1、水力機(jī)械基本知識（混流式、軸流式、可逆式及水泵）一、水力機(jī)械簡介液體通過水力機(jī)械其本身能量獲得增加的稱為水力工作機(jī)（各類型泵）；液 體通過水力機(jī)械其本身能量減少的稱為水力原動機(jī)（各類型水輪機(jī)）；液體通過水 力機(jī)械其本身能量既無增加又無減少的稱為液力傳動機(jī)。我們工作范圍主要是各 種水輪機(jī)、混流泵及水泵水輪機(jī)。到目前為止我們國內(nèi)水力發(fā)電機(jī)組常用機(jī)型有以下幾種：混流式水輪機(jī)：應(yīng)用水頭范圍從四十多、五十米水頭左右到五百米左右，五 十米到三、四百米水頭段，我們的水平已經(jīng)和國外先進(jìn)水平相近，具有同等的競 爭實(shí)力，但是在四百多到五百米左右水頭段我們現(xiàn)在還沒有好的轉(zhuǎn)輪，還有待于 我們進(jìn)一步努力，開發(fā)出高水平的

2、轉(zhuǎn)輪。軸流式水輪機(jī)：應(yīng)用水頭從十幾米到四十多米左右，我們水平和國外相比還 有很大差距，現(xiàn)在我們正在努力，根據(jù)我們最近幾年研究發(fā)現(xiàn)，差距形成的原因 不在水力設(shè)計(jì)而是在模型試驗(yàn)，模型加工方面，我們的間隙要比國外大很多，這 是我們效率低的主要原因，之所以間隙大是我們的靜壓軸成擺動大，另外我們試 驗(yàn)臺為水不能加壓，做周六試驗(yàn)時空化系數(shù)小，轉(zhuǎn)輪可能局部發(fā)生空化影響效率。貫流式水輪機(jī)：應(yīng)用水頭從幾米到十幾米，我們到現(xiàn)在已經(jīng)研制了一套裝置 正在進(jìn)行試驗(yàn)，還要摸索、積累經(jīng)驗(yàn)。沖擊式水輪機(jī)：應(yīng)用水頭在五百米以上，最高已經(jīng)達(dá)到一千多米，我們現(xiàn)在 雖然做過幾次模型試驗(yàn)但還沒有真正自己開發(fā)的轉(zhuǎn)輪，沒有進(jìn)行自主研發(fā)。可

3、逆式水泵水輪機(jī)：我們現(xiàn)在接觸的都是混流式水泵水輪機(jī)，應(yīng)用水頭在一 百米以上，與沖擊式水輪機(jī)相似，也是做過幾次模型試驗(yàn)，雖然嘗試過自主開發(fā)， 但效果不理想，現(xiàn)在通過打捆招標(biāo)有所進(jìn)步，已經(jīng)開始自行設(shè)計(jì)研究。混流泵：只針對哈三電廠冷卻泵進(jìn)行過改造效果很好。核電站循環(huán)泵：還沒有開展工作核潛艇循環(huán)泵：還沒有開展工作在水力機(jī)械術(shù)語中經(jīng)常用到如下參數(shù)：1、水頭或揚(yáng)程H：水力機(jī)械進(jìn)、出口斷面處介質(zhì)單位機(jī)械能（每單位重量的 介質(zhì)（如水）的機(jī)械能e=p/y +z+v2/（2g）之差。水輪機(jī)中稱為水頭，指單位重 量的液體流過水輪機(jī)后，機(jī)械能的減值，H=Hst-A ht；水泵中稱為揚(yáng)程，指單位 重量的液體流過水泵后，

4、機(jī)械能的增值，H=H + h。式中：H是電站上下游水stpst位差， ht是水輪機(jī)引水管路水力損失， hp是泵下池至入口及出口全上池管路 水力損失之和。（可應(yīng)用伯努利方程推導(dǎo)，非常簡單。）在模型試驗(yàn)中水頭指進(jìn)出口測量斷面的壓力差也稱為靜水頭，動水頭是根據(jù) 流量計(jì)算出來的。2、流量Q：單位時間內(nèi)流過一既定過流斷面的水流體積（m3/s）。既定過流 斷面對于水輪機(jī)是指轉(zhuǎn)輪進(jìn)口斷面；對于水泵是指轉(zhuǎn)輪出口斷面。由此可見水輪 機(jī)流量指總流量，水泵流量指有效流量。3、轉(zhuǎn)速n：水力機(jī)械轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)速度。（r/min），水輪機(jī)有n = fX60/P，f為 電網(wǎng)頻率，P為發(fā)電機(jī)磁極對數(shù)。4、軸功率N：水力機(jī)械軸單位時

