水輪機的比轉(zhuǎn)速

1、第三節(jié) 水輪機的比轉(zhuǎn)速一、水輪機比轉(zhuǎn)速的概念水輪機的單位參數(shù)只能分別從不同的方面反映水輪機的性能。為了找到一個能綜合反映水輪機性能的單位參數(shù)，提出了比轉(zhuǎn)速的概念。由式（3-14）、式（3-16）消去可得。對于同一系列水輪機，在相似工況下其均為常數(shù)，因此，這個常數(shù)就稱為水輪機的比轉(zhuǎn)速，常用表示，即 （3-26）式（3-26）中，以r/min計；以m計；P以kw計。從上式可見，比轉(zhuǎn)速是一個與無關(guān)的綜合單位參數(shù)，它表示同一系列水輪機在1m，1kw時的轉(zhuǎn)速。如果將代入式（3-26），可導(dǎo)出的另外兩個公式。 （3-27） （3-28）另外，如果在式（3-26）中P定義為馬力，對應(yīng)比轉(zhuǎn)速(用馬力計算)與上

2、述(用千瓦計算)的換算關(guān)系為： (用馬力計算)(用千瓦計算) （3-29）將比轉(zhuǎn)速表達式作適當變換，可寫成以下公式： （3-30）用單位參數(shù)表示為： （3-31）由式（3-26）式（3-28）可見，綜合反映了水輪機工作參數(shù)之間的關(guān)系，也反映了單位參數(shù)之間的關(guān)系，因此，是一個重要的綜合參數(shù)，它代表同一系列水輪機在相似工況下運行的綜合性能。目前國內(nèi)大多采用比轉(zhuǎn)速作為水輪機系列分類的依據(jù)。但由于隨工況變化而變化，所以通常規(guī)定采用設(shè)計工況或最優(yōu)工況下的比轉(zhuǎn)速作為水輪機分類的特征參數(shù)?，F(xiàn)代各型水輪機的比轉(zhuǎn)速范圍約為：水斗式；混流式；斜流式。隨著新技術(shù)、新工藝、新材料的不斷發(fā)展和應(yīng)用，各型水輪機的比轉(zhuǎn)速值

3、也正在不斷地提高。出現(xiàn)這種趨勢的原因可從以下兩方面得以說明：1.由式（3-26）可見，當一定時，提高，對于相同尺寸的水輪機，可提高其出力，或者可采用較小尺寸的水輪機發(fā)出相同的出力。2.當一定時，提高可增大，從而可使發(fā)電機外形尺寸減小。同時可使機組零部件的受力減小，即可減小零部件的尺寸?？傊?，提高比轉(zhuǎn)速對提高機組動能效益及降低機組造價和廠房土建投資都具有重要的意義。二、比轉(zhuǎn)速與水輪機的關(guān)系1.比轉(zhuǎn)速與水輪機性能水輪機性能一般是指水輪機能量，空化等水力性能。根據(jù)統(tǒng)計資料，取水輪機額定工況的空化系數(shù)和該工況的比轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系如圖3-2所示。圖中繪出了不同形式的水輪機可能偏差的范圍。對于這樣額定工況（

4、即滿負荷）時空化系數(shù)的平均值可按經(jīng)驗公式繪出： （3-32）式（3-32）指出，隨著比轉(zhuǎn)速增加，空化系數(shù)增加。在高水頭的電站中，如采用比轉(zhuǎn)速高的水輪機，即使保證了機器的強度條件，還要有較大的淹沒深度，這顯然增加了廠房的開挖和土建投資。因此，從材料強度和抗空化性能（影響廠房投資）條件著眼，在一定的水頭段只能采用對應(yīng)合適比轉(zhuǎn)速的水輪機。圖3-2 滿負荷時空化系數(shù)與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系2.比轉(zhuǎn)速與水輪機幾何參數(shù)比轉(zhuǎn)速與水輪機的幾何參數(shù)，可從水輪機轉(zhuǎn)輪幾何形狀和使用條件來說明。不同型號的水輪機，具有不同的比轉(zhuǎn)速。由上述分析可知，水輪機的越高，則越大。在一定的流速下，其所需過流斷面的面積越大，要求導(dǎo)葉的相對高度

5、大（如圖3-3所示），轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)少，因此比轉(zhuǎn)速將直接影響轉(zhuǎn)輪的幾何形狀。圖3-3 不同比轉(zhuǎn)速的反擊式水輪機轉(zhuǎn)輪水輪機比轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)輪幾何形狀之間大致有如下的變化規(guī)律。水輪機導(dǎo)葉相對高度與比轉(zhuǎn)速的近似關(guān)系：混流式 （3-33）軸流式 （3-34）轉(zhuǎn)輪進、出口直徑比隨比轉(zhuǎn)速的增加而減小。對不同比轉(zhuǎn)速具有一個水力性能最優(yōu)的比值，其近似關(guān)系 （3-35）近代在水電工程中不斷提高同一類型水輪機的應(yīng)用水頭?；蛘哒f，對于已確定的水頭，傾向于選用更高比轉(zhuǎn)速的水輪機。例如，在世界范圍內(nèi)從6080年代，混流式水輪機應(yīng)用比轉(zhuǎn)速提高了17%，軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機提高了15%，沖擊式水輪機提高了9%，這種傾向的原因是使用高比轉(zhuǎn)速水輪機能帶來經(jīng)濟效益。因為從水輪機本身看來，隨著比轉(zhuǎn)速的提高，在相同出力與水頭條件下，能夠縮減水輪機的尺寸，這樣，能降低水輪機的成本及節(jié)約動力廠房的投資。或者，對既定的水輪機尺寸，在相等水頭條件下，提高比轉(zhuǎn)速能夠增加水輪機的出力。對于發(fā)電