水轮机特性曲线及选择(第四章)课件.ppt

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1、第三章水轮机的特性及选择第一节水轮机的相似条件一．几何相似几何相似是指两个水轮机过流通道几何形状的所有对应角相等，所有对应尺寸成比例：βe1=βe1M；βe2=βe2M；φ=φM；…对于保持几何相似大大小小的一套水轮机系列，称为轮系。二．运动相似运动相似是指同一轮系的水轮机，水流在过流通道中对应点的速度，在转轮中对应点的速度三角形相似。α1=α1M；β1=β1M；α2=α2M，……三．动力相似动力相似是指同一轮系的水轮机，水流在过流部分对应点上的作用力，如压力、惯性力、重力、粘性力和摩擦力等同名力的方向相同，力的大小成比

2、例。第二节水轮机的相似律、单位参数和比转速一．水轮机的相似律1．流量相似律2．转速相似律3．出力相似律二．单位参数1．问题提出：①各实验研究单位进行水轮机模型实验时，使用的模型直径D1M和装置水头HM不一样，得出的模型参数不统一，不便于应用，也不便于在不同轮系之间进行比较和评定它们的特性。②水轮机的水力效率，容积效率和机械效率都很难从总效率中划分出来，相似律公式得不出精确的结果，同时原型水轮机的总效率事先也不知道。①为解决实验使用D1M，HM的不一样造成的应用不便，通常采用模型实验的成果都化引为D1M=1m，HM=1m标

3、准情况下的参数，此参数称为单位参数。单位参数有单位流量Q1′，单位转速n1′、单位出力N1′。②因原型水轮机效率不知道，所以先假定ηs=ηsM，ηr=ηrM，ηj=ηjM，η=ηM，实际上原型水轮机的效率总是大于模型水轮机的效率，故应予以修正。3．单位参数的计算将化引条件D1M=1m，HM=1m和原型与模型水轮机各项效率分别相等的假定代入相似律公式，得到单位参数公式：或或或说明：①常用Q1′，n1′表示水轮机的运行工况，若同一轮系水轮机在某一工况下Q1′，n1′相同，则此工况相似。②单位参数对同一轮系的水轮机，在不同的相

4、似工况下分别为一常数。③单位参数的概念很重要，在水轮机的设计和选择中有重要的作用，水轮机特性曲线用单位参数整理的，可用它确定原型水轮机参数。三．水轮机的比转速1.比转速的定义：用单位参数n1′、N1′的计算公式消去D1后得：对几何相似的水轮机在相似工况下，n1′、N1′分别相等，即n1′√N1′=常数。当N1′=1KW时，n1′用ns表示，称为水轮机的比转速，即N用马力单位时，ns也可表示为2．ns的应用①按ns的不同划分水轮机的类型②用于水轮机选型时的比较，一般H、N一定时，希望选ns高的，但ns高容易产生汽蚀破坏，应

5、全面考虑，不单纯求高ns。③n1′、Q1′、ns是水轮机相似与否的判别数a．两个水轮机若符合相似条件工况又相似n1′、Q1′、ns应分别相等。b.可利用模型的单位参数计算原型水轮机的n、N、Q等参数。本节小结：1．水轮机的相似律从理论推出原、模型参数间的关系。2．经假设原、模型效率相等后，将相似律公式引化为单位参数，用单位参数反映水轮机特性。3．比转速ns是反映水轮机特性又一重要参数，可作为区别不同类型水轮机的参数。第三节水轮机的效率换算与单位参数的修正一．水轮机的效率换算1．换算原因：模型水轮机与原型水轮机效率是不相等

6、的，主要因为两者的直径和水头相差较大，原型水轮机的相对糙度和相对粘性力小得多，相对水力损失也小得多，所以原型水轮机的效率总高于模型水轮机，一般高出2%以上，大型水轮机可达7%。2．换算方法：①在水轮机总η中，水力效率是主要的，容积效率和机械效率所占分量很小，为简化，可忽略容积效率和机械效率，认为η=ηs。②水力效率中的水力损失中有局部损失与沿程损失，局部损失难以计算，所以研究水轮机在最优工况下的水力损失，此时局部撞击和涡流损失不存在，只考虑沿程损失。③利用沿程损失公式推导，可由模型最优工况下的效率推算出模型最优工况下的效

7、率。对HL式：对ZL式：3．一般工况点的效率换算η=ηM+△ηη、ηM为原、模型在一般工况点的效率△η：最高效率点的效率修正值△η=ηmax-ηMmax4．最优工况点说明：混流式水轮机的最优工况只有一个，所以△η为常数，而转浆式水轮机，每一个叶片转角φ都有一个最优工况，因此其效率修正值应对每个不同的叶片转角φ采用相应的效率修正值△ηφ，△ηφ=ηφmax-ηφMmax第三节水轮机特性曲线<一>模型综合特性曲线一．混流式水轮机的模型综合特性曲线1．绘制方法①等开度线的绘制：②等效率曲线的绘制：③5%出力限制线a．曲线解释：

8、5%出力限制线的作用是限制水轮机的工作范围，使水轮机能够稳定可靠的运行。b.曲线绘制:④等汽蚀系数线的绘制：上述绘制出的四组曲线构成了水轮机的模型综合特性曲线，前三组反映了水轮机的能量特性，后一组反映了水轮机的汽蚀特性。2．模型综合特性曲线特点：等效率曲线的形状近似于椭圆，但其长轴与短轴的长度相差不大，说明当水轮机的