5、間內(nèi)消耗或輸出的機(jī)械能（w、kw）。對水 輪機(jī)而言又稱為輸出功率，對水泵而言又稱為輸入功率。5、液體功率Nt與Np：水流單位時間對水輪機(jī)付出的機(jī)械能Nt或由水泵獲得 的機(jī)械能Np （w、kw）。對水輪機(jī)而言又稱為輸入功率，對水泵而言又稱為輸出功 率。Nt = Np = p XgXQXH = 9.81XQXH （w）=9.81 XQXH/1000. （kw）。6、效率n : n t=N/ Nt或n p=Np/N。效率由三部分組成：水頭損失、容積 損失（水泵和水輪機(jī)不同）和機(jī)械損失。n =n hXn qXn m7、力矩T：水力機(jī)械軸上的扭矩。（N.m）和軸功率之間有如下關(guān)系：N=TX3 =TX2X

6、n Xn/60壓力脈動、空化系數(shù)、吸出高度、安裝高程以及單位參數(shù)等在以后的篇幅中 會有介紹。現(xiàn)在新版IEC標(biāo)準(zhǔn)對水輪機(jī)中的概念、參數(shù)作了詳盡的定義和解釋，請參閱。二、水力機(jī)械基本原理1、引水部件引水部件包括蝸殼和固定導(dǎo)葉，蝸殼使水流形成環(huán)量，設(shè)計(jì)時經(jīng)常采用環(huán) 量VuR=常數(shù)或切向速度Vu =常數(shù)。固定導(dǎo)葉只起支撐作用。水泵原理相同。2、導(dǎo)水部件導(dǎo)水部件起調(diào)整環(huán)量及調(diào)節(jié)流量的作用。流量調(diào)節(jié)方程推導(dǎo)如下：轉(zhuǎn)輪進(jìn)口速度矩：V R=V R=V XR Xctga =Q/ (2n b ) Xctga TOC o 1-5 h z 1u 1 0u 0 0r 0000轉(zhuǎn)輪出口速度矩：V R=UR -V XR X

7、ctgp =R23 -Q/A XR Xctgp2u 22 2 2m 22e 2222e代入水輪機(jī)基本方程式，并解出流量Q得到流量調(diào)節(jié)方程：Q= (R 23 +n gH/w ) /( ctga / (2n b )+R / A Xctgp )2h00222e對于水泵一般情況沒有導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。3、轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)輪起能量轉(zhuǎn)換作用，水流作用在轉(zhuǎn)輪葉片上的力矩為：M=/p dQ (V R -V R ) =p Q (V R -V R )，它與轉(zhuǎn)速乘積應(yīng)該等于水力 1u 1 2u 21u 1 2u 2機(jī)械的軸功率，對水泵與水輪機(jī)來說，軸功率表示公式不同，故有：水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪功率為：N=p gQHn 由N=Mw得出p gQHn

8、 =p Q (V R -V R ) w，故: hh1u 1 2u 2水輪機(jī)基本方程為：H=(V R -V R ) w / (gq ) 1u 1 2u 2h水泵轉(zhuǎn)輪功率為：N=p gQH/n h由N=Mw得出p gQH/n h=p Q氣*七芒)w，故: 水泵基本方程為：H=n h (V1uR1-V2uR2) w /g轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)出口速度三角形如下所示：圖中所示為(進(jìn)口處導(dǎo)葉開度不變， 故絕對來流方向不變；出口處葉片安放角不變，故相對速度方向不變；進(jìn)出口處 的牽連速度也不變)當(dāng)水頭、或流量變化時，進(jìn)口相對速度大小、方向，出口絕 對速度大小、方向的變化情況。在模型試驗(yàn)中也可以觀測到流態(tài)的變化，具體可

