水轮机转轮特性表
轴流式水轮机转轮叶片的强度和刚度分析
近些 年来 ， 电站 的安 全 、 定运行 已经 越来越 引 水 稳
起人 们 的重视 。水 轮机 叶片 裂纹 、 机组 振 动 严重 超 标 等问题 频频 出现 ， 轮发 电机组各 部件 中 ， 水 转轮是 整个 机组 的心脏 ， 性能 的好 坏 ， 其 直接 关 系到 电站 的发 电能 力， 因此 ， 转轮 的安 全 、 稳定 、 高效 运行 对整 个机组 十分 重要 。笔者采 用 Ａ Ｓ Ｓ程 序 对 某 电 站原 转 轮 和改 型 ＮＹ 转轮 的机械 强度进 行 了详 细 的计 算 与分析 。
２ 有 限元 分 析条 件
由于转 轮为周 期 性 对称 结 构 ， 用 周期 性 对 称 边 采 界条件 ， 转轮 的 １５作 为计算模 型 ， 取 ／ 对结 构进 行有 限 元 刚 强度计 算分 析 ， 按实 际情 况 对计 算 模 型 进 行边 界 条件处 理 ， 转轮有 限元 网络 见 图 ２计 算 用 叶片 数据 由 ， 设 计 人员 提 供 。针 对表 ２中的 ４种情况 下 的应 力 和变 形进行 了详细的计算 分析 。
２ ｈｔ ｕ Ｐｏ ｃ Ａ ｍｎ ｔｔｅＢ ｒ ｕ ｈｎ ａｇＷａ ｒ ｅ ｕｃｓ ｏ ｍｓｏ ，Ｃ ｉ ３３２ ｈｎ） ． ｓ ｉ ｒ ｅｔ ｄ ｉｓａ ｖ ｕｅ ，Ｃ ａ￣ｉ ｔ ｓ ｒ ｍ ｉｉ ｈ ｊ ｉｒｉ ａ ｎ ｅＲ ｏ ｅ Ｃ ｓ ｎ ｈ ｉ ７０ ，Ｃｉ ｂ４ ａ
轴 流式 水 轮 机 转轮 叶片 的 强度 和 刚度 分 析
姬晋廷 ， 一 罗兴 锖 郑晓波 郭鹏程 吴树林２涂 玉平２ ， ， ， ，
（． １西安理工大学水利水电学院 ， 陕西 西安 ７０４ ； ． １０８ ２长江水利委员会 陆水试验枢纽管理局 ， 湖北 赤 壁 ４７０ ） ３３２
水轮机组运行参数
机组运行参数
1水轮发电机组技术参数
1.1水轮机技术参数
1.2发电机技术参数
1.2.2水轮发电机各部温度整定
1推力轴承双螺杆泵及高压减载装置基本参数
3发电机中性点接地变参数
2调速器系统主要技术参数
2.1调速柜设备主要参数：
2.2调速器技术参数
4主变技术参数
1.1.主变技术参数
1.1.1.主变主要技术参数
1.1.
2.冷却条件变化时负载特性表
1.1.3.主变分接开关技术参数。
1.1.4.主变冷却器主要技术参数
1.2.18kV 干式变主要技术参数1.2.1.18kV 干式变额定值
5.1快速闸门
5.2 快速闸门液压系统见表1－2
6压缩空气系统主要技术参数
7技术供水减压阀
7.2泄压安全阀
7.3滤水器主要参数
8、10kV 干式变参数
1.2.3.10kV 干式变额定值
1.2.4.干式变压器过负荷能力。
1.2.5.干式变线圈温度与风机运行状态关系表
1.2.6.照明变有载调压装置主要技术参数
1设备主要技术参数
1.1500kV GIS设备主要参数。
1.1.1SF6气室中含水量PPM参数（见表1）：
1.1.2500kV GIS组合电器设备参数（见表3）：
1.1.3隔离开关、检修接地开关、快速接地开关、电压互感器、电流互感器、SF6/空气出线套管性能参数（见表3～表6）
1.2发电机出口断路器GCB主要技术参数
1.3封闭母线IPB。
水轮机特性曲线
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。
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。
02水轮机的基本类型、构造、特性参数及附属部件全
代号 GT GD CJ XJ SJ
23
四、水轮机的型号及标称直径
• 主轴布置形式和结构特征的代号
名称 立轴 卧轴 金属蜗壳 混凝土蜗壳 明槽式 有压明槽式
代号 L W J H M My
名称 罐式 全贯流式 灯泡式 竖井式 虹吸式 轴伸式
代号 G Q P S X Z
24
四、水轮机的型号及标称直径
• 尾水管的型式
– 直锥形尾水管：结构简单，水力损失小，效率
高，但尾水管较长，适用于小型水电站
– 弯管直锥形尾水管：水力损失大，效率较低，
常用于小型卧轴混流式水轮机 – 弯肘形尾水管：适用于大中型立式机组水轮机
