水輪機(jī)特性曲線

1、保證出力與額定出力之間有什么關(guān)系，他們之間的區(qū)別是什么？分別怎樣計算？保證出力指的是機(jī)組在各個運(yùn)行水頭穩(wěn)定運(yùn)行的出力范圍。有最大保證出力，也有最小保證出力。各種機(jī)型的保證出力是不一樣的。比如混流式的保證出力定義是：在最小到最大水頭范圍內(nèi)水輪機(jī)出力是45100%。那么最大保證出力就是某水頭時的100%，最小出力為最大出力的45%。保證出力受能量性能（效率），氣蝕等諸多因素的影響。例如，某水輪機(jī)出力在設(shè)計水頭下為8333kw，那么，在這個水頭下最大出力就8333kw,最小出力就是8333X45%=3750kw.。以上最大最小出力在行業(yè)規(guī)范中有具體的規(guī)定。額定出力是指機(jī)組在最優(yōu)工況點(diǎn)的出力（既選擇的

2、運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線上效率最大點(diǎn)的水頭和流量）。設(shè)計出力指的是在設(shè)計點(diǎn)的出力（設(shè)計水頭，設(shè)計流量，設(shè)計效率）。出力計算公式：N=9.81QH（千瓦）其中：9.81是水的比重常數(shù)Q通過水輪機(jī)的流量（立方米/秒）H水輪機(jī)的工作水頭（米）水輪機(jī)的工作效率（）水輪機(jī)的線型特性曲線可用轉(zhuǎn)速特性曲線、工作特性曲線及水頭特性曲線三種不同形式表示。線型特性曲線具有簡單、直觀等特點(diǎn)，所以常用來比較不同型式水輪機(jī)的特性。一、轉(zhuǎn)速特性曲線轉(zhuǎn)速特性曲線表示水輪機(jī)在導(dǎo)水葉開度 、葉片轉(zhuǎn)角 和水頭 為某常數(shù)時，其他參數(shù)與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。在水輪機(jī)的模型試驗(yàn)中，常規(guī)的做法是保持一定的水頭，通過改變軸上的負(fù)荷（力矩）來改變轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)

3、節(jié)工況的目的。故整理模型試驗(yàn)的數(shù)據(jù)時，以轉(zhuǎn)速特性曲線最為方便，水輪機(jī)的其他特性曲線，實(shí)際上都是從轉(zhuǎn)速特性曲線換算而得。如圖下圖所示。由水輪機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線可以看出水輪機(jī)在不同轉(zhuǎn)速時的流量、出力與效率，還可以看出水輪機(jī)在某開度時的最高效率、最大出力及水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速。不同比轉(zhuǎn)速的水輪機(jī)其轉(zhuǎn)速特性也不同，比較圖8-2曲線可以看出，低比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)的效率對轉(zhuǎn)速的變化比較敏感，在偏離額定轉(zhuǎn)速時，水輪機(jī)的效率下降較快；而高比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)則下降較慢。不同類型、不同比轉(zhuǎn)速的水輪機(jī)，其飛逸轉(zhuǎn)速不同。低比轉(zhuǎn)速的混流式水輪機(jī)，其飛逸轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的160左右；而高比轉(zhuǎn)速的軸流式水輪機(jī)則高達(dá)2.63.0倍的額定轉(zhuǎn)速。此外

4、，它們還具有不同的過流特性，高 水輪機(jī)的流量 隨轉(zhuǎn)速的增加而增加；而低 的水輪機(jī)流量 隨轉(zhuǎn)速變化趨勢則相反；中等 水輪機(jī)流量則幾乎不隨轉(zhuǎn)速變化。二、工作特性曲線一般說來，水電站的水輪機(jī)通常在固定的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，水頭的變化也較緩慢，但機(jī)組負(fù)荷則是經(jīng)常變化的。為表示水輪機(jī)工作在固定的轉(zhuǎn)速和水頭下的特性而繪制的曲線，即為水輪機(jī)工作特性曲線。如圖8-3所示。在水輪機(jī)的工作特性曲線上，有三個重要的特征點(diǎn)。（1）當(dāng)功率為零時，流量不為零，此處的流量 稱為空載流量，對應(yīng)的導(dǎo)葉開度稱空載開度。這時的流量很小，水流作用于轉(zhuǎn)輪的力矩僅夠克服阻力而維持轉(zhuǎn)輪以額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，沒有輸出功率。（2）效率最高點(diǎn)對應(yīng)的流量為最優(yōu)

