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1、第五节水轮机运转综合特性曲线及其绘制运转综合特性曲线是在转轮直径 Di和转速n为常数时，以水头H和出力P为纵、横坐 标而绘制的几组等值线，它包括等效率线 二f （P,H ），等吸出高度线Hs = f （P,H）以及 出力限制线。此外，有时图中还绘有导叶等开度 ao线，转桨式水轮机的叶片等转角 线等。图8-17水轮机的运转综合特性曲线图8-17为某混流式水轮机的运转综合特性曲线。水轮机的运转综合特性曲线一般由模 型综合特性曲线换算而来。由水轮机相似定律可知，当水轮机的Di、n为常数时，具有下列关系存在。H = f(nn (nUnii二 MP = f (Q119.81Q11H 1.5 D；Hs 二
2、 f （二）=10_E/900_G *）H根据上述关系式，可以把 Qn n11为坐标系的模型综合特性曲线换算为以（8-8）（8-9）（8-10）（8-11）P H为坐标系的运转综合特性曲线。F面以混流式和转桨式水轮机为例，介绍如何用模型综合特性曲线绘制水轮机运转综合特性曲线。、混流式水轮机运转特性曲线绘制1.等效率曲线的绘制1）计算:按以下两式求出水轮机原型最优工况效率TO和效率修正值八(8-12)(8-13)0）瞪=T0 一 M0为简化计算，其他工况的效率修正值也采用厶。 求水轮机的最优单位转速ni10和单位转速修正值匚门11。 在最小水头H min和最大水头H max范围内进行分段，一般可
3、取 45个水头，其中包括H min、H r和H max，并分别计算各水头对应应的单位转速n11。求各选取水头相应的模型单位转速n 11M = n 11 -n11nuMnD1H-八 n11(8-14) 在模型综合特性曲线图上作各n11M的水平线，得到与模型综合特性曲线等效率曲线交点的坐标值 Q11M和M。因单位流量一般不需修正，所以Q11 = Q11M。 求原型水轮机效率=M '。21 5 求原型水轮机出力P =9.81D1 H - Q11。等效率曲线计算时，可按表8-1的格式进行。表8-1等效率曲线计算表H =1 1 minH =H r =H =1 1 maxnD A n 11M =-
4、切1 寸 H min215yP=9.81D1HminQjnnD1Ann1M 一 unnVh215*P =9.8伸 H . QJnnDn11M 一 n11jHr21 5*9.81D1 Hr' QjnD &n 11M = f- n11H max215P=9.81D1HmaxQ1Q11nPQ11nPQ11nP%Q11nP在5%出力限制线上2）绘制:等效率曲线由工作特性曲线绘制而成，绘图时可放在工作特性曲线下面，并取比例相同 的横坐标。具体步骤如下:坐标，对不同水头绘制工作特性曲线r = f(P)，如图8-i8(a)。 在工作水头范围内绘出所取各水头的水平线，如图8-18 (b)中的H
5、 max、Hr和Hmin。 在 二f(P)曲线上，将 取整百分数的效率值绘制水平线，使其与各水头(Hmax、Hr和H min )的 二f (P)曲线相交得出各点的 H、P值，并将它点画在H P坐 标图上。 再将同一效率下的各点连成光滑的曲线，即为某个值的等效率曲线，(a) p曲线(b)Hp曲线图8-18等效率线的绘制（a） toh曲线(b) Poh 曲线图8-19确定等效率线拐点的辅助曲线如图8-18 （ b）中的 =91%。通过上述步骤，同样也可绘出其它效率值的等效率曲线。 在图8-18（b）中，等效率曲线有一个拐点 A，为了绘出拐点，可根据工作特性曲线中各水头 下的最高效率值 TO及出力R
6、作出T0 H曲线（见图 8-19 （a）及RH曲线见图 8-19（b），需要确定某效率线（例如其效率为a ）的拐点时，可根据效率值从两图上分别查出拐点所对应的水头 Ha与出力FA。2 机组出力限制线的绘制机组出力限制线，由发电机额定出力和水轮机出力限制线两部分组成。1）发电机出力限制线。当水头 H - Hr时，水轮机出力受到发电机出力的限制。发电 机的额定出力与水头无关，在一定的功率因数下，它的额定出力为常数，因此在运转综合特 性曲线图上为一垂直线，如图8-20所示：图8-20 原型水轮机的出力限制线2）水轮机出力限制线。当H - Hr时，水轮机的出力受5%出力限制线的限制。混流式水轮机的出力
