低扬程起动时(如初次向上水库异常低扬程充水时)可采取关小导叶开度来限制其水力矩,即限制水泵的入力在一定范围以内。
(2)水泵制动区力矩随单位转速的减小而逐渐增大,其中沿大导叶开度线要比小导叶开度线要明显得多;另外,各导叶开度线与单位转速坐标轴的交点集中,表明水泵水轮机冰泵的零流量点与导叶开度关系不大,同时各导叶开度线的切线基本为正斜率,表明随着水泵工况反向流量的增大其制动水力矩不断增大,但水力矩的增速逐渐变缓,同时单位转速减小,转速减小的速度逐渐加快,这主要是机组转动部件及水体有着惯性力矩的抑制作用。
5水轮机的相似理论和特性曲线解析
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、 η)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
η ——原水轮机的最高效率η max η M——模型最优工况效率η Mmax ②非最优工况下的换算: 采用简化的等差修正法
max M max
M
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 2~6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
④ 提高比转速——设法提高n11、Q11(研究方向) ns 3.13n11 Q11 (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)
水轮机综合特性曲线的数据拟合及其软件开发
0 引言
水 电站水 轮机 的选 用及 该 系列产 品 的设 计 依 赖
处 的 函数值 、 阶导 数 、 阶导数 都应 连 续 , 能较 一 二 就 好 地确 定所 有 内部 三次 多项 式 。MA L B T A I具 箱 中
提供 的曲线 拟合 和 曲面拟合 函数 可 以供 我们使 用 。
于模 型综 合特 性 曲线 ,水 电站计算 机 仿真 也依 赖 于 模 型综合 特性 曲线 。这 两方 面 的应用 都需 要对 综 合
特性 曲线 中的各种 特性 以数 学方 法给 出表 达式 。模
2 模 型 综 合 特 性 曲线 的 计 算 机 处 理
由于模 型综合 特性 曲线 图特性 参 数 的坐 标 与装 载 特性 曲线 图 的逻 辑 坐标不 一致 ,通 过 鼠标 点击 直 接 得到 的是 图形 的逻辑 坐标 回 而我们 需要 的是模 型 。
cnt r :os 横 、 坐标 轴 的坐 标 系( os t cnt 和 1 为 纵 即模 型综
1 水 轮 机 特 性 曲线 拟 合 的数 学 原 理
水 轮机计 算机 数 字仿 真或选 型设 计 时 ,原型 水 轮 机 的数 学模 型 一般 采用表 格 函数 或拟 合多项 式 的
形 式 .而在 技术 文件 及生 产现 场 中采用 特性 曲线 更
§
曩黪- 一
研 究 与 分 芴
Y N JU Y E A I U F N X
水轮机 综合 特性 曲 线 的数据拟 合 及其 软 件开 发
汪 洋 , 李 飞
( 三峡 大 学 电气与 新 能源信 息 学院 , 湖北 宜昌 4 30 ) 4 02
相 邻段 在 其联 结 点处 ( 即节 点 ) 阶连续 , 二 即在 节 点
水轮机运转曲线的计算方法
第五节 水轮机运转综合特性曲线及其绘制运转综合特性曲线是在转轮直径1D 和转速n 为常数时,以水头H 和出力P 为纵、横坐标而绘制的几组等值线,它包括等效率线),(H P f =η,等吸出高度线),(H P f H S =以及出力限制线。
此外,有时图中还绘有导叶等开度0a 线,转桨式水轮机的叶片等转角ϕ线等。
图8-17 水轮机的运转综合特性曲线图8-17为某混流式水轮机的运转综合特性曲线。
水轮机的运转综合特性曲线一般由模型综合特性曲线换算而来。
由水轮机相似定律可知,当水轮机的1D 、n 为常数时,具有下列关系存在。
211111)()(n nD n f H == (8-8)ηηη∆+=M (8-9) 215.1111181.9)(D H Q Q f P η== (8-10)H E f H s )(900/10)(σσσ∆+--== (8-11)根据上述关系式,可以把1111~n Q 为坐标系的模型综合特性曲线换算为以P ~H 为坐标系的运转综合特性曲线。
下面以混流式和转桨式水轮机为例,介绍如何用模型综合特性曲线绘制水轮机运转综合特性曲线。
一、混流式水轮机运转特性曲线绘制1.等效率曲线的绘制 1)计算:① 按以下两式求出水轮机原型最优工况效率0T η和效率修正值η∆。
11500)1(1D D MM T ηη--= (8-12)00M T ηηη-=∆ (8-13)为简化计算,其他工况的效率修正值也采用η∆。
② 求水轮机的最优单位转速011n 和单位转速修正值11n ∆。
③ 在最小水头min H 和最大水头max H 范围内进行分段,一般可取4~5个水头,其中包括min H 、r H 和max H ,并分别计算各水头对应应的单位转速11n 。
④ 求各选取水头相应的模型单位转速M n 11111111111n HnD n n n M ∆-=∆-= (8-14)⑤ 在模型综合特性曲线图上作各M n 11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M Q 11和M η。
