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%o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。額定出力是指機(jī)組在最優(yōu)工況點(diǎn)的出力（既選擇的

2、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一通過(guò)水輪機(jī)的流量（立方米/秒）H一水輪機(jī)的工作水頭（米）刀一水輪機(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)

3、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。（。）岸。曲畿；Q）打#曲線；©盟不曲線圖81水輪凱轉(zhuǎn)速得性曲程不同比轉(zhuǎn)速的水輪機(jī)具轉(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(lèi)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

4、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。止匕外，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。n(«)a曲蛙#浦口-由前蝮H8-2名婁型水輪機(jī)轉(zhuǎn)速標(biāo)性的比短rMtri3號(hào)1色p曲螃；蟲(chóng)）也】九F*Q曲螃；（G&4典4曲栽圖43水羚機(jī)工作得性曲翦二、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)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

5、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

6、。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

7、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a。、葉片轉(zhuǎn)角和水頭H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

8、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。（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)的效率下降較快；而高比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)則下降較慢。不同類(lèi)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

9、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，高飛水輪機(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；中等八水輪機(jī)流量則幾乎不隨轉(zhuǎn)速變化。1601KO（母）Hr尸曲線：仆）昨-叮曲線圖8-2各類(lèi)型水輪機(jī)轉(zhuǎn)速特性的比較二、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)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。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

10、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)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。

11、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;Pf（H）曲線從相應(yīng)的空載在具有長(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)

12、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Qf（H）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H。時(shí)，水輪機(jī)效率的變化比較急劇，而水頭高于H。時(shí)，效率變化較緩慢。S8。u6020（a）Qh曲線；（b）H曲線；（c）pH曲線圖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(8-1)(8-2)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(8-3)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2nH'(8-4)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n換算為車(chē)t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)度下的各同類(lèi)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。Q*'(8-5)(8-6)不同ns的水輪機(jī)，具有不同的水頭特性。如圖（8-7）8-5所示為不