水輪機(jī)的特性曲線與選型

《水輪機(jī)的特性曲線與選型》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、第四章水輪機(jī)的特性曲線與選型第一節(jié)水輪機(jī)的相似律一、水輪機(jī)的相似條件在進(jìn)行模型試驗(yàn)時(shí)，模型與原型水輪機(jī)之間應(yīng)滿足的條件稱為水輪機(jī)的相似條件。模型和原型水輪機(jī)之間應(yīng)滿足幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似三個(gè)相似條件。1.幾何相似（必要非充分）（同輪系）幾何相似是指兩個(gè)水輪機(jī)的過流部件形狀相同（即過流部件幾何形狀的所有對(duì)應(yīng)角相等），尺寸大小成比例。即：式中：、——水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑、導(dǎo)葉高度、導(dǎo)葉開度。滿足幾何相似的一系列大小不同的水輪機(jī)，稱為同輪系（或同型號(hào)）水輪機(jī)。只有同輪系的水輪機(jī)才能建立起運(yùn)動(dòng)相似或動(dòng)力相似。2.運(yùn)動(dòng)相似（等

2、角工作狀態(tài)）運(yùn)動(dòng)相似是指同一輪系的水輪機(jī)，水流在過流通道中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的同名流速方向相同，大小成比例，即相應(yīng)點(diǎn)的速度三角形相似。即兩水輪機(jī)運(yùn)動(dòng)相似就稱此兩水輪機(jī)為等角工作狀態(tài)。3.動(dòng)力相似動(dòng)力相似是指同一輪系水輪機(jī)在等角工作狀態(tài)下，水流在過流部件對(duì)應(yīng)點(diǎn)的作用力（慣性力、重力、粘滯力、摩擦力等），同名力的方向相同，大小成比例。二、輪機(jī)的相似律在滿足相似條件的基礎(chǔ)上原型與模型水輪機(jī)各參數(shù)之間的相互關(guān)系稱為水輪機(jī)的相似律，也稱為水輪機(jī)的相似公式。1.轉(zhuǎn)速相似律2.流量相似律式中：—有效流量。11稱為水輪機(jī)的流量相似律，亦稱為流量方程

3、式。在應(yīng)用中，直徑、、水頭、為定值，若效率、、、為已知時(shí)，則可由測得的求得原型水輪機(jī)的流量。3.出力相似律稱為水輪機(jī)的出力相似律，亦稱出力方程式。同理，在已知其它參數(shù)時(shí)，也可由測得的模型水輪機(jī)出力求得原型水輪機(jī)的出力。假定、、和時(shí)，得出近似相似律公式如下：第二節(jié)水輪機(jī)的單位參數(shù)及比轉(zhuǎn)速一、水輪機(jī)的單位參數(shù)由上述表達(dá)式可看出：當(dāng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑=1m、水頭m時(shí)，、、分別等于水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速、流量和出力，所以、、分別被稱為單位轉(zhuǎn)速、單位流量和單位出力，統(tǒng)稱為單位參數(shù)。對(duì)于同輪系水輪機(jī)，單位參數(shù)隨著工作狀態(tài)（工況）的改變而改變，當(dāng)工

4、作狀態(tài)（工況）一定時(shí)，則單位參數(shù)是不變的三個(gè)常數(shù)，工作狀態(tài)（工況）變化時(shí)，單位參數(shù)則又是三個(gè)對(duì)應(yīng)于工作狀態(tài)（工況）的常數(shù)。顯然可知：（、、11）就代表了同輪系水輪機(jī)的一個(gè)工作狀態(tài)（工況）。水輪機(jī)效率最高時(shí)的工作狀態(tài)（工況）稱為最優(yōu)工作狀態(tài)（最優(yōu)工況），相應(yīng)于最優(yōu)工作狀態(tài)（最優(yōu)工況）的單位參數(shù)稱為最優(yōu)單位參數(shù)，并分別以、、表示。由流量相似律可知：則：顯然，并非獨(dú)立參數(shù)，而是由換算得來，因此，在單位參數(shù)中，常用的只有和。由前述可知，單位出力是由單位流量換算得來，所以，只應(yīng)用單位轉(zhuǎn)速和單位流量就可表示水輪機(jī)的工作狀態(tài)（工況）。