第六章 水轮机特性曲线
方式。
与水轮机特性有关的参数:几何参数和工作参数。
几何特征参数:转轮直径;导水叶(或喷嘴)的开
度,对于转桨式水轮机还有叶片转角。
工作参数:水头;流量(单位流量);转速(单位
转速);效率;出力(单位出力);吸出高度和单
位轴向水推力等。
水轮机线性特性曲线:由于水轮机各参数之间的相互 关系比较复杂,为了明确某些参数间的关系,有时需 要把一些参数固定,而单独考察某两个参数之间的关 系,这种表示某两个参数之间关系的特性,是一元函 数关系,可用一条曲线表示。 水轮机综合特性曲线:当需要综合考察水轮机各参数 之间的相互关系时,把表示水轮机各种性能的曲线绘 于同一张图上。 模型综合特性曲线:单位转速为纵坐标轴、单位流量 为横坐标轴的曲线。 运转综合特性曲线:工作参数水头为纵坐标轴、出力 为横坐标轴的曲线。
水轮机要大得多,这说 明:高比转速水轮机对 于水头变化的适应性优 越于低比转速水轮机。
第三节
水轮机模型综合特性曲线
模型综合特性曲线:以单位转速、单位流量为纵、横
坐标轴的直角坐标系中同时绘出等效率曲线、等开度 曲线以及等空化系数线,对于转桨式水轮机还绘出等
叶片转角线。
一定的单位流量、单位转速值就决定了一个相似工 况,因此,可以用二者为参变量,来表示同系列水轮 机在不同工况时的情况。 不同类型的水轮机,其模型综合特性曲线具有不同
可看出水轮机在不
同转速时的流量、 出力与效率; (2) 可 看 出 水 轮 机 在某开度时的最高
效率、最大出力及
飞逸转速。
(1)低比转速水轮机对转速变化比较敏感,在偏离额定 转速时效率下降较快,而高比转速的效率下降较慢。
(2)比转速越高飞逸转速相对值越大,低比转速混流式 的相对飞逸转速为 160% 左右,而高比转速轴流式则高 达260%~300%。
水轮机的特性曲线
• 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
• 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&
• 等开度线则表示模型水轮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&
• C、在最小水头和最大水头范围内进行分段;一般可取 4~5个水头;其中包括Hmax、Hr和Hmin;并分别计算各水头 对应应的单位转速n11&
n11
nD1 H
ห้องสมุดไป่ตู้
• D、求各选取水头相应的模型单位转速&
• 3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&包括:水 头流量特性曲线、水头功率特性曲线、水头效率特性曲 线
水头流量特性曲线 水头效率特性曲线 水头功率特性曲线
、
图8-5 各类水轮机水头特性的比较
• 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
• 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&
• 2、等开度线是与Q11坐标轴垂直的直线&因为冲击式水 轮机的过流量与水轮机的转速无关;仅与喷嘴的开度有关 &
• 3、一般不标出力限制线&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;在相当大的开度 下仍不会出现单位流量增加而出力减小的情况&
• 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特 性&因此;从模型综合特性曲线上可以判别当 Q11或n11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&
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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 , ,a 0fP
PfH
2. 效率与水头关系曲线 fH
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。
3. 流量与水头关系曲线 Qf 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: 从下图可以看出,
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 Pf n
2. 效率与转速关系曲线
f n
3. 流量与转速关系曲线 Qf n
注意
不同比转速的水轮机其转速特性也不同: 从下图可以看出,
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。
思考题:为什么轴流式水轮机不绘制5% 的出力限制线?
⒋ 冲击式水轮机
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,因此,它的等开度 线是与 坐标轴垂直的直线。
思考题:冲击式水轮机为什么不绘制5% 的出力限制线和空化系数线?