5、流量。（3）功率曲線最高點(diǎn)處的功率，稱為極限功率，對應(yīng)的流量稱為極限流量。三種工作特性曲線可以相互轉(zhuǎn)換，將一種形式變換成任何其他一種形式。從任何一種工作特性曲線上都可輪機(jī)的空載開度及所對應(yīng)的流量，也可以看出水輪機(jī)的最優(yōu)工況所對應(yīng)的水輪機(jī)導(dǎo)水葉開度、流量與出力。三、水頭特性曲線水頭特性曲線表示水輪機(jī)在轉(zhuǎn)速、導(dǎo)水葉開度為某常數(shù)時，其流量 、出力 、效率 與水頭 之間的關(guān)系。水電站的水頭一般變化較為緩慢，因此，在短時間內(nèi)可以看作定值。但是，在比較長的的時期內(nèi)，水頭可能發(fā)生較顯著的變化。在低水頭的徑流式水電站，可能由于洪水期或電站在大負(fù)荷工況下運(yùn)行時流量的增多而使下游水位升高，或者由于防洪需要而必須降

6、低上游水位，導(dǎo)致水頭降低；在高水頭水電站，上游庫水位可能發(fā)生較大變化；在具有長引水管道的水電站，流量變化時使得引水損失發(fā)生變化，這些都能引起水輪機(jī)作用水頭的較大改變。從圖可以看出，水輪機(jī)的出力與水頭關(guān)系曲線接近于直線，各導(dǎo)葉開度下的 曲線從相應(yīng)的空載水頭點(diǎn)開始引出。在低于空載水頭時，水輪機(jī)即使在空載時也不能達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。水輪機(jī)的流量與水頭關(guān)系曲線在小開度時接近于直線，但在大開度時呈現(xiàn)非直線性。各導(dǎo)葉開度下的 曲線也從相應(yīng)的空載水頭開始引出，導(dǎo)葉開度不同時，相應(yīng)的空載水頭也不同。從水輪機(jī)效率與水頭關(guān)系曲線可以看出，當(dāng)水頭低于最高效率點(diǎn)所對應(yīng)的水頭 時，水輪機(jī)效率的變化比較急劇，而水頭高于 時，效

7、率變化較緩慢。水輪機(jī)的線型特性曲線可用轉(zhuǎn)速特性曲線、工作特性曲線及水頭特性曲線三種不同形式表示。線型特性曲線具有簡單、直觀等特點(diǎn)，所以常用來比較不同型式水輪機(jī)的特性。一、轉(zhuǎn)速特性曲線轉(zhuǎn)速特性曲線表示水輪機(jī)在導(dǎo)水葉開度、葉片轉(zhuǎn)角和水頭為某常數(shù)時，其他參數(shù)與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。在水輪機(jī)的模型試驗(yàn)中，常規(guī)的做法是保持一定的水頭，通過改變軸上的負(fù)荷（力矩）來改變轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)工況的目的。故整理模型試驗(yàn)的數(shù)據(jù)時，以轉(zhuǎn)速特性曲線最為方便，水輪機(jī)的其他特性曲線，實(shí)際上都是從轉(zhuǎn)速特性曲線換算而得。如圖下圖所示。由水輪機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線可以看出水輪機(jī)在不同轉(zhuǎn)速時的流量、出力與效率，還可以看出水輪機(jī)在某開度時的最高效率、

8、最大出力及水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速。曲線；曲線；曲線圖8-1 水輪機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線不同比轉(zhuǎn)速的水輪機(jī)其轉(zhuǎn)速特性也不同，比較圖8-2曲線可以看出，低比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)的效率對轉(zhuǎn)速的變化比較敏感，在偏離額定轉(zhuǎn)速時，水輪機(jī)的效率下降較快；而高比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)則下降較慢。不同類型、不同比轉(zhuǎn)速的水輪機(jī)，其飛逸轉(zhuǎn)速不同。低比轉(zhuǎn)速的混流式水輪機(jī)，其飛逸轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的160左右；而高比轉(zhuǎn)速的軸流式水輪機(jī)則高達(dá)2.63.0倍的額定轉(zhuǎn)速。此外，它們還具有不同的過流特性，高水輪機(jī)的流量隨轉(zhuǎn)速的增加而增加；而低的水輪機(jī)流量隨轉(zhuǎn)速變化趨勢則相反；中等水輪機(jī)流量則幾乎不隨轉(zhuǎn)速變化。圖8-2各類型水輪機(jī)轉(zhuǎn)速特性的比較二、工作特性曲線一般說來

