水輪機特性曲線

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？保證出力指的是機組在各個運行水頭穩(wěn)定運行的出力范圍。 有最大保證出力， 也有最小保證出力。 各種機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

2、指機組在最優(yōu)工況點的出力（既選擇的運轉(zhuǎn)特性曲線上效率最大點的水 頭和流量）。設(shè)計出力指的是在設(shè)計點的出力（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 通過水輪機的流量（立方米 / 秒）H 水輪機的工作水頭（米）n水輪機的工作效率（）水輪機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，所以常用來比較不同型式水輪機的特性。一、轉(zhuǎn)速特性曲線轉(zhuǎn)速特性曲線表示水輪機在導(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。在水輪機的模型試驗中，常規(guī)的做法是保持一

3、定的水頭，通過改變軸上的負荷（力矩）來改變 轉(zhuǎn)速，達到調(diào)節(jié)工況的目的。故整理模型試驗的數(shù)據(jù)時，以轉(zhuǎn)速特性曲線最為方便，水輪機的其他特 性曲線，實際上都是從轉(zhuǎn)速特性曲線換算而得。如圖下圖所示。由水輪機轉(zhuǎn)速特性曲線可以看出水輪機在不同轉(zhuǎn)速時的流量、出力與效率，還可 以看出水輪機在某開度時的最高效率、最大出力及水輪機的飛逸轉(zhuǎn)速。W n-Q曲統(tǒng)；(0)挖"曲線；曲線SB-I水輪機轉(zhuǎn)速特牲曲錢不同比轉(zhuǎn)速的水輪機其轉(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，水輪機的效率下降較快；而高比轉(zhuǎn)速水輪機則下降較慢。不同類型、不同比轉(zhuǎn)速的水輪機

4、，其飛逸轉(zhuǎn)速不同。低比轉(zhuǎn)速的混流式水輪機，其飛逸轉(zhuǎn)速為額 定轉(zhuǎn)速的160%左右；而高比轉(zhuǎn)速的軸流式水輪機則高達 2.63.0倍的額定轉(zhuǎn)速。此外，它們還具有 不同的過流特性，高水輪機的流量 隨轉(zhuǎn)速的增加而增加；而低的水輪機流量 隨轉(zhuǎn)速變化趨勢則相反; 中等水輪機流量則幾乎不隨轉(zhuǎn)速變化。(o) n * P曲線t t. b) n -即團蠅SS-2各類型水輪機轉(zhuǎn)逵特性的比較3)0、矢ap曲線：() a. FQ曲線；)0、趴理口曲線S» ?水輪機工作特性曲線二、工作特性曲線一般說來，水電站的水輪機通常在固定的轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，水頭的變化也較緩慢，但機組負荷則是經(jīng) 常變化的。為表示水輪機工作在固定的轉(zhuǎn)

5、速和水頭下的特性而繪制的曲線，即為水輪機工作特性曲線。如圖8-3所示。在水輪機的工作特性曲線上，有三個重要的特征點。(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)效率最高點對應(yīng)的流量為最優(yōu)流量。(3)功 率曲線最高點處的功率，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 線上都可輪機的空載開度及所對應(yīng)的流量，也可以看出水輪機的最優(yōu)工況所對應(yīng)的水輪機導(dǎo)水葉開 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荷工況下運行 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發(fā)生 變化，這些都能引起水輪機作用水頭的較大改變。從圖可以看出，水輪機的出力與水頭關(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 頭點開始引出。在

7、低于空載水頭時，水輪機即使在空載時也不能達到額定轉(zhuǎn)速。水輪機的流量與水頭 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所對應(yīng)的水頭 時，水輪機效率的變化比較急劇，而水頭高于 時，效率變化較 緩慢。水輪機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，所以常用來比較不同型式水輪機的特性。一、轉(zhuǎn)速特性曲線轉(zhuǎn)速特性曲線表示水輪機在導(dǎo)水葉開度a0、葉片轉(zhuǎn)角'和水頭H為某常數(shù)時，

