7流体机械的特性曲线与运行调节(精)

7 流体机械的特性曲线与运行调节§7-1流体机械特性曲线的定义与分类流体机械的性能取决于三个基本因素：[]⎪⎩⎪⎨⎧∆）（或，，、或，），（或，—运动参数，，，—介质的物性参数，—几何参数h h p H P ，q q Q n R m v σηκμρϕα) (0 几何参数和物性参数一定时，机器的工况由H q n v 和，三个参数决定，而ση，，P 等则是工况的函数。

流体机械特性曲线的广义函数为：)(0H q n f P v ，，，，，，，，κρϕαση=H q n v 和，中只有二个是独立的自变量，当几何参数和物性参数一定时，上式自变量的数目为2~6个⎩⎨⎧常数参数为自变量，其余为综合特性曲线：取二个常数参数为自变量，其余为线型特性曲线：取一个一、线型特性曲线在线型特性曲线中只有一个自变量，选择不同的自变量就得到不同的特性曲线，如工作特性曲线和转速特性曲线等（一）泵与风机的工作特性曲线 1、v q H ~曲线 ①vT T q H ~∞∞∞=u T c u gH 221∞∞∞-=y m u ctg c u c 2222β 222b D q c vTm π=∞∞∞-=y vT T ctg b D g q u g u H 222222βπ ∞==y ctg b D g u B g u A 222222βπ；vT T Bq A H -=∞上式为一直线方程，其斜率由∞y 2β来决定。

⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧==︒>⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧====︒<==︒∞∞∞∞∞∞∞∞g u H q ctg b D u q H g u H q g u H q T vT y y vTT T vT y T vT y 22222222222220900090090时，，上升线，前弯式，当时，时，，下降线，后弯式当时，，水平线，径向式，＝当ββπββ以后弯式叶片为例：②vT T q H ~⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=====∞∞y vT T T vT T T ctg b D u q H g u KH q KH H 22222200βπ时，时，K 为滑移系数。

1<K ，且可认为在所有工况下保持不变。

③vT q H ~vTvd vd v s v w vT T q H q q q h q K h q H ~)(~223　得到处的抛物线，顶点在扣除冲击损失，过原点的抛物线　扣除沿程、局部损失曲线由⎪⎩⎪⎨⎧-==④v q H ~q q H vT 曲线扣除泄漏流量由~2、v q P ~曲线①vT T q P ~由水功率22)(10001000/vTvT y vT vT T vT T q B q A ctg KBq KA q H q P '-'=-==∞βγγ得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧︒>''︒<︒∞∞∞抛物线，功率剧变，前弯式，过原点上升抛物线，，后弯式，过升直线，径向式，过原点的上＝90),0()0,0(9090222y y y B A βββ ✧0290<∞y β，即后弯式叶片。

0'<B ，为一通过原点，与横坐标交于''BA q vT=的抛物线。

从图可以看出，功率先随流量的增加而增加，当到达某一值后，则随流量的增加而减小。

所以流量改变时，功率相对来说变化较为缓慢； ✧ 0290=∞y β，即径向式叶片，0'=B ，为一通过原点的上升的直线。

从图可以看出，功率随流量的增加而直线增加；✧0290>∞y β，即前弯式叶片，0'>B ，为一通过原点上升的抛物线。

从图可以看出，功率随流量的增加而急剧增加。

所以流量改变时，功率相对来说变化很剧烈。

对原动机的容量需很大的富余量。

对轴功率，它为水功率加上机械损失。

机械损失与流量无关。

为得到轴功率，将②vT q P ~，由轴功率M T P P P ∆+=得，M P ∆是机械损失，几乎与流量无关 ③v q P ~3、v q ~η曲线PHq v 1000γη=4、离心式泵与风机、轴流式泵与风机的性能曲线 ①离心式泵与风机2） 流量与能头曲线对后弯式叶片，总的来说能头是随流量的增加而降低，但由于结构型式和出口安装角的不同，其性能曲线也有差异。

具体可归纳为： 陡降的型式具有25~30%斜度。

较大的扬程变化对应较小的流量变化。

适于能头变化大而流量变化小的情况，如循环水泵。

✧ 平缓的型式具有8~12%斜度。

较小的扬程变化对应较大的流量变化。

适于流量变化大而要求能头变化小的情况，如锅炉给水泵。

✧ 驼峰型式其能头先随流量的增加而增加，到某一点（k ）后，随流量的增加而减小。

K 点左边的区域为不稳定工作区，易发生揣振。

2）流量与功率曲线功率随流量的增加而增加。

在0=v q 时，功率P 有最小值。

因而离心泵一般要关阀启动。

3） 流量与效率曲线效率随流量的增加而增加，到最高效率点后，效率随流量的增加而减小。

在最高效率点两侧变化较平缓，高效区较宽。

②轴流式泵与风机1）流量与能头曲线随流量的增加，扬程总的趋势是下降，且下降较快。

在vd v q q %)60~%40(=时，出现拐点。

此处性能为马鞍型。

拐点的左边为不稳定区。

2）流量与功率曲线随流量的增加，功率的趋势是下降。

当0 v q 时，功率P 有最大值，一般为d P 的二倍。

因而轴流泵一般要开阀启动，以降低启动功率。

3）流量与效率曲线与离心泵变化的规律差不多，但在在最高效率点两侧变化较陡，高效区较窄。

（二）水轮机的工作特性曲线 n H 、为常数①水轮机的输出功率为0时，有空载流量，用来克服阻力维持额定转速 ②最优流量（最高效率对应的流量）点是功率曲线与过原点的直线的切点处Hq Pv γη1000=，max max max )(1000θγηtg k q P H v ⋅=⋅=，θ—是切线与横坐标的夹角③功率的极大值称为极限功率。

