水轮机的特性曲线.ppt

1 1 一、水轮机特性曲线的类型二、水轮机线性特性曲线三、水轮机模型综合特性曲线四、水轮机运转综合特性曲线及其绘制 一、水轮机特性曲线的类型 水轮机的特性曲线用于表达水轮机不同工况下对水流的能量转换、空化等方面的水力性能、力特性及其他性能。 目前主要通过模型试验，将各种水轮机的性能参数整理并绘制成不同形式的曲线，即获得水轮机的特性曲线图。 特性曲线的作用：利用水轮机特性曲线来分析水轮机的特性，从而在水电站设计中选择水轮机的基本参数，并确定合理的运行方式。 一、水轮机特性曲线的类型 1. 线性特性曲线：反映2个参数之间关系的曲线。 几何参数（转轮直径、导叶或盆栽开度、桨叶转角） 工作参数（水头、流量、转速、效率、出力、空蚀系数、吸出高度；单位转速、单位流量、单位出力、单位轴向水推力） （1）转速特性曲线 （2）工作特性曲线 （3）水头特性曲线 常用的是反映出力与效率间的工作特性曲线。 2. 综合特性曲线：表示多个参数之间的关系，能较完整地描述水轮机各运行工况的特性。 （1）模型综合特性曲线 （2）运转综合特性曲线 模型综合特性曲线：以单位参数n11、Q11为纵、横坐标轴的综合特性曲线。 运转综合特性曲线：以工作参数H、P为纵、横坐标轴的的综合特性曲线。 二、水轮机线性特性曲线 1. 转速特性曲线： 表示水轮机在导水叶开度 、叶片转角和水头为某常数时，其他参数与转速之间的关系。包括： 转速与流量的关系曲线 转速与出力的关系曲线 转速与效率的关系曲线 由水轮机转速特性曲线可以看出水轮机在不同转速时的流量、出力与效率，还可以看出水轮机在某开度时的最高效率、最大出力及水轮机的飞逸转速。 转速特性曲线的比较： 1、低比转速水轮机的效率对转速的变化比较敏感，在偏离额定转速时，水轮机的效率下降较快；而高比转速水轮机则下降较慢。 2、低比转速的混流式水轮机，其飞逸转速为额定转速的160％左右；而高比转速的轴流式水轮机则高达2.6～3.0倍的额定转速。 3、高比速水轮机的流量随转速的增加而增加；而低比速的水轮机流量随转速变化趋势则相反；中等水轮机流量则几乎不随转速变化。 二、水轮机线性特性曲线 2. 工作特性曲线： 水电站的水轮机通常在固定的转速下运转，水头的变化也较缓慢，但机组负荷则是经常变化的。 工作特性曲线：表示水轮机工作在固定的转速和水头下的特性曲线。包括： 出力工作特性曲线 流量工作特性曲线 开度工作特性曲线 工作特性曲线的特点： （1）当功率为零时，流量不为零，此处的流量称为空载流量，对应的导叶开度称空载开度。 这时的流量很小，水流作用于转轮的力矩仅够克服阻力而维持转轮以额定转速旋转，没有输出功率。 （2）效率最高点对应的流量为最优流量。 （3）功率曲线最高点处的功率，称为极限功率，对应的流量称为极限流量。 （4）5%出力储备（见下图） （5）工作水轮机工作特性的比较（见下图） 三种工作特性曲线可以相互转换，将一种形式变换成任何其他一种形式。 从上述分析，可得出下列结论： （1）凡转轮叶片固定不动的各种型式的水轮机，比转速越高，效率曲线越陡，偏离没计工况时效率下降越快。如轴流定桨式水轮机效率下降最大，不宜应用在出力变化较大的水电站。 （2）各种型式的水轮机最高效率并不在最大出力处，所以通常尽可能使水轮机不在最大出力下工作。 （3）轴流转桨式和水斗式水轮机，因效率变化较平稳，故均可应用于负荷变化较大的水电站。轴流转桨式水轮机的工作持性曲线是由不同轮叶装置角度φ的定桨式水轮机效率特性曲线的员高效率点组成的。 具体情况参见下图。 二、水轮机线性特性曲线 3. 水头特性曲线： 水头在比较长的的时期内，可能发生较显著的变化： （1）在低水头的径流式水电站，可能由于洪水期或电站在大负荷工况下运行时流量的增多而使下游水位升高，或者由于防洪需要而必须降低上游水位，导致水头降低； （2）在高水头水电站，上游库水位可能发生较大变化； （3）在具有长引水管道的水电站，流量变化时使得引水损失发生变化。 水头特性曲线：表示水轮机在转速、导水叶开度为某常数时，其流量、出力、效率与水头之间的关系。包括：水头流量特性曲线、水头功率特性曲线、水头效率特性曲线 水头特性曲线的比较： 1、对于反击式水轮机，高比速水轮机在偏离最优水头时效率下降比低比速水轮机缓慢。 2、低比速水轮机的相对空载水头值要比高比速水轮机大得多，这说明高比转速对于水头变化的适应性优于低比转速水轮机。 各效率曲线与横坐标的交点所对应的水头即各水轮机的相对空载水头值。 三、水轮机模型综合特性曲线 概念：水轮机模型综合特性曲线是指以单位转速和单位流量为纵、横坐标而绘制的若干组等值曲线，这些等值线表示出了同系列水轮机的各种主要性能。 在图中常绘出下列等值线： ①等效率线：曲线