59
60
（二）冲击式水轮机主要过流部件
• 以水斗式水轮机为代表，冲击式水轮机的 主要过流部件有转轮、喷管、折向器、机 壳
11
冲击式水轮机的类型
• 水斗式
– 特点是由喷泉嘴出来的射流沿圆周切线方向冲 击转轮上的水斗作功。
– 水斗式水轮机是冲击式水轮机中目前应用最广 泛的一种机型。
• 斜击式：射流中心线与转轮转动平面呈斜 射角度
• 双击式：水流穿过转轮两次作用到转轮叶 片上
– 斜击、双击水轮机构造简单，效率低，用于小
型电站
水轮机水头的加权平均值
17
2.流量(m3/s)
• 单位时间内通过水轮机的水量
– Q随H、P的变化而变化，H、P一定时，Q也一 定，当H=Hr、P=P额时，Q为最大
– 在Hr、nr、Nr 运行时—— Qr
18
3.转 速
• 水轮机单位时间内旋转的次数称为水轮机 的转数，用n表示，单位为r/min。
• 正常情况下机组的转速保持为固定转速， 该转速称为额定转速，并与发电机的同步 转速相等。
水轮机组运行参数
机组运行参数
1水轮发电机组技术参数
1.1水轮机技术参数
1.2发电机技术参数
1.2.2水轮发电机各部温度整定
1推力轴承双螺杆泵及高压减载装置基本参数
3发电机中性点接地变参数
2调速器系统主要技术参数
2.1调速柜设备主要参数：
2.2调速器技术参数
4主变技术参数
1.1.主变技术参数
1.1.1.主变主要技术参数
1.1.
2.冷却条件变化时负载特性表
1.1.3.主变分接开关技术参数。
1.1.4.主变冷却器主要技术参数
1.2.18kV 干式变主要技术参数1.2.1.18kV 干式变额定值
5.1快速闸门
5.2 快速闸门液压系统见表1－2
6压缩空气系统主要技术参数
7技术供水减压阀
7.2泄压安全阀
7.3滤水器主要参数
8、10kV 干式变参数
1.2.3.10kV 干式变额定值
1.2.4.干式变压器过负荷能力。
1.2.5.干式变线圈温度与风机运行状态关系表
1.2.6.照明变有载调压装置主要技术参数
1设备主要技术参数
1.1500kV GIS设备主要参数。
1.1.1SF6气室中含水量PPM参数（见表1）：
1.1.2500kV GIS组合电器设备参数（见表3）：
1.1.3隔离开关、检修接地开关、快速接地开关、电压互感器、电流互感器、SF6/空气出线套管性能参数（见表3～表6）
1.2发电机出口断路器GCB主要技术参数
1.3封闭母线IPB。
(精品)水轮机特性及选型
三峡(9.8m,700MW)、水布垭、小湾、龙滩、向家坝、溪洛渡、锦屏二级
2 、机组台数与机电设备制造的关系 台数多→N单↓→尺寸（D1）小→制造运输容易 （相反，大机组制造困难）
3、机组台数与运行效率的关系 单台机组：？ 整个电站：台数多↑→负荷分配灵活→平均效率↑ 担任基荷：可用较少的台数，在较长时间内以最优
1)
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
综合反映参数n、H、 N之间的关系，代表
了水轮机的轮系特征。
❖ns随工况变化，用最优比转速，限制工况下 的比转速比较不同轮系水轮机性能，
❖比转速用来表示水轮机的型号，还用来划分 水轮机的类型。
❖各种类型的水轮机比转速大致范围：
➢贯流式：ns=600-1000 高 高水头小流量
➢轴流式：ns=200-850 高
几何相似的水轮机——轮系，系列，型号。
2、运动相似：
(1) 对应点的速度方向相同。 (2) 对应点的速度大小对成比例， 即速度三角形相似。
同一轮系的水轮机才能建立运动相似和动力相似。 几何相似就运动相似吗？ 同一轮系水轮机，保持运动相似——相似工况
3、动力相似
对应点所受的同名作用力方向相同、大小成比例。
D21M
hH hM H
M
2
P
或
NM
水轮机组运行参数
机组运行参数
1水轮发电机组技术参数
1.1水轮机技术参数
1.2发电机技术参数
1.2.2水轮发电机各部温度整定
1推力轴承双螺杆泵及高压减载装置基本参数
3发电机中性点接地变参数
2调速器系统主要技术参数
2.1调速柜设备主要参数：
2.2调速器技术参数
4主变技术参数
1.1.主变技术参数
1.1.1.主变主要技术参数
1.1.