在右边，流量增加，功率反而减小，调速器不能正常工作，所以，为了安全，水轮机的实际最大功率np P P 95.0max =（三）水轮机的转速特性曲线①飞逸转速：甩负荷后（零负荷力矩）调速器不能关闭导叶，用来校核转动部件的强度②⎪⎩⎪⎨⎧↓↑↑↑↑而的随，低而不变的随，中而的随，高n q n n q n n q n v s v s v s（四）不同比转速机器工作特性曲线的比较低比转速的高效区宽转浆式比定浆式高效区宽，转浆式不存在受调节性能限制的最大功率。

①⎪⎩⎪⎨⎧======循泵—　，马鞍型（陡降） 时，轴流泵，急降型时，混流泵给水泵—，缓降型时，离心泵曲线： 20)8.1~5.1(0)3.1~1.1(0~d v d v d v v H H q H H q H H q q H ②⎪⎩⎪⎨⎧开阀启动—轴流泵，下降型混流泵，平缓型关阀启动—离心泵，上升型曲线：v q P ~ ③⎪⎩⎪⎨⎧常要转浆式—轴流式，高效区窄混流式，离心式，高效区宽曲线：v q ~η二、综合特性曲线取二个参数为自变量（一）工作机的综合特性曲线变速变角（一）原动机（水轮机）的综合特性曲线1、运转特性曲线以水头H 为纵坐标、功率P 为横坐标（或以水头H 为纵坐标、流量v q 为横坐标）2、综合特性曲线以单位转速11n 为纵坐标、单位流量11Q 为横坐标水轮机的模型试验水头H保持不变；转速n流量Q改变在保持打H＝常数，改变n、Q的情况下进行。

这是因为在模型试验台上，改变水头H来进行试验将使试验装置过分复杂，甚至不可能实现；在H＝常数下，改变n，与在n＝常数下，改变H，完全可以造成相似的工况，这是由相似准则所决定的。

为了获得水轮机全部工作范围内的能量特性，必须在不同的导叶开度进行试验，即由最小开度到最大开度，在每个开度下改变转速而测定各工况下的参数值。

对转桨式水轮机，则对各不同的叶片转角 进行全特性试验。

能量试验台一般为开敞式其装置系统如图5—1所示。

水泵20向压力水箱4供水，压力水经引水管6进入模型水轮机18，水流将能量传给水轮机后即排入尾水槽10，然后流过稳流栅12、测流槽13，最后由薄壁堰14的顶上溢流并进入回水池17，从而形成水流的开敞式循环。

现对能量试验台的各组成部分分别说明如下，水轮机模型D=250mm，350mm，450mm。

(一)水轮机模型及模型机组段压力水箱与尾水槽之间有一段是供装泼水轮机模型用的，通常称为模型机组段，其中应能安装和试验不问类型和结构的水轮机模型。

模型转轮直径Dl应根据各种因素来确定。

为减小尺度效应，以及保证模型制造购准确性，从不宜太小为了避免功率消耗过大以及便于拆挽模型机组，则D1不宜过大。

经验表明，采用Dl＝250、350、460mm的模型转轮是合适的。

D1＝250mm的小能量台多用于进行初步比较性试验，而Dl＝460MM的大能量台别用于校核性试验。

近来，我国《水轮机模型试验规程》中规定，向生产上提供数据的水轮机模型直径不宜小于350mm。

(二)压力水箱压力水箱4中的水面即为上游水位，它与尾水槽内的水位形成所必须的试验水头。

压力水箱的容积应足够大。

为了在试验过程中保持水头不变，在压力水箱内设有多槽溢流筒5。

由泵供给的、比水轮机模型所需的水量多的水，越过槽顶的溢流板流入溢流筒而排入回水池17。

为了稳定水流使水轮机进口前的流速场均匀，在压力水箱内设有静水栅2。

由于对不同类型的水轮机模型，通常需要在不同的水头下进行试验，所以：多槽溢流筒的高度是可以调整的。

在每次试验前可将其高度调整好，以形成所要求的试验水头。

试验过程中，可调节闸阀21或19以保持上游水位不变。

(二)尾水槽和测流槽尾水槽10内的水面为下游水位，它与压力水池的水面共同构成试验水头。

为了保持下游水位恒定，尾水槽装有调节栅11及下游溢流板(图中未表示出)，同时尾水槽应有足够的长度。

通常，反击型水轮机模型能量试验台的水头为1—6m 。

比转速s n 越高，试验水头越低。

由水轮机模型流入尾水槽的水，一部分经调节栅11，另一部分从溢流板溢流后，皆流入测流槽13。

为了使测流堰l 4的堰顶水头平稳，在测流档内装有稳流栅12。

(四)测量系统准确测量水轮机模型试验时的参数，对保证试验结果的精度具有极其重要的意义。

系统应保让所测量参数的准确度。

水轮机能量试验主要是测定水轮机的效率QHMnQH M γπγωη30==二、测量试验步骤对涡流式和轴流定桨式水轮机，其试验步骤完全相同。

试验将在不同开度下进行。

开度的选择通常由小到大每隔2或4mm 取6—10个开度。

保持水头不变在每一选定的开度下改变制动负荷，使转速由高变低或者相反，以造成8—12个工况。

在每个工况下测定由各参数值即可。

概括起来可按下述步骤进行试验。

1．按照水泵起动的操作规程起动水泵向压力水箱供水使压力水箱中的水位达到试验水头的要求。