水利工程論文-水輪機特性對調壓室穩定斷面積的影響摘要：通過理論推導，研究了水輪機綜合特性系數對調壓室穩定斷面的影響，即水輪機運行中不同工況點效率的相對變化對調壓室穩定斷面的影響.得出了最危險的調壓室穩定斷面取決于設計水頭，并通過實例得到驗證。關鍵詞：水輪機特性綜合特性系數水輪機工況點調壓室臨界穩定斷面文獻1運用水輪機特性的傳遞系數導出了調壓室臨界穩定斷面積的計算公式，即托馬斷面積與水輪機綜合特性系數的乘積.這表明水輪機特性對調壓室穩定斷面積是有影響的.因此，有必要進一步探討水輪機綜合特性系數的物理本質，研究該系數的取值范圍，以及影響該系數的主要因素.1水輪機綜合特性系數的物理實質在推導調壓室臨界穩定斷面積時，若調速方程采取水輪機出力的相對變化率中p等于力矩和轉速的相對變化率之和的形式：p=mt+x,(1)而mt可用水輪機力矩和流量的線性方程來表示：mt=ehh+eyy+exx,(2)q=eqhh+eqyy+eqxx.(3)其中eh、ey、ex、eqh、eqy和eqx是以穩態工況點為基準值的水輪機特性傳遞系數，q、h和y分別是水輪機流量、水頭和開度的相對變化率.將式(2)和式(3)代入式(1)整理，得：.(4)在出力不變、轉速不變的條件下，式(4)化簡為：.(5)令e=(eqy)/(ey)eh-eqh，稱之為水輪機綜合特性系數.由式(5)和引水隧洞的動量方程，調壓室的連續方程不難導出調壓室臨界穩定斷面積的計算公式如下：F=e(Lf)/(2gH0)=eFth.(6)其中L、f和分別是引水隧洞的長度、橫截面積和水頭損失系數，H0為水輪機的凈水頭.若調速方程采用水輪機出力的相對變化率等于流量、水頭和效率的相對變化率之和的形式：p=q+h+()/(0).(7)式(7)減式(4)，則有：.(8)另一方面，從水輪機模型綜合特性曲線已知，效率是單位流量Q1和單位轉速n1的函數：=(Q1,n1).(9)用泰勒級數展開式(9)，并以無量綱形式來表示，則有：.(10)根據,可得：(Q1)/(Q10)=q-(1)/(2)h,(11)(n1)/(n10)=x-(1)/(2)h.(12)將式(11)和式(12)代入式(10)，整理得：.(13)對比式(8)和式(13)，可得：,(14),(15).(16)由此可見，水輪機特性傳遞系數的組合實質上是水輪機效率對工作參數的相對變化.將式(13)代入式(7)，在水輪機出力、轉速不變的同樣條件下，可得：,(17)對比式(5)和式(17)，得出：.(18)實際上式(18)也可以由式(14)和式(15)聯立直接得出.經過上述的理論推導，可以證明：水輪機綜合特性系數對調壓室穩定斷面積的影響，本質上是水輪機效率變化所起的作用.過去許多學者對水輪機效率的影響做過大量的工作2，其中以Evangelist公式最具有代表性.(19)而可以改寫成如下形式：,(20).(21)同樣運用單位流量和單位轉速的定義式，不難證明,(22).(23)所以式(19)與式(16)是完全一致的，前者是將效率作為流量和水頭的函數，后者是將效率作為單位流量和單位轉速的函數，但在實際應用中，后者更為簡便一些.2水輪機綜合特性系數的變化規律表1e在水輪機模型綜合特性曲線四區域及四