第五章水轮机特性曲线
水轮机的特性曲线
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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。
第五章水轮机特性曲线
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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
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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
水轮机选型设计与特性曲线绘制
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《水电站课程大作业》目录1 问题提出 (3)2 问题的分析 (3)3 水轮机选择与比较 (4)3.1 水轮机型号初选 (4)3.2 反击式水轮机的主要参数选择 (4)3.2.1 混流A253-46型水轮机 (4)3.2.2 混流A502-35型水轮机 (7)3.3 两种方案的比较分析 (9)3.4 主要结论 (10)4 蜗壳及尾水管尺寸计算与绘图 (10)4.1 蜗壳断面尺寸计算 (10)4.2 尾水管型式及尺寸计算 (12)4.2.1 尾水管型式确定 (12)4.2.2 尾水管主要尺寸的确定 (13)4.2.3 尾水管局部尺寸的确定 (13)4.3 蜗壳以及尾水管单线图绘制 (14)5 原型运转综合特性曲线的绘制 (14)5.1 等水头线的绘制 (14)5.2 等效率线的绘制 (16)5.3 出力限制线的绘制 (17)5.4 等吸出高度线的绘制 (17)5.5 运转综合特性曲线 (19)1 问题提出某坝后式电站,总装机容重为120MW,初拟装四台机组,电站最大水头H max=140m,最小水头H min=100m,加权平均水头H av=116m,计算水头H r=110m,下游水位-流量曲线如下表所列:表 1 下游水位-流量关系曲线要求:(l)确定水轮机类型及装置方式;(2)确定水轮机转轮直径D1及转速n,校核水轮机的工作范围和计算水头下的额定出力;(3)计算在设计水头下,机组发出额定出力时的允许吸出高Hs,并算出此时水轮机的安装高程。
问此工况是否是气蚀最危险工况?为什么?(4)采用圆形断面的金属蜗壳,最大包角φmax=345°,导水叶高度b0=0.224D1。
请计算蜗壳及尾水管轮廓尺寸。
并用CAD绘出蜗壳、尾水管单线图。
(5)将模型综合特性曲线转换成原型运转综合特性曲线。
2 问题的分析本题是一个水轮机选型的综合题,本题的任务要求有:◆选择水轮机的台数和单机容量;◆选择水轮机的牌号、型号及装置方式;◆确定水轮机的直径、转速、吸出高及安装高程;◆确定蜗壳及尾水管尺寸;◆绘制水轮机运转综合特性曲线;选型设计已经收集的基本资料:(1)水能规划资料◆装机容量:总装机容量为120MW,初拟四台机组;◆各种代表水头:H max=140m, H min=100m, H av=116m, H r=110m;◆下游水位与流量关系曲线(表1)。
5水轮机的相似理论和特性曲线
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水轮机的相似理论和特性曲线
• 混流式及轴流定桨式水轮机飞逸特性
水轮机的相似理论和特性曲线
轴流转桨式水轮机飞逸特 性
• 机组甩负荷,导水机构和转 叶机构同失灵,失去协联关 系:(实线) 某开度a0范围内,Ф 角越小, nrun11越大。 机组甩负荷,导水机构和转 叶机构同失灵不动,但有协 联关系: 最大nrun11不出现在最大开 度下,而是在较小开度(最 大开度70%)和较小Ф 角下。 保持协联时的飞逸转速低于 非协联时的飞逸转速。
1( - 1 -M )(0.3 0.7 5 D1M / D1 10 H M / H )
水轮机的相似理论和特性曲线
我国混流式:①H<150m时,
1( - 1 - M ) 5 D1M / D1 D1M / D1 20 H M / H
- 1 -M ) 5 ②H>150m时, 1(
11
H
Q11
Q D
2 1
(QM=Q11)
H
P11
P (PM=P11) 2 3/ 2 D1 H
水轮机的相似理论和特性曲线
同型号的水轮机在相似工况下的单位转速、单位流量、 单位功率相同,不同工况有不同的转速、流量、功率。 4、比转速 ①水轮机比转速: 水轮机特性的一个综合性参数,反映水轮机转速n、水 头H、功率P之间的关系,概括反映水轮机特性。 n P (m.kw) ns 5 / 4 H ns 3.13n11 Q11 (m.kw) 相似工况下,n11、Q11同,ns也同。 ns随工况而变,不同型水轮机性能比较,常用最优效率 工况或设计工况的比转速。
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
绘制水轮机运转综合特性曲线