9、分以下幾種情形：3.1小流量葉片靠上冠處頭部脫流一葉道渦小流量時葉片頭部上冠處脫流現(xiàn)象我們可以通過內(nèi)窺鏡直接從進(jìn)口看到， 也能從出口看到，仍然以圖2-1中為例，牽連速度不變，絕對速度方向不變，當(dāng) 水頭較高時絕對速度大，相對速度與牽連速度夾角較大，葉片背面產(chǎn)生脫流；當(dāng) 水頭較低時絕對速度小，相對速度與牽連速度夾角較小，葉片正面產(chǎn)生脫流。這 兩種情況都形成沿上冠往下環(huán)、偏出口方向流動的葉道渦。大流量時葉片頭部上冠處脫流現(xiàn)象我們可以通過內(nèi)窺鏡直接從進(jìn)口看到，但不能從出口看到，原因是大流量時葉片頭部脫流產(chǎn)生在靠近下環(huán)處，垂直方向 的流動被下環(huán)破壞了。所以這時只能叫脫流而不是葉道渦。與葉道渦同理高水頭

10、時脫流產(chǎn)生在葉片背面，低水頭時脫流產(chǎn)生在葉片正面。3.3水泵工況的頭部脫流情形水泵工況包括可逆式水輪機(jī)，這時絕對速度方向不變，一直是法向，牽連 速度大小、方向都不變，流量增加時絕對速度增加，相對速度與牽連速度夾角加 大，在葉片頭部正面產(chǎn)生脫流；流量減小時絕對速度降低，相對速度與牽連速度 夾角減小，在葉片頭部背面產(chǎn)生脫流，與水輪機(jī)不同的是試驗(yàn)中這種正面脫流很 難看到，被葉片擋住了。3.4尾水管渦帶圖2-1中轉(zhuǎn)輪出口葉片出水角不變，所以相對速度的方向不變，但相對速 的大小變化時，如果假定牽連速度是不變的，那么可以看出在小流量時絕對速度 的方向具有與轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)速度相同的切向分量，而在大流量時絕對速度的

11、方向具有 與轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)速度相反的切向分量，這就是小流量渦帶成螺旋狀、大流量渦帶成柱 狀的原因，只有最優(yōu)工況附近，絕對流速法向才沒有渦帶，稱為無渦區(qū)。圖2-2 顯示了在綜合特性曲線上葉道渦區(qū)(最左側(cè))、螺旋狀渦帶區(qū)、無渦區(qū)、柱狀渦帶 區(qū)以及正背面脫流區(qū)。圖2-2各種現(xiàn)象綜合示意圖4、尾水管轉(zhuǎn)輪出口的位置勢能在水輪機(jī)安裝時就確定了，動能在一定工況下也是確 定的，壓能卻是可以改變的，為了更好的利用水流的壓力勢能，用尾水管來減小 轉(zhuǎn)輪出口的絕對壓力，回收流出轉(zhuǎn)輪后的水流的位置勢能和動能。如果轉(zhuǎn)輪在大 氣下出水p2 = pa，出口的水流能量(位置勢能Z2和動能v22/ (2g)就白白損失了， 如果有尾水管

12、，這時轉(zhuǎn)輪出口與尾水管出口之間伯努利方程如下：p/Y =p /y Z 一(V2-V2) /(2g)-A h ) TOC o 1-5 h z 2a2252-5可見尾水管可在轉(zhuǎn)輪出口造成靜態(tài)真空Z (轉(zhuǎn)輪出口高出下游水面距離)，同時造2成動態(tài)真空(V2-V2)/(2g)-A h。如果轉(zhuǎn)輪安裝在下游水面以下，Z就是負(fù)值，252-52此時尾水管的作用是回收流出轉(zhuǎn)輪后的水流的動能。n = (V2-V2) /(2g)-A h ) / (v 2/(2g)v252-52稱為尾水管的回能系數(shù)。應(yīng)該指出V2=Q/(n D22/4)是尾水管進(jìn)口的法向平均速度，切向分量應(yīng)該是 無法回收的。當(dāng)切向分量Vu太大時，尾水管

13、將出現(xiàn)渦帶一一引出壓力脈動概念； 如果回能系數(shù)太大，P2/y下降到當(dāng)時水溫下的飽和蒸汽壓力時，就會出現(xiàn)空 化一一引出空化概念。4.1壓力脈動壓力脈動指壓力周期性的變化，振幅、頻率是表征它的兩個指標(biāo)，現(xiàn)在有 的學(xué)者認(rèn)為Q =P qv2uR(角動量矩)的大小與壓力脈動的幅值有關(guān)。4.2空化流道中某一處的水壓力低于汽化壓力時，水就汽化，產(chǎn)生氣泡，稱為空化。 空化系數(shù)是表征空化的指標(biāo)，推導(dǎo)如下：葉片上點(diǎn)k處的壓力下降到汽化壓力時，它與轉(zhuǎn)輪出口處相對伯努利方程:p /Y +Z +w 2/(2g)-u 2/(2g)=p /y +Z +w 2/(2g)-u 2/(2g)+ h TOC o 1-5 h z k

