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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 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。 水轮机设计、制造、选型、最佳运行方案、限制条件。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。 试验研究：原型：尺寸大，试验困难，不经济。 ?????? 模型：(D1: 250～460mm，H：2～6m)快、方便，易测量数据，较准确。 相似理论：研究相似水轮机之间存在的相似规律，并确立这些参数之间的换算关系的理论。 一、水轮机相似条件 1、 几何相似： 过流通道几何形状相似 ?(1)、过流通道的对应角相等：βe1＝βe1M ； βe2＝βe2M ；Φ＝ΦM…… (2)、对应尺寸成比例：D1/D1M＝b0/b0M＝a0/a0M＝……. (3)、对应部位的相对糙率相等：△/ D1＝△M/D1M(较难) ?几何相似: 大大小小的一套水轮机系列——轮系，同一轮系的水轮机才能建立运动相似和动力相似。 2、 运动相似： 同一轮系水轮机、工况相似 (1)、过流通道的对应点的速度方向相同。 (2)、过流通道的对应点的速度大小成比例，即速度三角形相似。 3、 动力相似： (压力、惯性力、重力、摩擦力等) 同一轮系水轮机，水流对应点所受的作用力是同名力、方向相同、大小成比例。 对于水轮机介质为水，所以模型试验主要保证重力、水流运动惯性力和压力相似，对于粗糙度、粘滞力等次要因素先不计其影响，在转换成原型成果时在依据经验修正。 二、水轮机的相似定律 相似定律：建立模型及原型水轮机各个参数(H、n、N、η)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。（课本3-7） ηs (ηH )（水力效率） 2． 流量相似律：几何相似、相似工况下流量之间的关系。（课本3-9） 均为固定值，QM可以测得，若ηrM、ηsM、ηr（ ηv容积效率）、ηs （ ηH水力效率）已知，可求出Q。 3. 出力相似律：即几何相似、相似工况下原型和模型水轮机出力之间的关系。 （课本3-10） ηJ（ ηm机械效率） 三、单位参数 在进行水轮机模型试验时，由于各制造厂家条件及装置不同（也不要求相同），所以得到的模型参数也各不相同，不便于同轮系不同模型试验成果的比较；更难以进行在不同轮系之间进行性能比较。 单位参数：将模型试验结果化成为D1M=1m，HM=1m标准情况下的参数。 分别用 表示。 1 单位转速： (r/min) 2 单位流量： (m3/s) ? 3 单位出力： (KW) 同一轮系水轮机在不同工况，单位参数不同)。(最优工况值：n′10、 Q′10 、 N′10) 第二节 水轮机的效率换算与单位参数修正 一、??水轮机效率换算 上面的单位参数公式是在假定相似工况下 ，实际上 (2%～7%)，因此要把ηM转换为η。 1、???? 最优工况下的效率修正 HL： ZZ：?? 2、?一般工况 (1)?? HL： 式中：△η为最高效率点效率修正值。 　　　　　　 (2)?? ZZ? 二、单位参数的修正 η不同，　　、　　也要加以修正 1 最优工况时： 2 其他工况时：?? 第三节、水轮机的比转速 1、定义：同一轮系水轮机H=1m，N=1KW时，所具有的转速(单位转速与单位出力公式消去D1 得） 2、 公式：　　　　　　　　　　　(m.kW) 3、 意义： (1) ?表示水轮机特征的一个综合参数(与D1无关)，能将水轮机的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。 (2) ?工况相似时，为常数，即随工况变化。 (3) ?一般按设计（或最优）工况确定该水轮机轮系的特征参数。 4讨论： ?(１)、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。 (２)、当H，Ｎ一定时：ｎｓ↑→n↑。机组尺寸缩小，投资减少，因此提高比转速可以降低造价。 (３)、比转速增加，单位流量增加（式3-28），b0/D1增大，叶片数目减少。 （课本3-2图） (４)、当水头和出力一定时，ｎｓ越高（ｎｓ ↑ →n↑Q↑→V2↑ （课本3-3图，汽蚀系数越大（式3-31） ，增加厂房开挖。 水轮机牌号中的转轮型号 —— 比转速 不同的轮系，有不同的比转速