二、不同型式水轮机模型综合特性曲线特征比较
⒈ 等开度线比较 ⑴ CJ式水轮机:等开度
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。
综合特性曲线
模型综合特性曲线 运转综合特性曲线
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
率曲线(等 线)、等空化系数曲线(等
线)、等开度曲线(等 a 0 线)、等转角曲
偏低,等效率线形状如扁 平椭园,意味着水轮机对 水头变化敏感,而对功率 变化不敏感,适用于高水 头、低流量、水头变化小 及负荷变化大的水电站。
如:曲线4
⑶ 中高 n s 的HL式水轮机:
等效率线在坐标上位置居中,等效率线形状 接近椭园,意味着水轮机对水头、功率变化程 度相差不大,适用于水头、流量中等范围开发 的水电站。
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
⒉ 协联工况
转浆式水轮机的转轮叶片可以改变角度, 当水轮机的工作水头或负荷发生变化时,导水 叶与叶片的协联机构,将使叶片角度作出相应 的改变,从而水轮机保持较高的工作效率,这 种运行方式保证的运行工况,称为协联工况。
协联工况包括两层含义:导水叶、转轮叶片
维持协联关系。协联工况点是指等 线和等 a 0
n1T 1 n11 M
Q1T 1Q1M 1
⒉ 工作特性曲线的计算
⑴ 在 Hmax与 Hmin之间,选取3—6个水
头值,其中应包括
Hmቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
、
ax
Hr
及
Hm
。
in
⑵ 求出与各选取水头值相对应的模型单
位转速
nD1 Hmax
n11 C1
n11M
n11T
2. 流量特性曲线 P , ,a 0fQ
3. 开度特性曲线 P ,,Q fa 0
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
QQx(空载流量)
③当 a0aox,水轮机才有功率输出, P和同时 。
④当 a0 达到某一个值时,效率出现峰值 max 。
绘制运转综合特性曲线时,首先要将模型水 轮机的参数换算成原型水轮机的工作参数,换 算中,要对换算的参数进行必要修正。
⑴ 效率修正计算 HL式、ZL式原型水轮机最优工况点(即最高
效率)效率计算分别为:
ma x11M max5
D 1M D 1
m a1 x 1 M m a 0 . x 3 0 .7 5D D 1 M 11H 0 H M 原、模型水轮机效率差值: 000M 原型水轮机在任意工况点的效率:
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 a 0 a 0 m 时 , Q a xQ m , 但 a P x ,
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。
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: D 1,D 2,a0,b0, 等。
工作参数: n,Q ,H ,P,H s,等。
综合特性参数:n1,1Q 1,1P 1,1ns, 等。
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。
fn 1,1 Q 11
⒌ 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。
5%出力限制线——限制水轮机出力的曲 线,它是在各单位转速下水轮机的出力达到最 大出力的95%时各工况点的连线。
5%出力限制线是为保证水轮机正常、稳 定的工作条件而绘制的,是人为制定的标准, 随着设计、制造技术的不断提高,安全裕量值 会适当下降,可能会有4%、3%等。
注 意:
⒈ 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。
线为垂直于 Q11 坐标轴
的直线,开度不变时, Q与n变化无关,只取 决于n喷s 针开度。 如:曲线a
⑵ 低 n s的HL式水轮机:
由于经向流道较长,转 速n增加时,转轮内水流 受的外向离心力也增加, 流动受阻,Q减小,等开 度线呈左向上倾曲线。
如:曲线b
⑶ 中高 n s 的HL式水轮机:
由于转轮流道位于经向到 轴向弯道上,水流离心力 和旋转速度对Q的影响相 当,故转速变化对流量的 影响不大,等开度线基本 上呈竖直线。
对于单调节的水轮机有四个自变量
Q ,P , fD 1 ,a 0 ,H ,n
对于双调节的水轮机有五个自变量
Q ,P , f D 1 ,a 0 ,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
如:曲线1
3. 工作特性曲线比较
HL式水轮机比转速愈高, 效率曲线愈陡,偏离最 优工况时效率下降愈大。
轴流转桨和斜流转桨水轮 机效率变化平缓,平均 效率高。
§5-4 水轮机的运转综合特性曲线
一、概念
水轮机运转综合特性曲线——以工作参数H、 P为纵、横坐标轴,绘制的几组等值的工作 参数曲线,有等效率曲线(等效率线)、等 吸出高度曲线(等吸出高度线)、出力限制 线。
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 Pf H
2.效率与水头关系曲线 f H
3.流量与水头关系曲线 Qf H
1. 出力与水头关系曲线 PfH
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。
这些曲线反映原型水轮机工作参数之间的变化 规律,可用于检查所选水轮机是否正确和指 导水轮机合理运行。
二、水轮机运转综合特性曲线的绘制
水轮机运转综合特性曲线,是根据同系列水 轮机的模型综合特性曲线,按水轮机相似理论 进行换算而绘制的。包含等效率曲线、等吸出 高度线、出力限制线。 (一)等效率曲线的绘制 ⒈ 参数修正计算
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。
⒈ 等效率曲线 fn 1,1 Q 11
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,尽管工况
不同,但效率值
却相同。
⒉ 等空化系数曲线
曲线特征: 曲线呈不规则形,每
如:曲线c
⑷ ZD式水轮机:由 于转轮流道位于轴向 弯道上,水流Q随转 速的增加而增大,等 开度线呈右向上倾斜 曲线。 如:曲线d