2.冷却条件变化时负载特性表
1.1.3.主变分接开关技术参数。
1.1.4.主变冷却器主要技术参数
1.2.18kV 干式变主要技术参数1.2.1.18kV 干式变额定值
5.1快速闸门
5.2 快速闸门液压系统见表1－2
6压缩空气系统主要技术参数
7技术供水减压阀
7.2泄压安全阀
7.3滤水器主要参数
8、10kV 干式变参数
1.2.3.10kV 干式变额定值
1.2.4.干式变压器过负荷能力。
1.2.5.干式变线圈温度与风机运行状态关系表
1.2.6.照明变有载调压装置主要技术参数
1设备主要技术参数
1.1500kV GIS设备主要参数。
1.1.1SF6气室中含水量PPM参数（见表1）：
1.1.2500kV GIS组合电器设备参数（见表3）：
1.1.3隔离开关、检修接地开关、快速接地开关、电压互感器、电流互感器、SF6/空气出线套管性能参数（见表3～表6）
1.2发电机出口断路器GCB主要技术参数
1.3封闭母线IPB。
中小型混流式、轴流式水轮机模型参数表
中⼩型混流式、轴流式⽔轮机模型参数表中⼩型⽔轮机模型转轮参数表收集了四张新模型转轮参数表：表C.0.1-1——轴流转桨式⽔轮机新模型转轮主要参数表；表C.0.1-2——轴流定桨式⽔轮机新模型转轮主要参数表；表C.0.1-3——混流式⽔轮机新模型转轮主要参数表；表C.0.1-4——⽔⽃式⽔轮机新模型转轮主要参数表。
C.0.2 附录C各表中转轮型号及参数的符号表⽰：A——哈尔滨⼤电机研究所研制的转轮；D——东⽅电机⼚研究所研制的转轮；F——富春江⽔电设备总⼚研制的转轮；JK——中国⽔利⽔电科学研究院⽔⼒机电研究所研制的轴流转桨式转轮；JP——中国⽔利⽔电科学研究院⽔⼒机电研究所研制的轴流定桨式转轮；JF——中国⽔利⽔电科学研究院⽔⼒机电研究所研制的混流式转轮；TF——天津发电设备总⼚独有的⽔轮机转轮；CJ01——天津电⽓传动设计研究所研制的⽔⽃式转轮；0——⽔轮机活动导叶相对⾼度，即0=B 0/D 1；Z 1——转轮叶⽚数；B ——轴流式转轮轮毂⽐，即B =dB /D 1；0——⽔轮机活动导叶分布圆相对直径，即0=D 0/D 1；Z 0——⽔轮机活动导叶数；n 110——最优单位转速，r/min；Q 110——最优单位流量，m 3/s或L/s；η0——最优模型效率，%；n s0——最优⼯况⽐转速，即n s0=3.13 n 110，m·Kw；σ0——最优⼯况模型空化系数；Q 11——限制⼯况单位流量，m 3/s或L/s；η——限制⼯况模型效率，％；n s ——限制⼯况⽐转速，即n s =3.13 n 110，m·Kw；σ——限制⼯况模型空化系数；φ——轴流式转轮叶⽚转⾓，（°）；d 0——⽔⽃式转轮射流直径，mmZ 1B 0Z 01 A324-43~15430.42840.36 1.24242D179A-35~22350.440.34/0.39 1.173243JK4036~22350.440.41.167244JK412~23350.440.38 1.1625325F01-35~25350.450.4561.1632流道尺⼨序号转轮型号推荐使⽤⽔头H (m)模型转轮直径D 1(cm)6JK50916~28350.450.45 1.178247A146-46~30460.450.40/0.44 1.16328A190-46~30460.450.35/ 1.16329F23-35~30350.450.42 1.163210JK50418~30350.450.45 1.1672411JK50818~30350.450.45 1.1782412F24-35~32350.450.43 1.23213ZZ587-46~36460.37560.45/0.50 1.163214D51-35~40350.37560.45/0.50 1.162415D231-35~40350.450.40/0.49 1.2342416JK601~40350.3560.5 1.192017JK609~40350.3560.5 1.1662418JK801~40350.3580.551.1662419JK610~50350.3560.5 1.1662420A213-46~60460.3580.50/0.551.224Z 1B 0φ=5°0.41.178φ=10°0.4 1.178φ=15°0.41.178φ=0°0.41.178φ=5°0.4 1.178φ=10°0.41.178φ=0°0.41.178φ=5°0.4 1.178φ=10°0.41.178φ=0°0.41.178φ=5°0.4 