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绘制水轮机运转综合特性曲线第三节绘制水轮机运转综合特性曲线一、绘制等效率线和5%出力限制线1、绘制等效率曲线η=f (H ,N )(1)列表计算。
在最小水头到最大水头的范围内,一般取3~5个水头列表进行计算,通常包括max av min H H 和、、r H H 。
对本设计,在水轮机的工作水头范围以内取五个水头H 1=H max =101m,H 2=94m,H 3=88m,H 4=H r =H av =82m,H 5=H min =78,对本设计,由于是混流式水轮机,表格的形式如表8所示。
计算时首先求出与各水头相应的n 11M 值,然后在模型主要综合特性曲线上作n 11M 等于常数的水平线,取n 11M 线与ηM=常数线的交点,依次在表8中记入ηM 、Q ′1、η和N 值。
表8 HL180水轮机运转综合特性曲线计算表转轮型号: HL180 ;D 1= 3.80 (m ); n= 166.7 r/min ;Δn 11<0.03n 110M ,可忽略;H max = 101 (m ); H r = 82 (m ); H min = 78 (m );Δη= 0.023 。
H (m ) H 1=Hmax=101 H 2=94 n 11=n D 1/H 1/2 63.03 65.34 n 11M =n 11-Δn 1163.03 65.34 工作特性曲线计算ηM(%)Η (%)Q ′1(m 3/s )N (MW )ηM(%)Η (%)Q ′1(m 3/s )N(MW )78 78.023 1.007 112.97 78 78.023 1.014 102.14 80 80.023 0.988 113.68 80 80.023 0.993 102.59 82 82.023 0.962 113.46 82 82.023 0.970 102.72 84 84.023 0.938 113.32 84 84.023 0.945 102.51 86 86.023 0.91 112.56 86 86.023 0.920 102.17 88 88.023 0.876 110.87 88 88.023 0.883 100.34 90 90.023 0.828 107.18 9090.023 0.835 97.04 91 91.023 0.793 103.79 91 91.023 0.802 94.2491 91.023 0.605 79.18 91 91.023 0.615 72.27 90 90.023 0.576 74.56 90 90.023 0.582 67.64 88 88.023 0.532 67.33 88 88.023 0.543 61.71 86 86.023 0.494 61.10 86 86.023 0.501 55.64 84 84.023 0.460 55.57 84 84.023 0.463 50.22 8282.023 0.43050.71 8282.023 0.43245.75 功率限制线计算89.22 89.243 0.844108.30 89.33 89.3530.84997.94H(m)H3=88 H4=H r=H a=82 n11=nD1/H1/267.53 69.95n11M=n11-Δn1167.53 69.95工作特性曲线计算ηM(%)Η(%)(m3/s)N(MW)ηM(%)Η(%)Q′1(m3/s)N(MW)78 78.023 1.022 93.25 78 78.023 1.024 84.04 80 80.023 1.000 93.58 80 80.023 1.003 84.43 82 82.023 0.977 93.71 82 82.023 0.978 84.38 84 84.023 0.951 93.44 84 84.023 0.957 84.58 86 86.023 0.921 92.65 86 86.023 0.924 83.61 88 88.023 0.888 91.40 88 88.023 0.889 82.3190 90.023 0.841 88.53 90 90.023 0.841 79.6491 91.023 0.811 86.32 91 91.023 0.811 77.65 91 91.023 0.640 68.12 91 91.023 0.675 64.63 90 90.023 0.600 63.16 90 90.023 0.629 59.56 88 88.023 0.558 57.44 88 88.023 0.575 53.24 86 86.023 0.500 50.30 86 86.023 0.530 47.96 84 84.023 0.464 45.59 84 84.023 0.489 43.22 82 82.023 0.439 42.11 82 82.023 0.447 38.57功率限制线计算89.42 89.443 0.851 89.01 89.37 89.393 0.857 80.58 H(m)H5=H