水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)曲線的計(jì)算方法參考資料

1、第五節(jié)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線及其繪制運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線是在轉(zhuǎn)輪直徑 Di和轉(zhuǎn)速n為常數(shù)時(shí)，以水頭H和出力P為縱、橫坐 標(biāo)而繪制的幾組等值線，它包括等效率線 二f (P,H )，等吸出高度線Hs = f (P,H)以及 出力限制線。此外，有時(shí)圖中還繪有導(dǎo)葉等開(kāi)度 ao線，轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的葉片等轉(zhuǎn)角 線等。丄1n5宅. I - - r I 一圖8-17水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線圖8-17為某混流式水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線。水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線一般由模 型綜合特性曲線換算而來(lái)。由水輪機(jī)相似定律可知，當(dāng)水輪機(jī)的Di、n為常數(shù)時(shí)，具有下列關(guān)系存在。H = f(nn (-D1)2(8-8)(8-9)(8-1

2、0)(8-11)P H為坐nii二 MP = f (Q119.81Q11H 1.5 D；Hs = f (二)=10_E/900_W *)H根據(jù)上述關(guān)系式，可以把 Qn n11為坐標(biāo)系的模型綜合特性曲線換算為以 標(biāo)系的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線。下面以混流式和轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)為例，介紹如何用模型綜合特性曲線繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合 特性曲線。一、混流式水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線繪制1.等效率曲線的繪制1)計(jì)算: 按以下兩式求出水輪機(jī)原型最優(yōu)工況效率TO和效率修正值八。(8-12)(8-13)0）瞪=T0 一 M0為簡(jiǎn)化計(jì)算，其他工況的效率修正值也采用厶。 求水輪機(jī)的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速niio和單位轉(zhuǎn)速修正值 匚門(mén)11。 在最小水

3、頭H min和最大水頭H max范圍內(nèi)進(jìn)行分段，一般可取 45個(gè)水頭，其中包括H min、H r和H max，并分別計(jì)算各水頭對(duì)應(yīng)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速n11。求各選取水頭相應(yīng)的模型單位轉(zhuǎn)速n 11M = n 11 -n11nuMnD1H-八 n11(8-14) 在模型綜合特性曲線圖上作各n11M的水平線，得到與模型綜合特性曲線等效率曲線交點(diǎn)的坐標(biāo)值 Q11M和M。因單位流量一般不需修正，所以Q11 = Q11M。 求原型水輪機(jī)效率=M '。21 5 求原型水輪機(jī)出力P =9.81D1 H - Q11。等效率曲線計(jì)算時(shí)，可按表8-1的格式進(jìn)行。表8-1等效率曲線計(jì)算表在5%出力限制線上2）繪制：

4、等效率曲線由工作特性曲線繪制而成，繪圖時(shí)可放在工作特性曲線下面，并取比例相同的橫坐標(biāo)。具體步驟如下： 繪制工作特性曲線二f（P）。將表8-1中的 和P兩項(xiàng)，以 為縱坐標(biāo)，P為橫坐標(biāo)，對(duì)不同水頭繪制工作特性曲線二f（P），如圖8-18（a）。 在工作水頭范圍內(nèi)繪出所取各水頭的水平線，如圖8-18 （b）中的H max、Hr和Hmin。 在 =f（P）曲線上，將 取整百分?jǐn)?shù)的效率值繪制水平線，使其與各水頭（Hmax、Hr和H min ）的 二f （P）曲線相交得出各點(diǎn)的 H、P值，并將它點(diǎn)畫(huà)在H P坐 標(biāo)圖上。 再將同一效率下的各點(diǎn)連成光滑的曲線，即為某個(gè)值的等效率曲線，（a） p曲線（b）Hp曲

5、線圖8-18等效率線的繪制（a） toh曲線（b） Poh曲線圖8-19確定等效率線拐點(diǎn)的輔助曲線如圖8-18 （b）中的 =91%。通過(guò)上述步驟，同樣也可繪出其它效率值的等效率曲線。 在圖8-18（b）中，等效率曲線有一個(gè)拐點(diǎn) A，為了繪出拐點(diǎn)，可根據(jù)工作特性曲線中各水頭 下的最高效率值to及出力R作出to H曲線（見(jiàn)圖 8-19 （a）及R H曲線見(jiàn)圖8-19（b），需要確定某效率線（例如其效率為a ）的拐點(diǎn)時(shí)，可根據(jù)效率值從兩圖上分別查出拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的水頭 Ha與出力FA。2 機(jī)組出力限制線的繪制機(jī)組出力限制線，由發(fā)電機(jī)額定出力和水輪機(jī)出力限制線兩部分組成。1）發(fā)電機(jī)出力限制線。當(dāng)水頭 H

6、 - Hr時(shí)，水輪機(jī)出力受到發(fā)電機(jī)出力的限制。發(fā)電 機(jī)的額定出力與水頭無(wú)關(guān)，在一定的功率因數(shù)下，它的額定出力為常數(shù)，因此在運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特 性曲線圖上為一垂直線，如圖8-20所示：圖8-20 原型水輪機(jī)的出力限制線2）水輪機(jī)出力限制線。當(dāng)H - Hr時(shí)，水輪機(jī)的出力受5%出力限制線的限制?；炝魇剿啓C(jī)的出力限制線，通常根據(jù)模型綜合特性曲線上的5%出力限制線進(jìn)行繪制。繪制方法一般是求出與H min和H r相對(duì)應(yīng)的水輪機(jī)出力 Pmin、R ,將A點(diǎn)（Hr、Pr ） B點(diǎn)（H麗、 Pmin ）在圖8-20上連成一條斜線，即為水輪機(jī)出力限制線。具體計(jì)算可在等效率曲線計(jì)算 表8-1出力限制線一欄中進(jìn)行。發(fā)電機(jī)