5、二、水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速由，可得：可知，當(dāng)工作水頭=1m，發(fā)出功率=1kW時(shí)，在數(shù)值上等于水輪機(jī)所具有的轉(zhuǎn)速，故稱為水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速。比轉(zhuǎn)速是與水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑無關(guān)的一個(gè)重要綜合性參數(shù)，它反映了水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速、出力和的相互關(guān)系。顯然，當(dāng)工作狀態(tài)（工況）不同時(shí)，單位參數(shù)不同，所以，也不同。對(duì)同輪系水輪機(jī)而言，如果工作狀態(tài)一定，則就是唯一的。通常規(guī)定以設(shè)計(jì)工況（即設(shè)計(jì)水頭、額定轉(zhuǎn)速、額定出力）的比轉(zhuǎn)速值作為水輪機(jī)輪系的代表特征參數(shù)（也有采用最優(yōu)工況下的比轉(zhuǎn)速作為代表的）。也可作為水輪機(jī)選擇的主要依據(jù)。以水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速的整數(shù)值代表水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪

6、型號(hào)，從型號(hào)就可定性地估計(jì)該水輪機(jī)的基本性能和轉(zhuǎn)輪形狀。選擇水輪機(jī)時(shí)，如果客觀條件允許，采用比轉(zhuǎn)速較高的水輪機(jī)是有利的，因?yàn)椋?1)在相同水頭和相同出力條件下工作的水輪機(jī)，比轉(zhuǎn)速越大則轉(zhuǎn)速越高，機(jī)組尺寸較小，故廠房尺寸也小，可降低水電站投資。(2)在水頭一定的情況下，水輪機(jī)轉(zhuǎn)速相同時(shí)，比轉(zhuǎn)速大的水輪機(jī)出力也大，其動(dòng)能效益可增大。但比轉(zhuǎn)速大的水輪機(jī)，其汽蝕系數(shù)也大，這就限制了比轉(zhuǎn)速的提高。因此，在滿足汽蝕性能要求下，盡可能選比轉(zhuǎn)速較高的水輪機(jī)。第三節(jié)模型水輪機(jī)的修正一、水輪機(jī)效率的修正11在實(shí)際應(yīng)用中采用的近似相似律是在假

7、定原型與模型水輪機(jī)效率相等的條件下得出的，然而實(shí)際上原型與模型水輪機(jī)的效率是不等的，其原因是：(1)原型與模型水輪機(jī)過流部件的加工精度基本相同，糙率不可能按比例加工，因此兩水輪機(jī)的水力損失是不同的，原型水輪機(jī)的水力損失要比模型水輪機(jī)的水力損失小。(2)通過原型和模型水輪機(jī)的水流，其粘滯力是相等的，但其對(duì)水輪機(jī)的相對(duì)影響是不同的，對(duì)原型的影響要比對(duì)模型的應(yīng)響小的多。(3)由于制造工藝原因，原型與模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪與固定部件的間隙基本相同，但原型水輪機(jī)的相對(duì)容積損失和相對(duì)機(jī)械損失要比模型水輪機(jī)小的多。由于上述原因，原型水輪機(jī)的效

8、率總是大于模型水輪機(jī)的效率。所以，將模型試驗(yàn)成果換算為原型時(shí)必需進(jìn)行效率修正。水輪機(jī)的效率是由水力效率、容積效率和機(jī)械效率三部分組成，但模型試驗(yàn)只能測出水輪機(jī)總效率，故在進(jìn)行效率修正時(shí)只能對(duì)水輪機(jī)總效率進(jìn)行修正。我國目前采用的修正方法是：先對(duì)最優(yōu)工況（最高效率）進(jìn)行修正，求得效率修正值，然后采用同一修正值對(duì)其它工況修