14、kkk2222k-2p/Y = P/Y +Z -Z +(w 2- w2)/(2g)+ (u 2- u 2)/(2g)- h2kk2k22 kk-2根據(jù)尾水管回能公式，寫出轉(zhuǎn)輪出口與尾水管出口之間的絕對伯努利方程: 并代入上式，令：a Di=Zk-Z2解出：p /y =p /y -Z -n v 2/(2g)-(w 2- w 2)/(2g)-(u 2- u 2)/(2g)+A h -a D2T2 v2k 22 kk-21上式中略去：(u 2- u 2)/(2g)+A h -a D后，再減去汽化壓力p /y，得出:2 kk-21V(p p )/(y H) = (p /y - Z -p /y )/H-

15、(n Xk 2+入 Xk 2)=0 -a2 VT2 Vv v2w2ex in上式中：k 2 = v 2/(2gH) ； k 2=w 2/(2gH)；入=(w/w ) -1, a 稱為內(nèi)特性指標(biāo)， v2 2w2 2k 2in在工況一定時，它理論上是定值，我們只有調(diào)整。來改變空化，求得空化系數(shù)， ex同時電站安裝時也要保證不發(fā)生空化，而保證電站吸出高度Hs (上式中Z2)：H =Pa/Y -Pv/y -k a H=10.33-安裝高程/900 k a Hsaa對于水泵而言尾水管只是起到均勻引水作用。4.3初生空化與臨界空化空化很難用理論計(jì)算的方法求得，現(xiàn)在都是用模型試驗(yàn)的方法測得，試驗(yàn) 中通過改變

16、裝置空化系數(shù)測得水輪機(jī)效率的變化，根據(jù)IEC規(guī)定確定臨界空化系 數(shù)。但是現(xiàn)在人們更關(guān)心的是初生空化，出生空化是指隨尾水位下降，轉(zhuǎn)輪低壓 區(qū)剛剛出現(xiàn)微小的空化氣泡式的情形。這種情形完全是由于壓力減低造成的，對 于水輪機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)在出水邊葉片背面靠近下環(huán)處，但有時候下止漏環(huán)或轉(zhuǎn)輪斷面 間隙也會造成初生空化，設(shè)計(jì)時應(yīng)盡量避免；水泵水輪機(jī)水泵工況容易與葉片進(jìn) 水邊背面脫流(小流量)混淆，其實(shí)兩者是有區(qū)別的，背面脫流特點(diǎn)是沿流線方 向，隨工況變化而變化，隨壓力變化(尾水位或空化系數(shù))也變但不明顯，初生 空化是附著在葉片表面，隨工況變化不明顯，但隨壓力變化特別明顯，即對空化 系數(shù)的敏感度特別強(qiáng)，試驗(yàn)中要注意

17、分清。三、水力機(jī)械相似理論1、相似概念幾何相似的水力機(jī)械稱為同系列水力機(jī)械；如果同系列水力機(jī)械在相應(yīng)點(diǎn)上 的速度三角形相似，就稱他們運(yùn)動相似；一般情況下保持嚴(yán)格的幾何相似和運(yùn)動 相似則必然存在動力相似，即相應(yīng)點(diǎn)上所受的力成比例。2、相似換算一單位參數(shù)根據(jù)相似準(zhǔn)則推導(dǎo)的轉(zhuǎn)速、流量關(guān)系如下：CnXDi)/Hi/2 = const1Q/ (D：XHi/2)=const2代入功率計(jì)算公式，推導(dǎo)出：N/ (D2XH3/2)=const31對于水輪機(jī)來說三個常數(shù)分別稱為單位轉(zhuǎn)速*、單位流量Qii和單位功率Nii, 表示i米直徑的水輪機(jī)在i米水頭下的參數(shù)(轉(zhuǎn)速、流量和功率)。同系列水輪機(jī) 三個單位參數(shù)相等，