1.178φ=10°0.41.178φ=5°0.351.178φ=10°0.35 1.178φ=15°0.351.178推荐使⽤模型转轮⽔头H(m)直径D 1(cm)0Z 10Z 0n 110 (r/min)1A501-33.6~4533.60.36513 1.23824812F12-35~50350.3514 1.2062483.53F13-35~50350.3514 1.2062482.24A208-35~75350.31513 1.1624795A209-35~75350.31513 1.162481.56A286-35~75350.31513 1.162477.57A296-35~75350.31513 1.18824788A110-46~80460.25141.162468序号转轮型号流道尺⼨4JP5035JP605~403518~303550.35850.35860.382JP50118~303550.3553JP50218~3035序号转轮型号推荐使⽤⽔头 H(m) 1JP4016~2240.37535模型转轮直径D 1(cm)流道尺⼨表C.0.14 ⽔⽃式⽔轮机新模型转轮主要参数表C.0.3 附录C推荐的模型转轮可供⼩型⽔电站技术改造⼯程中⽔轮机选型设计选⽤。
5_水轮机特性与特性曲线2
② 水轮机在限制工况下的效率： η=ηM+Δη (1)
ηM－为模型水轮机在限制工况下的效率。 ③ 求得的η与D1选择中所假设的η值的比较 如(1)式得到η与前计算假定的η出入太大，应将计算的η 代入式4-4重新计算。 之前假定的为：η=ηM+Δη (Δη=2~3%)
（3） 水轮机n的选择 为使水轮机在Ha下有较高的η，则应取下列情况计算n： 则根据：
一、特性曲线概述
1、研究目的：进一步分析比较原型水轮机各方案之间 的能量特性，计算水轮机能量指标，以评定所选择的水轮 机各主要参数的正确性，指导水轮机的安全运行。 2、定义：已知正常运行时，同步转速n不变，当H、N 变化时→η、σ随之变化。
反映原型水轮机在各种工况下参数之间的关系曲线， 称为水轮机特性曲线。
n1M nD1 n1 H
Hr
H
Hmin
σ Q'1
N
σ+Δσ (σ+Δσ)H
Hs
等吸出高曲线给出了水轮机在其工作范围内，各运行工 况下的最大允许吸出高HS值，其对水轮机方案的比较和确定 水轮机的安装高程有很大作用。
运转特性曲线汇总
二、轴流转浆式水轮机运转特性曲线
① 有不同的转角，所以进行效率修正时，应按不同 的转角φ计算效率修正值。即在综合特性曲线上
(4) 由公式计算出不同σ时的HS，列表4-11。
(5) 由表中对应的HS和N作各水头下的HS=f(N)辅助线， 如图4-11(a)所示。
(6) 在HS=f(N)上，作HS=C线，记下各交点坐标(H，N)， 在H-N坐标场内即可绘出等吸出高曲线HS=f(H，N)。
等吸出高度曲线计算表
Hmax Δη=
n1M
水轮机组运行参数
机组运行参数
1水轮发电机组技术参数
1.1水轮机技术参数
1.2发电机技术参数
1.2.2水轮发电机各部温度整定
1推力轴承双螺杆泵及高压减载装置基本参数
3发电机中性点接地变参数
2调速器系统主要技术参数
2.1调速柜设备主要参数：
2.2调速器技术参数
4主变技术参数
1.1.主变技术参数
1.1.1.主变主要技术参数
1.1.
2.冷却条件变化时负载特性表
1.1.3.主变分接开关技术参数。
1.1.4.主变冷却器主要技术参数
1.2.18kV 干式变主要技术参数1.2.1.18kV 干式变额定值
5.1快速闸门
5.2 快速闸门液压系统见表1－2
6压缩空气系统主要技术参数
7技术供水减压阀
7.2泄压安全阀
7.3滤水器主要参数
8、10kV 干式变参数
1.2.3.10kV 干式变额定值
1.2.4.干式变压器过负荷能力。
1.2.5.干式变线圈温度与风机运行状态关系表
1.2.6.照明变有载调压装置主要技术参数
1设备主要技术参数
1.1500kV GIS设备主要参数。
1.1.1SF6气室中含水量PPM参数（见表1）：
1.1.2500kV GIS组合电器设备参数（见表3）：
1.1.3隔离开关、检修接地开关、快速接地开关、电压互感器、电流互感器、SF6/空气出线套管性能参数（见表3～表6）
1.2发电机出口断路器GCB主要技术参数
1.3封闭母线IPB。
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。
第三章(2) 水轮机特性及选型.
