第六节 反击式水轮机水锤计算特点.docx

第六节反击式水轮机水锤计算特点

到目前为止，我们讨论的都是水斗式水轮机的水锤问题，以上结果对于反击式水轮机虽仍然可用，但有时误差较大。反击式水轮机与水斗式水轮机相比存在以下特点。

(1)反击式水轮机具有蜗壳和尾水管，并以导叶调节流量，其过流特性与孔口出流不完全相符。(2)反击式水轮机的转速影响水轮机的流量，而水斗式水轮机的流量与转速无关。

(3)当流量变化时，反击式水轮机的蜗壳和尾水管中亦将发生水锤现象。蜗壳相当于压力管道的延续部分，其水锤现象与压力水管相同；尾水管在导叶之后，其水锤现象则与压力管道相反：导叶关闭时产生负水锤，导叶开启时产生正水锤。蜗壳和尾水管的水锤影响水轮机的出流，从而也影响压力管道中的水锤。水轮机的特性曲线是根据模型水轮机恒定运行情况的量测数据绘制的，故在恒定状态下蜗壳和尾水管

的影响已包括在水轮机的特性曲线之中。但在非恒定状态，蜗壳和尾水管的影响则未计人。水锤基本方程

的主要假定之一是水流是一元流，蜗壳和尾水管中的水流并不符合这一假定，因此，蜗壳和尾水管中的水锤目前只能近似地加以计算。

在中水头电站中，常装有中比速的混流式水轮机，其转速变化对流量影响不大，尾水管的长度与上游压力管道和蜗壳的总长度相比也很小，这两个因素可忽略不计。蜗壳可视为压力管道的延续部分。在这种情况下，只要将水轮机的综合特性曲线进行换算，给出在各种开度r情况下的芬-v关系，即可按前述的方法进行水锤计算。

下面介绍根据反击式水轮机特性曲线换算成ζ-v曲线的方法。

图14-18为某型水轮机的综合特性曲线，图中a为导叶开度， 为单位转速， 为单位流量

图

图14-18某型反击式水轮机综合特性曲线

式中n,Q,H和 分别为水轮机的转速、流量、水头和转轮直径。

水轮机在水头Ho（略去水头损失）和额定转速 情况下，满载运行时的单位转速和单位流量为

在图14-18的纵轴上任取一点如 )，若不计机组转速变化，由

（例如 ），作水平线与某一开度线 （例如 ）相交得 （例

解之得

由

解之得

已知 和 ，根据式(14-65)，求出，以

代人式（9-66）求出

，从而得开度线

（其相对值

为 ）上的某点坐标（ ，

）。适当地取几个

，求出其对应的 和

，即可在ζ-v坐标场上绘

出开度线 。

图18-19等τ曲线绘制示意图

例如，欲在ζ-v坐标场上绘出

曲线，可在图14-18上适当地取n个单位转速 、 、

、……，

在开度线 上找出对应的单位流量 、

、 ……。以

代人式(14-65)得

，以 和 代

人式(14-66)得

。同理，利用 和 求

和 ，利用 和 求 和

，……。在绘制开度

曲线时常用相对值表示。图14-18中，水轮机满载运行时的相对开度为 ，以

为最大开度，则 的

相对开度 。根据以上的计算结果，可在ζ-v坐标场上绘出 曲线，如图14-19所示。

同理可绘出 、 、

、…各开度曲线。利用这组开度曲线即可进

行反击式水轮机的水锤计算。

在尾水管比较长的情况下，尾水管中的水锤现象以及尾水管对压力管道水锤的影响都是不容忽视的。尾水管中的水锤现象和压力管道中的水锤现象是相互联系的，任何一部分的压强变化都将影响水轮机的流量，从而影响另一部分水锤压强。因此，在尾水管相对长度较大的情况下，应把尾水管和压力管道中的水锤现象联合起来求解。

对于图14-20所示的系统，A点是压力管道（包括蜗壳）和尾水管的连接点，这一点的流量是连续的，而两侧的水锤压强则不同，故A点有三个未知量、和。

图14-20计入尾水管的输水系统示意图

蜗壳可视作压力管道的延续部分。将AC管简化成一等价的简单管。写出B-A和C一A间的特征方程

式中 。 、 、 为未知量。 和 均假定为正水锤，对于负水锤，应以负值代人。和 通常是反号的。

为了求解未知量 、 、 ，尚需利用水轮机的特性方程式(14-65)和式(14-66)，即

式（14-69）和式（14-70）中又出现2个未知量

和 ，但二者不是相互独立的，其关系必须满

足开度曲线 。利用式(14-67)-式(14-70)和开度曲线由于需通过试算求解，计算工作量较大。

可求出5个未知量

、 、 、 和 。

对于近似计算，式(9-69)和式(9-70)可用以下的水轮机出流规律代替

利用式(14-67）、式（14-68）和式（14-71）可求出未知量 、 和 。

以上两种方法均未考虑机组转速影响。在机组增加负荷或丢弃部分负荷时，机组与电力系统相联。机组转速决定于系统周波，不可能有很大变化。当机组丢弃全部负荷而与系统解列时，机组转速可能发生较大变化。对于中比速的混流式水轮机，转速对流量的