18、真實(shí)參數(shù)據(jù)此公式進(jìn)行換算。對于水泵來說，可將上述三個公式進(jìn)行變換(原理是將consti求出H表達(dá) 式，不同直徑、不同轉(zhuǎn)速泵H比值為常數(shù)；同理可由第二式求得流量，第三式求 得功率)，得到如下關(guān)系式：H/ (n2XD2)=const4Q/ (D3Xn)=const5N/ (DsXn3)=const6iii分別表示轉(zhuǎn)輪直徑i米，轉(zhuǎn)速i轉(zhuǎn)/分時的參數(shù)，單位水頭、單位流量Qii和單 位功率N”。同系列水泵三個單位參數(shù)相等，可以進(jìn)行換算。如果已知一臺水泵在某一轉(zhuǎn)速下的特性，想知其它轉(zhuǎn)速下的特性，應(yīng)用單位 參數(shù)(同一臺泵)之間有：Q/Q =n/n，H /H =(n /n ) 2, H /H =(n /n )

19、 3,這 i2 i2 i2i2i2i2種情況下的公式我們稱為比例定律。3、比轉(zhuǎn)速我們令：n = nii X Niii/2 = n X Ni/2/H5/4這就是比轉(zhuǎn)速表達(dá)式。將N= p gQH代 入上式，得到：n =nXQi/2/H3/4這兩個比轉(zhuǎn)速表達(dá)式中如果取功率單位為馬力，則ns = 3.65nXQi/2/H3/4這 就是水泵比轉(zhuǎn)速表達(dá)式，單位是(mm3/s)。對于水輪機(jī)來說如果取功率單位為馬力則具有和水泵相同的表達(dá)式，但是單 位變?yōu)?mHp),如果取功率單位為千瓦，則n =3.13nXQi/2/H3/4單位是(mkw)。 水輪機(jī)行業(yè)中常用單位參數(shù)表示，公式分別變?yōu)椋簄 =3.65niiX

20、Qiii/2n =3.I3niiXQiii/24、效率換算在推導(dǎo)水輪機(jī)單位參數(shù)n = (nXD )/Hi/2, Q =Q/ (D2XHI/2)及N =N/ (D2 TOC o 1-5 h z iiiiiiiiiXH3/2)時，省略了效率，即本應(yīng)該取h有效=n hXH、q有效=n qXQ及有效水頭與 流量發(fā)出的實(shí)際功率N實(shí)際=N/n m。這樣單位參數(shù)公式變?yōu)椋簄ii=(nXDi) / (qXH) i/2，Q =n XQ/ (D2X(n XH) I/2)及 N =N/ (D2Xn X(n XH) 3/2)； hiiqihiiim1 h在推導(dǎo)水泵單位參數(shù) H =H/(n2XD2)，Q =Q/(D3X

21、n)及 N =N/(D5Xm)iiiiiiiii時，也省略了效率，即本應(yīng)該取實(shí)際的流量水頭值h實(shí)際=H/n h、Q實(shí)際=Q/n q及 有效的功率值N有效= NXn m。這樣單位參數(shù)公式變?yōu)椋篐ii=H/ (n hXn2XDi2)， Q =Q/ (n XD3Xn)及 N =NXnX(n ) 3/2/ (DsXm)iiq iiimhi實(shí)際上相似水力機(jī)械之間的效率是不等的，必須進(jìn)行換算。由于容積損失與 機(jī)械損失所占比重較小，且研究不夠充分，所以工程上認(rèn)為近似相等，只對水力 效率進(jìn)行換算。水輪機(jī)換算公式如下：n =i- (i- ) X(i-n )一 X(i-n ) x(d /d ) *x(h/h )

22、i/8 Pmmim ipm p國際電工委員會(International Electrotechnical CommissionIEC )推薦：混流式應(yīng)用Moody公式：n p=i- (i-n ) x(di/di ) i/5軸流式應(yīng)用Hutton公式：n =i-o.3x(i-n ) o.7x(i-n ) x(d /d ) i/5X(h/h)心。Pmmim ipm p水泵換算公式：n = i- (I-Q Xn ) X(n XD / (n XD ) i/5Pmm 2m p 2pQ =(i 2.2i/Dp3/2 ) / (i 2.2I/D m3/2 )Dsp:原型機(jī)進(jìn)口直徑；DsM:模型機(jī)進(jìn)口直徑。

