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(jì)算？保證出力指的是機(jī)組在各個(gè)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(shí)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(jì)水頭下為8333kw ，那么，在這個(gè)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

2、指機(jī)組在最優(yōu)工況點(diǎn)的出力（既選擇的運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線上效率最大點(diǎn)的水 頭和流量）。設(shè)計(jì)出力指的是在設(shè)計(jì)點(diǎn)的出力（設(shè)計(jì)水頭，設(shè)計(jì)流量，設(shè)計(jì)效率）。出力計(jì)算公式：N=9.81QH（千瓦）其中： 9.81 是水的比重常數(shù)Q 通過(guò)水輪機(jī)的流量（立方米 / 秒）H 水輪機(jī)的工作水頭（米）n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(jiǎn)單、直觀等特點(diǎn)，所以常用來(lái)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(kāi)度 、葉片轉(zhuǎn)角 和水頭 為某常數(shù)時(shí)，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

3、定的水頭，通過(guò)改變軸上的負(fù)荷（力矩）來(lái)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(shí)，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(shí)的流量、出力與效率，還可 以看出水輪機(jī)在某開(kāi)度時(shí)的最高效率、最大出力及水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速。W n-Q曲統(tǒng)；(0)挖"曲線；曲線SB-I水輪機(jī)轉(zhuǎn)速特牲曲錢不同比轉(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(duì)轉(zhuǎn)速的 變化比較敏感，在偏離額定轉(zhuǎn)速時(shí)，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)

4、，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(guò)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(shì)則相反; 中等水輪機(jī)流量則幾乎不隨轉(zhuǎn)速變化。(o) n * P曲線t t. b) n -即團(tuán)蠅SS-2各類型水輪機(jī)轉(zhuǎn)逵特性的比較3)0、矢ap曲線：() a. FQ曲線；)0、趴理口曲線S» ?水輪機(jī)工作特性曲線二、工作特性曲線一般說(shuō)來(lái)，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)

5、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(gè)重要的特征點(diǎn)。(1)當(dāng)功率為零時(shí)，流量不為零，此處的 流量稱為空載流量，對(duì)應(yīng)的導(dǎo)葉開(kāi)度稱空載開(kāi)度。這時(shí)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(méi)有輸出功率。(2)效率最高點(diǎn)對(duì)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(duì)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(kāi)度及所對(duì)應(yīng)的流量，也可以看出水輪機(jī)的最優(yōu)工況所對(duì)應(yīng)的水輪機(jī)導(dǎo)水葉開(kāi) 度、流量與出力。三、水頭特性

6、曲線水頭特性曲線表示水輪機(jī)在轉(zhuǎn)速、導(dǎo)水葉開(kāi)度為某常數(shù)時(shí)，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(shí)間內(nèi)可以看作定值。但是，在比較長(zhǎng)的的時(shí)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(shí)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(kù)水位可能發(fā)生較大變化；在具有長(zhǎng)引水管道的水電站，流量變化時(shí)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(kāi)度下的 曲線從相應(yīng)的空載水 頭點(diǎn)開(kāi)始引出。在

7、低于空載水頭時(shí)，水輪機(jī)即使在空載時(shí)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(kāi)度時(shí)接近于直線，但在大開(kāi)度時(shí)呈現(xiàn)非直線性。各導(dǎo)葉開(kāi)度下的曲線也從相應(yīng)的空載 水頭開(kāi)始引出，導(dǎo)葉開(kāi)度不同時(shí)，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(duì)應(yīng)的水頭 時(shí)，水輪機(jī)效率的變化比較急劇，而水頭高于 時(shí)，效率變化較 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(jiǎn)單、直觀等特點(diǎn)，所以常用來(lái)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(kāi)度a0、葉片轉(zhuǎn)角'和水頭H為某常數(shù)時(shí)，

8、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(guò)改變軸上的負(fù)荷（力矩）來(lái)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(shí)，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(shí)的流量、出力與效率，還可以看出水輪機(jī) 在某開(kāi)度時(shí)的最高效率、最大出力及水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速。n（a） nQ曲線；（b）nN曲線；（c） n 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(duì)轉(zhuǎn)速的變化比較敏感，在偏離額定轉(zhuǎn)速時(shí)，水輪機(jī)的效

9、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(guò)流特性，高ns水輪機(jī)的流量Q隨轉(zhuǎn)速的增加而增加；而低ns的水輪機(jī)流量 Q隨轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)則相反；中等ns水輪機(jī)流量則幾乎不隨轉(zhuǎn)速變化。M nP曲線：（ft） “乃曲線200 a?150100500nW圖8-2 各類型水輪機(jī)轉(zhuǎn)速特性的比較、工作特性曲線一般說(shuō)來(lái)，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

10、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。（a）Q、aP曲線；（b） a、Pq曲線；（c）Q、na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(gè)重要的特征點(diǎn)。（1）當(dāng)功率為零時(shí)，流量不為零，此處的流量Q稱為空載流量，對(duì)應(yīng)的導(dǎo)葉開(kāi)度稱空載開(kāi)度。這時(shí)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(méi)有輸出功率。（2）效率最高點(diǎn)對(duì)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(duì)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以看 出水輪機(jī)的空載開(kāi)度及所對(duì)

11、應(yīng)的流量，也可以看出水輪機(jī)的最優(yōu)工況所對(duì)應(yīng)的水輪機(jī)導(dǎo)水葉開(kāi)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(kāi)度為某常數(shù)時(shí)，其流量Q、出力P、效率 與水頭H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(shí)間內(nèi)可以看作定值。但是，在比較長(zhǎng)的的時(shí)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(shí)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(kù)水位可能發(fā)生較大變化； 在具有長(zhǎng)引水管道的水電站，流量變化時(shí)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8-4可以

12、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(kāi)度下的P = f(H )曲線從相應(yīng)的空載水頭點(diǎn)開(kāi)始引出。在低于空載水頭時(shí)，水輪機(jī)即使在空載時(shí)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(kāi)度時(shí)接近于直線， 但在大開(kāi)度時(shí)呈現(xiàn)非直線性。各導(dǎo)葉開(kāi)度下的Q=f(H)曲線也從相應(yīng)的空載水頭開(kāi)始引出，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)的相似律公式為衛(wèi)_ i HnH'( 8-1)2 一HQH(8-2)3旦2(8-3)H若已知轉(zhuǎn)速特性曲線上某工況點(diǎn)的轉(zhuǎn)速n，對(duì)應(yīng)的水頭H，那么在相似工況下對(duì)應(yīng)于某轉(zhuǎn)速n的相應(yīng)水頭為5 丿（8-4）n'換算為轉(zhuǎn)速為n時(shí)的水頭特性曲線的橫坐標(biāo)上對(duì)應(yīng)點(diǎn) 的水頭H。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n及其所對(duì)應(yīng)的流量Q'、出力P與效率，然后按式（8-4）換算為H，再按相似公式（8-5）、（ 8-6）和（8-7）求出各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的Q、P與，把同一導(dǎo)葉開(kāi)度用式（8-4）可將轉(zhuǎn)速特性曲線上的橫坐標(biāo)上某點(diǎn)的轉(zhuǎn)速下的各同類點(diǎn)連成光滑曲線即轉(zhuǎn)速為n時(shí)的水輪機(jī)水頭特性曲線。H'Q(8-5)不同ns的水輪機(jī)，具有不同的水頭特性。如圖示了水輪機(jī)效率、出力與水頭之間的關(guān)系。P冷