min=78n11=nD1/H1/2n11M=n11-Δn1171.73工作特性曲线计算ηM(%)Η(%)Q′1(m3/s)N(MW)78 78.023 1.026 78.12 80 80.023 1.005 78.48 82 82.023 0.979 78.36 84 84.023 0.958 78.55 86 86.023 0.924 77.56 88 88.023 0.890 76.4590 90.023 0.844 74.1491 91.023 0.808 71.77 91 91.023 0.701 62.27 90 90.023 0.655 57.54 88 88.023 0.594 51.0286 86.023 0.546 45.8384 84.023 0.503 41.2482 82.023 0.456 36.50功率限制线计算89.33 89.353 0.860 74.99注:(1)η=ηM+Δη;(2)N=9.81Q′1D21H3/2η。
5水轮机的相似理论和特性曲线解析
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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)
水轮机运转曲线的计算方法
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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。
水轮机运转曲线的计算方法
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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。
第五章_水轮机的特性曲线
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• ③ 以n11为横坐标,以Q11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n11 、 Q11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。
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。
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
由空化系数线换算,方法同等效率线。
HS
HS=-1
n11
(H) H
Q11
Pr
HS=-1
Pr
二、转桨式水轮机运转特性曲线换算与绘制
取n11=常数线与等φ角线的交点作计算点,计算交 点效率、出力,绘制η=f(p)曲线.
n11
5o 0o
5o 等叶片转角线
常数线
0.5 0.6
0.7
12345
0.5 0.6
0.7
a 14 18
22
等开度线 26
Q11
第三节水轮机运转综合特性曲线
• 原型水轮机的运转综合特性曲线是转轮直径和转速为常数时,以水头
H、出力P为纵横坐标作出的等效率线、等吸出高度线以及出力限制
线。
模型综合特性曲线—〉原型运转综合
; n11 H ;ηm η; Q11—>P σ—>HS
角固定值时定桨特性曲线
高清图文+水轮机的相似原理、单位参数、比转速及特性曲线
![高清图文+水轮机的相似原理、单位参数、比转速及特性曲线](https://img.taocdn.com/s3/m/89d9de31ad02de80d4d840f1.png)
(二) 特性曲线:各参数之间的关系曲线 (1) 线性特性曲线:反映2~3个参数之间的关系曲线 (2) 综合特性曲线:表示多个参数之间的关系,能较
完整地描述水轮机各运行工况的特性。
当H和N一定时,ns越高,汽蚀系数越大,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。
水轮机的特性曲线及其绘制
ٛ 一、水轮机参数及特性曲线 (一) 水轮机参数:参数关系反映水轮机特性。 (1) 结构参数:转轮直径D1,导叶高度b0,导叶开度 a0,叶片转角Φ (2) 工作参数:H、Q、n 、Hs
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。
ns随工况变化,一般按H设、N额、n额确定该水轮机轮系的特征参 数。
ns
ne N e
H
5/4 r
讨论:
相似水轮机,工况相似,ns相同,不同的ns ,反 映不同轮系水轮机特征。
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。
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。
二、水轮机相似条件
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=Φ M……
(2) 对应尺寸成比例:D1/D1M=b0/b0M=a0/a0M=…….