7、與水輪機(jī)出力限制線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的水頭，即為水輪機(jī)設(shè)計(jì)水頭。H s，等Hs線是根據(jù)模型3.等吸出高度線的繪制等吸出高度線表達(dá)水輪機(jī)在各運(yùn)行工況的最大允許吸出高度綜合特性曲線的等 二線換算而求得的，計(jì)算 Hs與繪制等線的步驟如下:1）計(jì)算各水頭相應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速n11M，在模型綜合特性曲線上過(guò)各n11M作水平線與各值。等二線相交，記下各交點(diǎn)的C, Q11, M2）根據(jù)吸出高度計(jì)算式(8-14)Hs =10/900_（二 v）H計(jì)算各點(diǎn)H s，并計(jì)算各點(diǎn)出力3）根據(jù)各工況點(diǎn)的Hs、P，繪出各水頭下的Hs = f （P）曲線，如圖8-21 （a）所示。4） 在Hs = f（P）曲線圖上取某Hs值（例Hs=

8、-3.0m）作水平線與各Hs二f（P）曲線相交，記下各交點(diǎn)的水頭H及出力P，將這些點(diǎn)（P、H ）繪制P H坐標(biāo)系內(nèi)，并用光滑曲線連接即為某 Hs的等吸出高度線，見(jiàn)圖8-21（b）。（a）HsP曲線（b）HP曲線圖8-21等吸岀高度線的繪制、軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線繪制轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線的繪制原理與混流式水輪機(jī)基本相同， 但由于轉(zhuǎn)槳式水 輪機(jī)具有雙重調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)， 可在協(xié)聯(lián)方式運(yùn)行，水輪機(jī)的效率修正采用非等值修正法， 一般同 一葉片轉(zhuǎn)角取同一修正值， 因此，繪制運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線中的某些方面與混流式水輪機(jī)有所差別。轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線的繪制方法如下。1 等效率線的繪制（1）對(duì)轉(zhuǎn)輪

9、葉片的每一個(gè)轉(zhuǎn)角求出一個(gè)效率修正值（表 8-2）人（）。若各角下模型水輪機(jī)的最高效率為M 0（），原型水輪機(jī)各 ：角下的最高效率為T(mén)O C ），則叫0(申)=1 1 Jo伴)0.3 + 0.7D1MDitHmHt(8-15)(8-16)表8-2轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)效率修正值-150-100-5000+50+100（2）在Hmin H max間取若干水頭，計(jì)算各水頭對(duì)應(yīng)的n11M，過(guò)各n11M作水平線與轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)模型綜合特性曲線的各等線相交，找出各交點(diǎn)的Q11、 M，其中M由內(nèi)zdq1同時(shí)繪出各水頭下的（8-17）（8-18）Q11 P輔助曲線。等插確定。計(jì)算各點(diǎn)的原型水輪機(jī)效率與出力，然后21 5P

10、 =9.810 H ' Q11 t根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪出各水頭下的T = f P曲線,效率線計(jì)算可采用表8-3。表8-3轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)等效率線計(jì)算表2 出力限制線的繪制轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)模型綜合特性曲線上不標(biāo)5%出力限制線，但其最大出力受空化的限制。在確定了水輪機(jī)的額定工況之后，通常把通過(guò)額定工況點(diǎn)的等開(kāi)度線作為水輪機(jī)的出力限制 線。在確定為出力限制線的等開(kāi)度線上取系列工況點(diǎn)，記下各工況點(diǎn)的m、Q11、n11,由相似換算公式計(jì)算出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水頭H及出力P，將這些點(diǎn)繪在HP坐標(biāo)系中，連接各點(diǎn)即得到原型水輪機(jī)的出力限制線。轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的出力限制線也可以采用簡(jiǎn)化繪制方法，其原理同混流式水輪機(jī)出力限制線的繪

11、制。首先，由水輪機(jī)的最小水頭Hmin與額定水頭Hr分別計(jì)算出相應(yīng)的模型單位轉(zhuǎn)速nilA與ni1B，在模型綜合特性曲線上以ni1A和ni1B分別作水平線，與確定出力限制線的等開(kāi)度線分別相交于 A點(diǎn)與B點(diǎn)。查出A點(diǎn)的效率 MA和單位流量Q11A，計(jì)算出A點(diǎn)的出力 PA，由(Pa， Hmin )可確定H min下的出力限制點(diǎn) A。同樣，查出B的效率 BA和單位流 量Q11B，計(jì)算出B點(diǎn)的出力PB，由(PB，Hr )可確定Hr下的出力限制點(diǎn)B。用直線連 接A點(diǎn)與B點(diǎn)即原型水輪機(jī)的出力限制線，見(jiàn)圖8-22，(a)模型綜合特性曲線(b)運(yùn)行特性曲線圖8-22轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)岀力限制線的繪制3等吸出高度線的繪制繪制轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的等H s