23、比轉(zhuǎn)速較低的離心泵，也采用Moody公式：n =1-（i-n ）x（d /d） 1/4 X（ n /n ） 1/5Pm2m 2pm p現(xiàn)在IEC對于效率換算有了新的二步法公式，主要是雷諾數(shù)影響在這個公式 里體現(xiàn)出來了。四、水力機(jī)械特性曲線水力機(jī)械特性曲線就是用曲線方式來表示各工況下水力機(jī)械參數(shù)之間的關(guān) 系，這些外特性參數(shù)包括：轉(zhuǎn)速n、流量Q、水頭（揚(yáng)程）H、效率n、功率（出 力）N、安裝高程Hs和空化系數(shù)。等。1、模型水輪機(jī)能量特性曲線水輪機(jī)模型能量試驗(yàn)中水頭H=const，導(dǎo)葉開口 a0 = const,通過調(diào)節(jié)單位 轉(zhuǎn)速，可以得到一系列轉(zhuǎn)速特性曲線，但試驗(yàn)中只繪制效啊=f （n11）曲線（

24、稱 為能量特性曲線，如圖4-1示），并記錄各點(diǎn)單位流量Q11值及開口 a0值，以備繪 制綜合特性曲線用。圖4-1模型水輪機(jī)能量特性曲線（試驗(yàn)條件水頭H=30m）2、混流式模型水輪機(jī)綜合特性曲線有了模型水輪機(jī)能量特性曲線就可以畫出模型水輪機(jī)綜合特性曲線n =f（Q ,n ）、a =f （Q ,n ）及出力限制線。步驟如下： TOC o 1-5 h z 111101111a、根據(jù)記錄的Q、a及n繪制a =f （Q ,n ）曲線。1101101111b、在n =f （n11）曲線族上截取n =常數(shù)的各點(diǎn)，依靠（Qn”）確定各點(diǎn)， 也可以依靠（a,n ）確定各點(diǎn)（這種方法更簡單），繪制到Q n坐標(biāo)系下

25、，連0111111成光滑曲線，即為綜合特性曲線。c、繪制輔助曲線nxi = const條件下的、=f （Q11）曲線，然后用95% （或其 它值）乘以N截得到一系列點(diǎn)單位流量值Q，將這組（n , Q ）畫到Q n11max1111111111坐標(biāo)系下，連成光滑曲線，即為95% （或其它值）出力限制線。（圖略去）3、軸流轉(zhuǎn)槳式模型水輪機(jī)定槳特性曲線和主要綜合特性曲線軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)和斜流轉(zhuǎn)槳式，完成上述工作得到的曲線稱為定槳特性 曲線，確定協(xié)聯(lián)工況后，得到的曲線才稱為主要綜合特性曲線，步驟如下：a、在定槳特性曲線上截取n11=const的水平線，其與等效率線、等開口線 相交，這些交點(diǎn)可做出不同葉

26、片轉(zhuǎn)角下的n =f（Q11）和a0=f（Q11）曲線，作n =f （Q11）諸曲線的包絡(luò)線，此包絡(luò)線定義為n11 下的最優(yōu)效率線，包絡(luò)線與單個 n =f（Q11）曲線的切點(diǎn)，定義為協(xié)聯(lián)工況點(diǎn)。b、將切點(diǎn)投影到a0 = f （Q11）曲線上，定出了協(xié)聯(lián)工況點(diǎn)的開口，這些開 口的連線，定義為最優(yōu)開度線。c、做許多等單位轉(zhuǎn)速線，得到許多點(diǎn)的葉片轉(zhuǎn)角山、導(dǎo)葉開度ao及效率n 值，畫到Q11 n11坐標(biāo)系下，得到主要綜合特性曲線。也可以利用這些最優(yōu)效率線（不同n11 下）與等效率線交點(diǎn)在Q11 n11坐標(biāo)系下畫出主要綜合特性曲線，并用 同樣的方法繪制其他線。圖4-2確定協(xié)連工況點(diǎn)輔助線（n11=130r

27、/min）試驗(yàn)室中常利用協(xié)連工況點(diǎn)參數(shù)：葉片轉(zhuǎn)角少、效率n、單位轉(zhuǎn)速n11及單 位流量Q11，象混流式水輪機(jī)一樣繪制綜合特性曲線，這時轉(zhuǎn)角相當(dāng)于混流式水 輪機(jī)導(dǎo)葉開口氣，然后再繪制綜合特性曲線上的其它曲線。4、軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)協(xié)連關(guān)系曲線繪制定水頭（定單位轉(zhuǎn)速）下的協(xié)連關(guān)系曲線0 =f （ao, H）。在主要綜合特 性曲線上，選定若干水頭（單位轉(zhuǎn)速），作等水頭線與等0線、等ao線相交，根 據(jù)這些交點(diǎn)繪制出不同水頭下的0 =f （ao）曲線，稱為協(xié)連關(guān)系曲線。試驗(yàn)室中常利用協(xié)連工況點(diǎn)參數(shù)：葉片轉(zhuǎn)角0及導(dǎo)葉開口 ao來直接繪制不 同水頭下的協(xié)連關(guān)系曲線0 =f （氣）。5、原型水輪機(jī)工作特性曲線水