(3) 对应部位的相对糙率相等:△/ D1=△M/D1M 几何相似的大大小小的一套水轮机系列——轮系 同一轮系的水轮机才能建立运动相似和动力相似。
→
M D 1M
5_水轮机特性与特性曲线曲线1
![5_水轮机特性与特性曲线曲线1](https://img.taocdn.com/s3/m/99427ee9524de518964b7da6.png)
电站设计中选择水轮机的基本参数、确定其合理的运行方
式都要用到水轮机特性曲线。
水轮机各参数间的相互关系比较复杂,为了明确某些 参数之间的关系,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,这种表示两个参数之间关系的特 性,可用一条曲线表示,这种曲线称为水轮机的线性特性 曲线;当需要综合考虑水轮机各参数之间的相互关系时, 则把水轮机的各种性能曲线绘于同一张图上,这种曲线称 为水轮机的综合特性曲线。 工作特性曲线 表示水轮机在水头和转速为常数时的特性的曲线称为 水轮机工作特性曲线。水轮机工作特性曲线反映了水轮机 实际运行的工作情况,可用来比较不同水轮机的工作性能。
二、水轮机的主要综合特性曲线
综合特性曲线是多参数之间的关系曲线。
以(n1',Q1')为坐标场,绘制η、a0、б等值线。
首先计算各个工况点: (1) 等开度线绘制 (2) 等效率线绘制 (3) 5%出力限制线绘制 (4) 等汽蚀线绘制
n1 n M D1M HM
Q1 QM D1M H M
原型:尺寸大,试验困难,不经济。
模型:(D : 250~460mm,H :2~6m)
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。
二、水轮机相似条件
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……
③ 根据各交点对应的 Q11 、P 值作出某 n11 下的 P f (Q 11 曲线,从曲线上找到最大单位出力P11max的对应点 P。
11
11
)
④ 以P 95%作以水平线与 P11 f (Q11 )曲线相交,得交 d ' 点,该点对应的单位流量为 Q 。 ⑤ 在模型综合特性曲线所选定的 n11 =常数线上点 绘出Q Q 点d,d点即5%出力限制线上的一个工 况点。 ⑥ 同样方法,取不同的 n11 ,并绘出所对应的出力 限制工况点,然后将这些点连成光滑曲线即水轮 机模型综合特性曲线的5%出力限制线。
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⒉ 等效率线比较
⑴ CJ式水轮机:
等效率线的 n11, Q11数值较小,
等效率线形状扁平,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(且水头变幅
小)、小流量(且负荷变
化大)的水电站。
如:曲线5
ns
n11, Q11
⑵低
等效率线的
ns 的HL式水轮机:
n11, Q11 坐标
偏低,等效率线形状如扁
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。
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 , D
1
2 , a0 , b0 ,
等。 等。
工作参数:
n, Q, H , P, H s ,
3. 流量与转速关系曲线
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。
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
0 0 0 M
原型水轮机在任意工况点的效率:
M 0
⑵ 单位参数修正计算
单位转速的修正值: T n11 n11M 1 M
原型机的单位转速:
n11T n11M n11
单位流量的修正值:
。
⑤当 a0继续 ,水轮机内的水流条件变坏,水力损失
。 ⑥ 当a0 a0 max 时, Q Qmax , 但P , , 虽有 ,但 值会
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
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。
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。
3. 流量与水头关系曲线
曲线特点:
Q f H
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, 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。
a0 不变条件下,其主要工作参数之
P f H
n
1.出力与水头关系曲线
2.效率与水头关系曲线
f H
Q f H
3.流量与水头关系曲线
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。
§5-3 水轮机的模型综合特性曲线
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。
模型综合特性曲线 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 以单位转速
n11 、单位流量
a0
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
随转速变化。
二、工作特性曲线
n 、转速
是指尺寸( D )确定的水轮机,在水头
1
关系曲线,常见的有以下。
n 不变条件下,其主要工作参数之间的
Q, , a0 f P
H
1.出力特性曲线 2. 流量特性曲线
3. 开度特性曲线
P, , a0 f Q
P, , Q f a0
”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
降低,说明水轮机越容
易发生气蚀。
⒊ 等开度曲线
曲线特征: 曲线呈规则
,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。
三、水头特性曲线
是指尺寸( D )确定的水轮机,在转速 、导叶开度
1
间的关系曲线,常见的有以下
以开度曲线为例说明:
①当 a0 0 时,Q, P,
0 。
②当 a0 a0 x (空载开度)时,水
轮机以额定转速空载运转, P, Q Qx (空载流量)
0
③当 a0 aox ,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
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。 此类曲线常用于模型试验中,试验中改 变
n
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
Q f n
过流特性。
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 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
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
a0
线的交点。
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 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。
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。
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:
max 1 1 M max 5
max
D1M D1
原、模型水轮机效率差值:
D1M HM 1 1 M max 0.3 0.7 5 10 D H 1
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
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。