混流可逆式水力机械的综合特性.doc

混流可逆式水力机械的综合特性曲线 须要指出的是，对固定几何尺寸即定型号、直径、开度和转角的水力机械，用绝对值Q、H、、M表示的四象限特性，看起来概念很清晰，但在同一张图上只能表示固定直径与开度包括桨叶转角下的参数与特性之间的变化规律，若直径和开度是变化的，则试验及应用起来就很不方便。因此，与水轮机的综合特性曲线一样，通常采用单位转速和单位流量为坐标系统来描述可逆式水力机械的参数与特性之间的变化，用和坐标系来描述扭矩的变化规律，而且多数水泵水轮机的特性曲线以水轮机工作参数为正来绘制。对于一般的水电站，水轮机可能的工作状态（包括过渡过程在内）有水轮机工况、制动工况、飞逸工况和反水泵工况；对于装有水泵水轮机的蓄能电站，水力机组可能的运行方式有正、反向水泵工况、水轮机工况和两个制动工况区。例如在水泵断电时，调速机构失灵致使机组飞逸，而后手动紧急关闭可能会出现上述情况。而只有潮汐电站上的水泵水轮机，因为随着潮位的涨落，水头呈周期性的正负交替，其水力机组的运行工况包括过渡过程才可能经历全部八个工况区。，使用水头为110左右的混流可逆式水力机械的综合特性曲线，该曲线以为纵坐标，为横坐标。在综合特性曲线上给出了导叶等开度线、等单位力矩线及部分等效率线，利用该综合特性，可确定其单位参数间的关系： 对于水轮机工况： （3-3） 对于水泵工况： （3-4） 式中：为单位功率；为单位扭矩。 下标和分别代表水轮机工况和水泵工况相应的参数。由式（3-3）和式（3-4），根据工况点的，及的坐标可以找到、与之间的关系。 由图3-3可知，该种可逆机的水轮机最优工况点的单位转速接近于和。当时，沿着等导叶开度线，随的增加而急剧下降，这是混流可逆式水力机械的重要特性。与此同时，也下降。曲线表示飞逸工况（）。越过的线，在与之间为制动工况（第I象限内），直至超越纵坐标，，则机组处于反转水泵工况区（第Ⅱ象限内）。 图-5 混流可逆式水力机械综合特性的水轮机工作范围内，单位流量变化不大。随着的继续减小，越过横坐标进入第Ⅳ象限，为负值，此区域为制动工况区。当单位转速接近时，所有的开度线趋于会合，流量急剧减少，并逐渐变为零，随后穿越纵坐标进入水泵工况区。由图3-5还可以看出，开度彼此很接近，只有当，才显著地下降。可见，在水泵工况下，导水机构的开度对混流可逆式水力机械的流量和功率影响较小。 在水泵工况下，最高效率相应于和，由于水泵工况下： 而在水轮机工况下： 于是可得： 当时，若在本例中采用，则得到，显然它远高于水轮机的最优单位转速，这必然导致效率的降低。这是混流可逆式水力机械特性曲线的一个特点。为了保证可逆式水力机械的水泵工况和水轮机工况在高效区运行，可以采用具有不同转速且的电动-发电机组，这种双速电动-发电机组已在我国得到应用，但它们的造价昂贵。 在研究暂态过程及电算的过程中，比较方便的是使用线性的转速关系曲线，即流量、力矩及作用在水轮机转轮过流部件上的轴向水推力的关系曲线。 图3-6为重新绘制的在某一导叶开度时的水头流量特性曲线及扭矩特性曲线。和四象限特性曲线相对照，就很容易判断： 为正水泵工况区； 为制动工况区； 为水轮机工况区； 为制动工况区； 为反水泵工况区。 而对于轴流式水力机械而言，在作水轮机工况运行时，若发生甩负荷，机组往往会进入Ⅲ区运行。根据上面分析可知，水力机械在该区运行时会受到一个抬机力的作用，当抬机力大于机组转动部分的重量（对于竖轴装置的机组）时，就会发生抬机现象，严重时将造成不堪设想的后果。所以对于轴流式水力机械而言，研究轴向力的变化规律亦是非常重要的课题。 图-6 混流可逆式水力机械扭矩、流量特性（常数） ①一正水泵工况；②一制动工况；③一水轮机工况；④一制动工况；⑤一反水泵工况 1