水轮机特性对调压室稳定断面积的影响

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1、水轮机特性对调压室稳定断面积的影响摘要：通过理论推导，研究了水轮机综合特性系数对调压室稳定断面的影响，即水轮机运行中不同工况点效率的相对变化对调压室稳定断面的影响.得出了最危险的调压室稳定断面取决于设计水头，并通过实例得到验证。关键词：水轮机特性综合特性系数水轮机工况点调压室临界稳定断面　　　　对于中高比速混流式水轮机而言，它的等η线接近于椭圆，其长轴与短轴的长度相差不大，长轴与Q′1座标轴成某一较小的角度，效率对Q′1及n′1变化的敏感程度在各类型水轮机中均属中等，5%出力限制线靠近最优效率区［3］.于是Ⅰ区和Ⅲ区的范围减小，Ⅱ区和Ⅳ区的范围增大

2、.n′max与5%出力限制线的交点落在a线附近，甚至进入Ⅱ区，而n′1r与5%出力限制线的交点则落在d线附近，或进入Ⅳ区.因此后者的e值有可能大于前者.表2给出了我国水轮机制造上所采用的8种中、高比速混流式水轮机在限制工况点和最小水头工况点的e值，从中可以看出：限制工况点的e值均大于最小水头工况点的e值：随着比转速提高，限制工况点和最小水头工况点从Ⅰ区分别向d线和a线靠近，然后进入Ⅳ区和Ⅱ区.其结果与前面的理论分析是完全一致的.另外从表2得知：对于HL180，HL220，HLA286和HLD75等型号的水轮机，限制工况点的e值是最小水头工况点的1.

3、55倍以上，而相应的水头之比还不到1.55倍.这表明增加水头对调压室稳定断面的直接正面影响，在一定条件下要比水轮机效率变化的负面影响小，甚至小得多.于是最危险的稳定断面不是取决于最小水头，而是设计水头.表2　中高比速混流式水轮机在限制工况点和最小水头工况点的e值(根据水轮机模型综合特性曲线计算)水轮机型号比速ns/(m*kin)Q′10/(1/s)η0eHLD46164.470.06300.894-0.3523-0.15661.93786.06080.815-0.1856-0.84921.863HL180-46191.570.08550.894-

4、0.46200.05092.24186.08710.850-0.0020-0.77981.392HL200202.170.09500.896-0.38570.03911.91086.09560.850-0.1856-0.70261.773HL220223.871.011400.890-0.44830.06382.16188.011500.847-0.0067-0.72731.376HLA23237.875.411600.875-0.43750.06892.10593.711100.8400.0099-0.92211.442HLA286253.479

5、.011800.890-0.38450.08431.86898.011740.8400.4146-1.04420.929HLA112260.879.012500.890-0.33710.07991.70298.012850.8500.1008-0.79511.224HLD75263.980.01230.40.903-0.36730.07531.81198.01210.90.8700.2320-0.70401.003　　注：①最小水头是限制工况点的0.65倍左右；②表中的比速是按限制工况点计算的.3　工程实例　　国内某在建大型水电站，拟采用HLD75

6、型号的水轮机,Hr=72.50m，Hmin=53.02m,Qr=347.5m3/s,n0=115.4r/min,D1=5.90m.最长的1号尾水隧洞L=1364.83m,f=(π)/(4)×15.02m2,α=0.11199s2/m.于是可得出如表3所示的不同工况点的e值.表3　工程实例中设计水头工况点和最小水头工况点的e值工况点n′10/(r/min)Q′10/(1/s)η0e设计水头79.9631172.40.9175-0.28460.00871.5906最小水头93.501194.40.8940.0511-0.39361.1143　　注：①

7、最小水头工况点n′10=93.5与5%出力限制线的交点；②设计水头工况点不在5%出力限制线上，相差Q′1t-Q′10=58.0(1/s).　　根据式(6)计算可得：设计水头工况点对应的临界稳定断面积F=1.5906Lf/2gα72.50=2408.2m2，而最小水头工况点对应的断面积F=1.1143Lf/2gα53.02=2306.9m2，即前者比后者大4.4%.此结果表明，在实际工程中最危险的稳定断面在一定条件下是完全有可能取决于设计水头，而不是最小水头.4　结论　　(1)水轮机特性对调压室稳定断面积的影响实质是水轮机效率的影响，尽管现有各种公式

8、的形式有差别，但经过转换，可以统一表达.(2)用效率对单位参数的相对变化率来表达水轮机综合特性系数比较直观、方便，与传递系