7、限制线，通常根据模型综合特性曲线上的5%出力限制线进行绘制。绘制方法一般是求出与H min和H r相对应的水轮机出力Pmin、R ,将A点（Hr、Pr ） B点（H丽、Pmin ）在图8-20上连成一条斜线，即为水轮机出力限制线。具体计算可在等效率曲线计算 表8-1出力限制线一栏中进行。发电机与水轮机出力限制线的交点所对应的水头，即为水轮机设计水头。H s，等Hs线是根据模型3.等吸出高度线的绘制等吸出高度线表达水轮机在各运行工况的最大允许吸出高度综合特性曲线的等 二线换算而求得的，计算 Hs与绘制等线的步骤如下:1）计算各水头相应的单位转速n11M，在模型综合特性曲线上过各n11M作水平线与
8、各值。等二线相交，记下各交点的二,Q11, M2）根据吸出高度计算式(8-14)8-21（a）所示。 Hs 二 f（P）曲Hs =10/900_（二 v）H计算各点H s，并计算各点出力3）根据各工况点的Hs、P，绘出各水头下的Hs = f （P）曲线，如图4） 在 Hs = f（P） 曲线图上取某 Hs值（例Hs=-3.om）作水平线与各线相交，记下各交点的水头 H及出力P，将这些点（P、H ）绘制P H坐标系内，并用 光滑曲线连接即为某Hs的等吸出高度线，见图8-21（b）。-6P- P（a）Hsp曲线（b）Hp曲线图8-21等吸岀高度线的绘制、轴流转桨式水轮机运转特性曲线绘制转桨式水轮机
9、运转综合特性曲线的绘制原理与混流式水轮机基本相同，但由于转桨式水轮机具有双重调节机构，可在协联方式运行，水轮机的效率修正采用非等值修正法，一般同一叶片转角取同一修正值，因此，绘制运转综合特性曲线中的某些方面与混流式水轮机有所差别。转桨式水轮机运转综合特性曲线的绘制方法如下。1 等效率线的绘制（1）对转轮叶片的每一个转角'求出一个效率修正值（表 8-2） ' （）。若各'角下模型水轮机的最高效率为M0（J，原型水轮机各 角下的最高效率为T°C：），则T0（；：）十1 - M0（；：）r " to( d- mo()(8-15)(8-16)表8-2转桨式水
10、轮机效率修正值9-150-10°-5°0°+5°+10°nM 0nT0in（2）在H minH max间取若干水头，计算各水头对应的n11M，过各n11M作水平线与转桨式水轮机模型综合特性曲线的各等线相交，找出各交点的 Q11、 M，其中M由内插确定。计算各点的原型水轮机效率与出力，然后(8-17)21 5(8-18)P =9.810 H 'Qu t 时“根据计算结果绘出各水头下的t = f P曲线，同时绘出各水头下的 Q11 P辅助曲线。等效率线计算可采用表8-3。表8-3转桨式水轮机等效率线计算表H min =H =H r =H =
11、1 1 maxn nD1 “n11M |的11>JH min21 5P =9.89冋沁11口nd人厲伽一厶“21 59.81D12H1-5Q1/>nnD1n 11M =一旳121 5P =9.8伸QJnnD1 1M = /一凸 n11+ H max21 5P=9.81D1 HmaxQJ<PnMQ11nP9MQ11nPMQ11nP9%Q11nP2 出力限制线的绘制转桨式水轮机模型综合特性曲线上不标5%出力限制线，但其最大出力受空化的限制。在确定了水轮机的额定工况之后，通常把通过额定工况点的等开度线作为水轮机的出力限制 线。在确定为出力限制线的等开度线上取系列工况点，记下各工况点
12、的m、Q11、n11,由相似换算公式计算出各点对应的水头H及出力P ,将这些点绘在HP坐标系中，连接各点即得到原型水轮机的出力限制线。转桨式水轮机的出力限制线也可以采用简化绘制方法，其原理同混流式水轮机出力限制线的绘制。首先，由水轮机的最小水头Hmin与额定水头Hr分别计算出相应的模型单位转速n11A与n11B ,在模型综合特性曲线上以n11A和n11B分别作水平线，与确定出力限制线的等开度线分别相交于 A点与B点。查出A点的效率 MA和单位流量Q11A，计算出A点的出力 B，由(Pa , Hmin )可确定Hmin下的出力限制点 A。同样，查出B的效率 BA和单位流 量Q11B，计算出B点的
13、出力PB，由(Pb , Hr )可确定Hr下的出力限制点B。用直线连 接A点与B点即原型水轮机的出力限制线，见图8-22,(a)模型综合特性曲线(b)运行特性曲线图8-22转桨式水轮机岀力限制线的绘制3等吸出高度线的绘制绘制转桨式水轮机的等H s线的原理与混流式水轮机相同，以各水头所对应的单位转速ni1M值作水平线与模型综合特性曲线的等-线相交，记下交点的Ql1与二值。由各点的二计算出相应的吸出高度 Hs，由各交点的Q11值利用上面作出的 Qii=f(P)辅助曲线可确定相 应的出力P，然后可作出各水头下的Hs = f (P)曲线，在此基础上可作出等Hs线，其方法与绘制混流式水轮机的等H s线相同。