5水轮机的相似理论和特性曲线解析
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nM D1 HM
流量相似律： Q
QM
D12 D12M
H HM
功率相似律：
D12 H 3 / 2 P 2 3/ 2 PM D1M H M M
水轮机的相似理论和特性曲线
3、单位参数 把模型试验得到的水轮机参数根据相似律转换成一个 转轮直径D1=1m、水头H=1m的标准水轮机参数——单位 参数。便于应用、性能比较。 模型试验参数→n11、Q11、P11→同系列的原型水轮机 参数 D1M=1m、HM=1m时： nD1 （nM=n11）此式只反映水轮机速度特性 n
水轮机的相似理论和特性曲线
2、飞逸特性曲线 水轮机在不同水头、不同开度时产生的飞逸转速不同。 nrun D1 nrun11 H nrun——某开度a0，负荷为零时测得的转速，即飞逸 转速 根据单位飞逸转速nrun11和开度a0（或不同a0所对应 的nrun11和Q11）所绘制的曲线——飞逸特性曲线
水轮机的相似理论和特性曲线
三、水轮机特性曲线
1、特性曲线含义 水轮机特性常用各种参数间的相互关系来表达，但参 数间的变化关系较复杂，不便用数学式表达，而用曲 线表示，这些曲线——特性曲线 2、特性曲线分类 ①线性特性曲线：两个参数间关系的曲线。分转速、 工作、水头特性曲线。 ②综合特性曲线：水轮机两个以上参数间关系的曲线。 分水轮机模型、运转综合特性曲线。 一般由模型试验的方法获得。
水轮机的相似理论和特性曲线
②比转速与水轮机性能之间的关系
P 9.81QH 9.81Q11 D12 H 3 / 2
2 2 VM 1 VK ( - hw ) H 2g
ns大，Q11或n11或η大，则 P大、σ 也大。（P88） 权衡能量特性及空蚀性能，比转速一定要合适。 现代反击式水轮机的比转速一般不低于60m.kw,不大 于1100m.kw。 ③比转速与水轮机型式之间的关系 高比转速水轮机——低水头、大流量——轴流式水轮机 中比转速水轮机——中水头、中流量——混流式水轮机 低比转速水轮机——高水头、小流量——切击式水轮机
四、水轮机的飞逸转速和轴向力
影响部件：机组转动部件、推力轴承、机架力学结构 1、水轮机的飞逸 ①飞逸的产生 机组运行中→负荷突为零→恰导水机构失灵未关 →水轮机空转，转速迅速上升→达到某稳定值。 这运行工况——飞逸工况 此转速值——飞逸转速，nrun ②飞逸后果 损坏机组转动部件、轴承和固定部件 引起机组、厂房剧烈振动，发出强烈噪音
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。
1（ - 1 -M )(0.3 0.7 5 D1M / D1 10 H M / H )
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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（
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）
水轮机的相似理论和特性曲线
二、水轮机相似计算
同系列水轮机相似工况下的效率是相等的，但几何相 似的模型与原水轮机实际存在差异，水力损失不同， 效率也不等，需修正计算。 1、水轮机效率修正 水轮机总效率由水力、容积、机械效率组成。水力效 率（沿程、局部摩擦损失的效率）占主要作用。 ①最优工况下的换算： 轴流式：
水轮机的相似理论和特性曲线
一、水轮机相似律和单位参数
（验证原型水轮机工作特性）模型试验←→原型水轮机 （特性参数及其关系） 利用相似理论对模型和原型水轮机进行研究、换算。 1、水轮机相似条件 几何相似、运动相似、动力相似 相似工况——满足三个相似条件的水轮机工况。
水轮机的相似理论和特性曲线
2、水轮机相似定律 相似水轮机主要参数间关系定律 转速相似律： n D1M H
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。
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
流量相似律： Q
QM
D12 D12M
H HM
功率相似律：
D12 H 3 / 2 P 2 3/ 2 PM D1M H M M
水轮机的相似理论和特性曲线
3、单位参数 把模型试验得到的水轮机参数根据相似律转换成一个 转轮直径D1=1m、水头H=1m的标准水轮机参数——单位 参数。便于应用、性能比较。 模型试验参数→n11、Q11、P11→同系列的原型水轮机 参数 D1M=1m、HM=1m时： nD1 （nM=n11）此式只反映水轮机速度特性 n
水轮机的相似理论和特性曲线
2、飞逸特性曲线 水轮机在不同水头、不同开度时产生的飞逸转速不同。 nrun D1 nrun11 H nrun——某开度a0，负荷为零时测得的转速，即飞逸 转速 根据单位飞逸转速nrun11和开度a0（或不同a0所对应 的nrun11和Q11）所绘制的曲线——飞逸特性曲线
水轮机的相似理论和特性曲线
三、水轮机特性曲线
1、特性曲线含义 水轮机特性常用各种参数间的相互关系来表达，但参 数间的变化关系较复杂，不便用数学式表达，而用曲 线表示，这些曲线——特性曲线 2、特性曲线分类 ①线性特性曲线：两个参数间关系的曲线。分转速、 工作、水头特性曲线。 ②综合特性曲线：水轮机两个以上参数间关系的曲线。 分水轮机模型、运转综合特性曲线。 一般由模型试验的方法获得。
水轮机的相似理论和特性曲线
②比转速与水轮机性能之间的关系
P 9.81QH 9.81Q11 D12 H 3 / 2
2 2 VM 1 VK ( - hw ) H 2g
ns大，Q11或n11或η大，则 P大、σ 也大。（P88） 权衡能量特性及空蚀性能，比转速一定要合适。 现代反击式水轮机的比转速一般不低于60m.kw,不大 于1100m.kw。 ③比转速与水轮机型式之间的关系 高比转速水轮机——低水头、大流量——轴流式水轮机 中比转速水轮机——中水头、中流量——混流式水轮机 低比转速水轮机——高水头、小流量——切击式水轮机
四、水轮机的飞逸转速和轴向力
影响部件：机组转动部件、推力轴承、机架力学结构 1、水轮机的飞逸 ①飞逸的产生 机组运行中→负荷突为零→恰导水机构失灵未关 →水轮机空转，转速迅速上升→达到某稳定值。 这运行工况——飞逸工况 此转速值——飞逸转速，nrun ②飞逸后果 损坏机组转动部件、轴承和固定部件 引起机组、厂房剧烈振动，发出强烈噪音
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。
1（ - 1 -M )(0.3 0.7 5 D1M / D1 10 H M / H )
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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（
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）
水轮机的相似理论和特性曲线
二、水轮机相似计算
同系列水轮机相似工况下的效率是相等的，但几何相 似的模型与原水轮机实际存在差异，水力损失不同， 效率也不等，需修正计算。 1、水轮机效率修正 水轮机总效率由水力、容积、机械效率组成。水力效 率（沿程、局部摩擦损失的效率）占主要作用。 ①最优工况下的换算： 轴流式：
水轮机的相似理论和特性曲线
一、水轮机相似律和单位参数
（验证原型水轮机工作特性）模型试验←→原型水轮机 （特性参数及其关系） 利用相似理论对模型和原型水轮机进行研究、换算。 1、水轮机相似条件 几何相似、运动相似、动力相似 相似工况——满足三个相似条件的水轮机工况。
水轮机的相似理论和特性曲线
2、水轮机相似定律 相似水轮机主要参数间关系定律 转速相似律： n D1M H
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。
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