[水利水电出版社水电站课件]SDZ-3水轮机的特性及选型.ppt

第三章 水轮机的特性及选型 第一节 水轮机的相似原理及单位参数 一、几个基本概念 1、水轮机特性 水轮机在不同工况下运行时，各运行参数(H，Q，n，N，η，б)及这些参数之间的关系，称水轮机的特性。 由于水轮机水流条件复杂，研究水轮机特性靠理论与实验相结合。 2、模型试验 原型：试验困难，不经济。 模型：(D : 250～460mm，H ：2～6m) 3、相似理论 研究水轮机之间存在的相似规律，并确立相关参数之间的换算关系。 二、水轮机相似条件 1、几何相似： 过流通道几何形状相似 (1) 对应尺寸成比例：D1/D1M＝b0/b0M＝a0/a0M＝……. (2) 过流通道的对应角相等：βe1＝βe1M ；βe2＝βe2M ；Φ＝ΦM…… (3) 对应部位的相对糙率相等：△/ D1＝△M/D1M 几何相似的水轮机系列——轮系 同一轮系的水轮机才能运动相似和动力相似。 2、运动相似： (1) 对应点的速度方向相同 (2) 速度大小成比例，即速度三角形相似。 同一轮系水轮机，保持运动相似的工作状况——相似工况 3、动力相似 (压力、惯性力、重力、摩擦力等) 同一轮系水轮机，水流对应点所受的同名力方向相同、大小成比例。 三、水轮机的相似定律 相似定律：水轮机在相似工况下运行时，各工作参数(H、n、N、η)之间的相应关系。 建立模型与原型水轮机各参数之间的关系: 1、 转速相似律：即原型和模型水轮机转速之间的关系。 2、流量相似律：原型和模型水轮机流量之间的关系。(a=aM) 3、 出力相似律:原型和模型水轮机出力之间的关系。 均为固定值，QM可以测得，若ηVM、ηHM、ηV、ηH已知，可求出Q。 四、单位参数(在不同轮系之间进行比较) 将模型试验结果化为D1M=1m，HM=1m标准情况下的参数—单位参数，分别用 表示。 假定： (实际上，原型效率大于模型效率，需修正) 1、 单位流量 2、 单位转速 3、 单位出力 通常用 表示水轮机的运行工况。单位流量和单位转速对应相等时，两个水轮机工况相似。 同一轮系水轮机在不同的工况下单位参数为一常数(工况不同，单位参数不同)。 单位参数由模型试验得出→原形水轮机的参数(相应工况)。 水轮机在最优工况下的单位参数——最优单位参数 ，用 表示。 第二节 水轮机的效率换算与单位参数修正 单位参数是在假定相似工况下 ，实际上 1、最优工况下的效率修正 混流： 轴流： 2、一般工况 HL、ZD： ZZ ： 二、单位参数的修正 最优工况时： 其他工况时： 第三节 水轮机的比转速(Specific speed) 定义：同一轮系水轮机，当其工作水头H=1m，出力N=1kW时，所具有的转速。 表示水轮机特征的一个综合参数(与D1无关)，能将水轮机的各个参数n、H、 N之间的关系综合反映出来，代表了水轮机的轮系特征。 ns随工况变化,一般按H设、N额、n额确定该水轮机轮系的特征参数。 讨论： 相似水轮机，工况相似，ns相同，不同的ns ，反映不同轮系水轮机特征。 当H一定时： ns ↑→N↑→n↑。机组尺寸缩小，投资减少，因此提高比转速可以降低造价。 当H和N一定时，ns越高，汽蚀系数越大，增加厂房开挖。 比转速增加，单位流量增加，b0/D1增大，叶片数目减少。 第五节 水轮机的特性曲线及其绘制 一、水轮机参数及特性曲线 (一) 水轮机参数： (1) 结构参数：转轮直径D1，导叶高度b0，导叶开度a0，叶片转角Φ (2) 工作参数：H、Q、n 、Hs (3) 综合参数： ，轴功率N、η、б (二) 特性曲线：各参数之间的关系曲线 (1) 性能特性曲线：反映特性参数之间的关系曲线 (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。 第六节 水轮机选型设计 水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益。 根据H、N的范围选择水轮机是水电站主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行