8、其他參數(shù)與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。在水輪機的模型試驗中，常規(guī)的做法是保持一定的水頭，通過改變軸上的負荷（力矩）來改變轉(zhuǎn)速，達到調(diào)節(jié)工況 的目的。故整理模型試驗的數(shù)據(jù)時，以轉(zhuǎn)速特性曲線最為方便，水輪機的其他特性曲線，實際上都是從轉(zhuǎn)速特性曲 線換算而得。如圖下圖所示。由水輪機轉(zhuǎn)速特性曲線可以看出水輪機在不同轉(zhuǎn)速時的流量、出力與效率，還可以看出水輪機 在某開度時的最高效率、最大出力及水輪機的飛逸轉(zhuǎn)速。n（a） nQ曲線；（b）nN曲線；（c） n 曲線圖8-1水輪機轉(zhuǎn)速特性曲線不同比轉(zhuǎn)速的水輪機其轉(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，水輪機的效

9、率下降較快；而高比轉(zhuǎn)速水輪機則下降較慢。不同類型、不同比轉(zhuǎn)速的水輪機，其飛逸轉(zhuǎn)速不同。低比轉(zhuǎn)速的混流式水輪機，其飛逸轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的 160%左右；而高比轉(zhuǎn)速的軸流式水輪機則高達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ns水輪機的流量Q隨轉(zhuǎn)速的增加而增加；而低ns的水輪機流量 Q隨轉(zhuǎn)速變化趨勢則相反；中等ns水輪機流量則幾乎不隨轉(zhuǎn)速變化。M nP曲線：（ft） “乃曲線200 a?150100500nW圖8-2 各類型水輪機轉(zhuǎn)速特性的比較、工作特性曲線一般說來，水電站的水輪機通常在固定的轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，水頭的變化也較緩慢，但機組負荷則是經(jīng)常變化的。為表示水輪機工作在固定的轉(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水輪機工作特性曲線在水輪機的工作特性曲線上，有三個重要的特征點。（1）當(dāng)功率為零時，流量不為零，此處的流量Q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）效率最高點對應(yīng)的流量為最優(yōu)流量。（3）功率曲線最高點處的功率，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以看 出水輪機的空載開度及所對

11、應(yīng)的流量，也可以看出水輪機的最優(yōu)工況所對應(yīng)的水輪機導(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在轉(zhuǎn)速、導(dǎo)水葉開度為某常數(shù)時，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荷工況下運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發(fā)生變化，這些都能引起水輪機作用水頭的較大改變。從圖8-4可以

12、看出，水輪機的出力與水頭關(guān)系曲線接近于直線，各導(dǎo)葉開度下的P = f(H )曲線從相應(yīng)的空載水頭點開始引出。在低于空載水頭時，水輪機即使在空載時也不能達到額定轉(zhuǎn)速。水輪機的流量與水頭關(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Q=f(H)曲線也從相應(yīng)的空載水頭開始引出，圖8-4水輪機水頭特性曲線由試驗直接獲得水輪機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。由水輪機的相似律可知，同一水輪機的相似律公式為衛(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的轉(zhuǎn)速n，對應(yīng)的水頭H，那么在相似工況下對應(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時的水頭特性曲線的橫坐標上對應(yīng)點 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的轉(zhuǎn)速n及其所對應(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）求出各點所對應(yīng)的Q、P與，把同一導(dǎo)葉開度用式（8-4）可將轉(zhuǎn)速特性曲線上的橫坐標上某點的轉(zhuǎn)速下的各同類點連成光滑曲線即轉(zhuǎn)速為n時的水輪機水頭特性曲線。H'Q(8-5)不同ns的水輪機，具有不同的水頭特性。如圖示了水輪機效率、出力與水頭之間的關(guān)系。P冷