水輪機的相似原理及特性曲線.ppt

1、水 電 站,2009年2月,浙江水專國家精品課程水電站,第三章 水輪機的相似原理及特性曲線,第一節(jié) 水輪機的相似原理概述 一、幾個基本概念 1、水輪機特性 水輪機在不同工況下運行時，各運行參數(shù)(H，Q，n，N，)及這些參數(shù)之間的關系，稱水輪機的特性。 由于水輪機水流條件復雜，研究水輪機的特性需要理論與實驗相結合。,浙江水專國家精品課程水電站,2、模型試驗 原型：尺寸大，試驗困難，不經濟。 模型：(D : 250460mm，H ：26m) 3、相似理論 研究相似水輪機之間存在的相似規(guī)律，并確立這些參數(shù)之間的換算關系的理論。,浙江水專國家精品課程水電站,二、水輪機相似條件,1、幾何相似： 過流通道

2、幾何形狀相似 (1) 過流通道的對應角相等：e1e1M ；e2e2M ；M (2) 對應尺寸成比例：D1/D1Mb0/b0Ma0/a0M. (3) 對應部位的相對糙率相等：/ D1M/D1M 幾何相似的一套水輪機系列輪系。 同一輪系的水輪機才能建立運動相似和動力相似。,浙江水專國家精品課程水電站,2、運動相似： (1) 過流通道的對應點的速度方向相同。 (2) 過流通道的對應點的速度大小對成比例，即速度三角形相似。 同一輪系水輪機，保持運動相似的工作狀況相似工況 3、動力相似 (壓力、慣性力、重力、摩擦力等) 同一輪系水輪機，水流對應點所受的同名作用力方向相同、大小成比例。,浙江水專國家精品課

3、程水電站,第二節(jié) 水輪機的相似率、單位參數(shù)和比轉速,一、水輪機的相似定律 相似定律：水輪機在相似工況下運行時，各工作參數(shù)(H、n、N、)之間的固定關系。 建立模型與原型水輪機各個參數(shù)之間的關系。 1、 轉速相似律：即原型和模型水輪機轉速之間的關系。,浙江水專國家精品課程水電站,2、流量相似律：幾何相似、相似工況下流量之間的關系。(a=aM) 3、出力相似律即原型和模型水輪機出力之間的關系。 均為固定值，QM可以測得，若0M、sM、0、j已知，可求出Q。,浙江水專國家精品課程水電站,二、單位參數(shù)(在不同輪系之間進行比較),將模型試驗結果化成為D1M=1m，HM=1m標準情況下的參數(shù)單位參數(shù)，分別

4、用 表示。 假定： (實際上，原型效率大于模型效率，需修正),浙江水專國家精品課程水電站,1、 單位流量 2、 單位轉速 3、 單位出力,浙江水專國家精品課程水電站,通常用Q1，n1 表示水輪機的運行工況。當幾何相似，單位流量和單位轉速對應相等時，兩個水輪機工況相似。 對同一輪系水輪機在不同的工況下單位參數(shù)分別為一常數(shù)(工況不同，單位參數(shù)不同)。 單位參數(shù)由模型試驗得出原形水輪機的參數(shù)(相應工況)。 水輪機在最優(yōu)工況下的單位參數(shù)最優(yōu)單位參數(shù)，用(Q10, n10, N10)表示。,浙江水專國家精品課程水電站,三、水輪機的比轉速,定義：同一輪系水輪機，當其工作水頭H=1m，出力N=1kW時，所具

5、有的轉速。 是表示水輪機特征的一個綜合參數(shù)(與D1無關)，能將水輪機的各個參數(shù)n、H、 N之間的關系綜合反映出來，代表了水輪機的輪系特征。 ns隨工況變化，一般按Hr、Ne、ne確定該水輪機輪系的特征參數(shù)。,浙江水專國家精品課程水電站,水輪機牌號中的轉輪型號，即是比轉速。 不同的輪系，有不同的比轉速。目前，各種類型的水輪機比轉速的大致范圍為： 貫流式：ns=600-1000 軸流式：ns=200-850 斜流式：ns=150-350 混流式：ns=50-300 水斗式：ns=10-35(單噴嘴),浙江水專國家精品課程水電站,不同比轉速的轉輪形狀,浙江水專國家精品課程水電站,討論： 相似水輪機，

6、工況相似，ns相同。不同的ns ，反映不同輪系水輪機特征。 當H一定時： ns Nn。機組尺寸縮小，投資減少，因此提高比轉速可以降低造價。 當H和N一定時，ns越高，空蝕系數(shù)越大，需要增加廠房開挖。 比轉速增加，單位流量增加，b0/D1增大，葉片數(shù)目減少。,浙江水專國家精品課程水電站,第三節(jié) 水輪機的效率換算與單位參數(shù)修正,一、效率換算經驗公式 前面的單位參數(shù)公式是假定在相似工況下，=M，但實際上M(約2%7%)。 其原因是： 其中/D為相對粗糙度,浙江水專國家精品課程水電站,第三節(jié) 水輪機的效率換算與單位參數(shù)修正,二、水輪機效率換算經驗公式 1、最優(yōu)工況下的效率修正 采用1963年國際電工委

7、員會推薦的公式： 混流： 軸流：,浙江水專國家精品課程水電站,2、一般工況 HL、ZD： ZZ ： 注意：軸流式水輪機，每個葉片轉角都對應一個最優(yōu)工況。 三、單位參數(shù)的修正 最優(yōu)工況時： 其他工況時：,浙江水專國家精品課程水電站,第四節(jié) 水輪機的主要綜合特性曲線,一、水輪機模型試驗簡介 目的：保證水輪機在工作范圍內高效率、穩(wěn)定運行。研究水輪機在各種工況下的能量特性、空蝕特性等。 任務：水輪機模型試驗是按一定比例將原形水輪機縮小為模型水輪機，并采用較低的模型水頭HM和較小的QM 進行試驗，測出各工況下的工作參數(shù)，然后通過相似公式換算和修正得出該輪系的綜合參數(shù)。 類型：能量試驗、空蝕試驗、飛逸試驗

8、、軸向水推力試驗等。,浙江水專國家精品課程水電站,綜合特性曲線是多參數(shù)之間的關系曲線。 以(n1,Q1)為坐標場，繪制、a0、等值線。 首先計算各個工況點: (1) 等開度線繪制 (2) 等效率線繪制 (3) 5%出力限制線繪制 (4) 等汽蝕線繪制,二、水輪機的主要綜合特性曲線,浙江水專國家精品課程水電站,混流式水輪機的模型綜合特性曲線,浙江水專國家精品課程水電站,軸流轉漿式水輪機的模型綜合特性曲線,ZZ440模型綜合曲線,浙江水專國家精品課程水電站,軸流定漿式水輪機的模型綜合特性曲線,浙江水專國家精品課程水電站,沖擊式水輪機的模型綜合特性曲線,浙江水專國家精品課程水電站,作業(yè),水輪機的相似條件和相似定律是什么？研究目的是什么？ 什