*轴流定浆式：等
线是狭而长的椭圆。长轴
坐标轴成相当
与短轴相差较大，且长轴与
大的倾斜角。这反映了效率对
不敏感，而
(水头)变化
(出力)稍有变化，效率急剧降
低。这种水轮机适用于低水头、大流量、水头 变化大而负荷变化较小的水电站。
* 中高比转速混流式：等
轴与短轴相差不大，长轴与
线接近于椭圆。长
坐标轴成某一较
第五节 水轮机的特性曲线及其绘制 水轮机各参数之间的关系称为水轮机的特性，
反映参数之间的关系曲线就是水轮机的特性曲
线。然而水轮机的特性曲线有其独特的特点，
主要是它的参数太多，包括：
结构参数：导叶高度b0，转轮直径D1，导叶开度
和叶片转角
工作参数：
等；
等；
综合参数：
等；
在讲水轮机速度三角形时，我们就知道，上述参 数之间的关系可用函数关系表达： ， , ， 。
指导水电厂运行不方便。所以需将模型综合
特性曲线转换成原型水轮机运转综合特性曲
线。
运转综合特性曲线能更直观、更方便地
指导水电厂运行。
H (m) H
max 80
η =81% 83 85 87 89 90 91 92 92 9190 89
m 5 . 1 HS = 2.0m
m 5 . 2
70 60
Hmin
（二） 综合特性曲线
一、模型综合特性曲线 将坐标系 n 、 Q 换成单位参数 标场里绘制 、 ，在其坐 的等
值线图。该等值线图称为模型综合特性曲线。 对于混流式水轮机还有 95% 的出力限制线。综 合特性曲线的好处在于同一轮系的水轮机就只
有一个综合特性曲线图。水轮机模型综合性曲线+5 °
(22)--水轮机特性
所具有的转速。
2、 公式： ns
nN H 5/4
(m.kW)
3、 意义： (1) ns 表 示 水 轮 机 特 征 的 一 个 综 合 参 数 (与 D1 无 关 )， 能 将 水 轮 机 的
各个参数 n、H、 N 之间的关系综合反映出来，代表了水轮机的
轮系特征。
(2) 工况相似时， ns =常数，即 ns 不随工况变化。
模型：(D: 250～460mm，H：2～6m)快、方便，易测量数据，较 准确。
(3)相似理论 研究相似水轮机之间存在的相似规律，并确立这些参数之间的换
算关系的理论。 2、 水 轮 机 相 似 条 件
保证模型水轮机与原型水轮机相似，只有符合一定的相似条件(水流运动 相似)。
(1) 几何相似： 过流通道几何形状相似 1) 过流通道的对应角相等：βe1＝βe1M ；βe2＝βe2M ；Φ＝ΦM……
2.4.4 水轮机的模型试验
(一) 模型试验的目的、任务及类型 1、 目 的 任 务
目的：保证水轮机在工作范围内高效率、稳定运行—— 研究水轮机在各种
工况下的能量特性、汽蚀特性等—— 必须依靠水轮机模型试验(因水流在转轮
中的运动相当复杂，理论分析困难，只有在最优工况下，作些假定后才能进
行) 任务：水轮机模型试验是按一定比例将原形水轮机缩小为模型水轮机，
ZZ：高效率区范围宽，η 变化平稳，适用承担负荷变化大而频繁；
HL：变化较大，η 较 ZZ 窄。
(三) 水轮机运转特性曲线的绘制
组成：N 为横座标，H 为纵座标，绘有 η=f(H,N) Hs=f(H,N),出力限制线。 反映能量特性、汽蚀特性、运行限制范围。
HL 水轮机运转特性曲线 1、等效率线 η=f(H,N) (1)、在 Hmax,Hmin 之间，取 4～6 个 H，包括 Hmax，Hmin，Hr，Ha，绘制每个 水头下 η=f(N) (2)、作 η=η1 水平线，与 η=f(N)相交(H，N)，绘制 η=f(H,N)（上下对应）， 或列表进行，表 4-10。 2、 出 力 限 制 线 的 绘 制 水轮机在运行中， N 受发电机的额定出力和 5%出力限制线的限制 Nr=Nf/ηf，Nr 为一定值，在 H～N 坐标场中表现为一垂直线。