9、，水電站的水輪機(jī)通常在固定的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，水頭的變化也較緩慢，但機(jī)組負(fù)荷則是經(jīng)常變化的。為表示水輪機(jī)工作在固定的轉(zhuǎn)速和水頭下的特性而繪制的曲線，即為水輪機(jī)工作特性曲線。如圖8-3所示。、曲線；、Q曲線；、曲線圖8-3 水輪機(jī)工作特性曲線在水輪機(jī)的工作特性曲線上，有三個重要的特征點(diǎn)。（1）當(dāng)功率為零時，流量不為零，此處的流量稱為空載流量，對應(yīng)的導(dǎo)葉開度稱空載開度。這時的流量很小，水流作用于轉(zhuǎn)輪的力矩僅夠克服阻力而維持轉(zhuǎn)輪以額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，沒有輸出功率。（2）效率最高點(diǎn)對應(yīng)的流量為最優(yōu)流量。（3）功率曲線最高點(diǎn)處的功率，稱為極限功率，對應(yīng)的流量稱為極限流量。三種工作特性曲線可以相互轉(zhuǎn)換，將一種形式變換

10、成任何其他一種形式。從任何一種工作特性曲線上都可以看出水輪機(jī)的空載開度及所對應(yīng)的流量，也可以看出水輪機(jī)的最優(yōu)工況所對應(yīng)的水輪機(jī)導(dǎo)水葉開度、流量與出力。三、水頭特性曲線水頭特性曲線表示水輪機(jī)在轉(zhuǎn)速、導(dǎo)水葉開度為某常數(shù)時，其流量、出力、效率與水頭之間的關(guān)系。水電站的水頭一般變化較為緩慢，因此，在短時間內(nèi)可以看作定值。但是，在比較長的的時期內(nèi)，水頭可能發(fā)生較顯著的變化。在低水頭的徑流式水電站，可能由于洪水期或電站在大負(fù)荷工況下運(yùn)行時流量的增多而使下游水位升高，或者由于防洪需要而必須降低上游水位，導(dǎo)致水頭降低；在高水頭水電站，上游庫水位可能發(fā)生較大變化；在具有長引水管道的水電站，流量變化時使得引水損失

11、發(fā)生變化，這些都能引起水輪機(jī)作用水頭的較大改變。從圖8-4可以看出，水輪機(jī)的出力與水頭關(guān)系曲線接近于直線，各導(dǎo)葉開度下的曲線從相應(yīng)的空載水頭點(diǎn)開始引出。在低于空載水頭時，水輪機(jī)即使在空載時也不能達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。水輪機(jī)的流量與水頭關(guān)系曲線在小開度時接近于直線，但在大開度時呈現(xiàn)非直線性。各導(dǎo)葉開度下的曲線也從相應(yīng)的空載水頭開始引出，導(dǎo)葉開度不同時，相應(yīng)的空載水頭也不同。從水輪機(jī)效率與水頭關(guān)系曲線可以看出，當(dāng)水頭低于最高效率點(diǎn)所對應(yīng)的水頭時，水輪機(jī)效率的變化比較急劇，而水頭高于時，效率變化較緩慢。曲線；曲線；曲線 圖8-4 水輪機(jī)水頭特性曲線由試驗(yàn)直接獲得水輪機(jī)的水頭特性曲線較困難，因此，通常用轉(zhuǎn)速特

12、性曲線經(jīng)相似換算求得相應(yīng)的水頭特性曲線。由水輪機(jī)的相似律可知，同一水輪機(jī)的相似律公式為（8-1）（8-2）（8-3）若已知轉(zhuǎn)速特性曲線上某工況點(diǎn)的轉(zhuǎn)速，對應(yīng)的水頭，那么在相似工況下對應(yīng)于某轉(zhuǎn)速的相應(yīng)水頭為（8-4）用式（8-4）可將轉(zhuǎn)速特性曲線上的橫坐標(biāo)上某點(diǎn)的轉(zhuǎn)速換算為轉(zhuǎn)速為時的水頭特性曲線的橫坐標(biāo)上對應(yīng)點(diǎn)的水頭。按照這種換算關(guān)系，讀出轉(zhuǎn)速特性曲線上若干點(diǎn)的轉(zhuǎn)速及其所對應(yīng)的流量、出力與效率，然后按式（8-4）換算為，再按相似公式（8-5）、（8-6）和（8-7）求出各點(diǎn)所對應(yīng)的、與，把同一導(dǎo)葉開度下的各同類點(diǎn)連成光滑曲線即轉(zhuǎn)速為時的水輪機(jī)水頭特性曲線。（8-5）（8-6）（8-7）不同的水輪機(jī)，具有不同的水頭特性。如圖8-5所示為不同類型