28、電站水輪機(jī)運(yùn)行時，水頭變動很小，轉(zhuǎn)速要求恒定，出力和流量變化較大， 這種真機(jī)水頭H=const，轉(zhuǎn)速n = const條件下得到的n =f （N）曲線稱為水輪 機(jī)工作特性曲線，如圖4-3示。圖4-3原型水輪機(jī)工作特性曲線（運(yùn)行轉(zhuǎn)速入111.7r/min）6、原型水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線及等吸出高度線有了水輪機(jī)工作特性曲線，就可以繪制運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線，方法如同繪制綜合特 性曲線，只是參數(shù)變?yōu)閚 =f（H,N），并繪制出力限制線，其最大出力受發(fā)電機(jī)限 制。軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)在Hmin至Hr范圍內(nèi)的功率限制線根據(jù)綜合特性曲線上的導(dǎo) 葉最大開度aomax線上的參數(shù)換算確定（aomax是相應(yīng)于Hr時能保證水輪機(jī)額定

29、功率 的開度），有時也根據(jù)等吸出高度線確定出力限制線，這時需要繪制等吸出高度線， 根據(jù)公式H= 10.33-安裝高程/900 k。H計(jì)算出各水頭下H=f （N），按等值截 取繪制到運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線上即可。混流式與可逆式空化危險點(diǎn)多數(shù)發(fā)生在最大水頭，確定吸出高度時，只需比較幾個水頭，取最危險情況即可。7、混流式模型水輪機(jī)飛逸特性曲線飛逸指機(jī)組甩負(fù)荷的情況，水流的能量僅用來使轉(zhuǎn)動部件空轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速上升， 達(dá)到某一最高值時才穩(wěn)定。這時水輪機(jī)負(fù)荷為0，效率為0，故也稱飛逸曲線為“0 效率線”。根據(jù)不同開口下飛逸轉(zhuǎn)速n和飛逸流量Q繪制的關(guān)系曲線n =f（Q） 11R11R11R11R曲線，即為飛逸曲線。8、軸流

30、轉(zhuǎn)槳式模型水輪機(jī)飛逸特性曲線軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)其飛逸轉(zhuǎn)速分兩種不同情況，第一種情況是協(xié)連關(guān)系被 破壞的情況，這時相當(dāng)于定槳式水輪機(jī)，另一種情況是保持協(xié)連關(guān)系，可根據(jù)不 同水頭下（不同單位轉(zhuǎn)速）的協(xié)連關(guān)系曲線，選定協(xié)連工況點(diǎn)（a。，=f （氣）， 測試飛逸參數(shù)，畫出n11R=f （Q11r）曲線，即為協(xié)連工況定水頭（單位轉(zhuǎn)速）下的 飛逸曲線。試驗(yàn)室中不單獨(dú)做協(xié)連工況點(diǎn)飛逸試驗(yàn)，而是在定槳飛逸曲線上找出協(xié)連 點(diǎn)飛逸轉(zhuǎn)速點(diǎn)即可。9、原型水輪機(jī)飛逸特性混流式與定槳式水輪機(jī)最大飛逸發(fā)生在最大水頭下，根據(jù)單位轉(zhuǎn)速公式簡 單換算即可，氣nnnrXHj/z/D，而軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)其飛逸轉(zhuǎn)速在協(xié)連工況下不 同水頭

31、有不同的飛逸曲線，故應(yīng)先確定各水頭下最大飛逸轉(zhuǎn)速（求n11r=f （） 曲線的最大點(diǎn)，轉(zhuǎn)換成真機(jī)值）氣，然后繪制nr=f （H）關(guān)系曲線，此曲線的最 大值即為軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)在運(yùn)行中可能出現(xiàn)的最大飛逸轉(zhuǎn)速。10、水泵能量特性曲線水泵情況與水輪機(jī)不同之處在于：它不分模型與原型，曲線參數(shù)都用真實(shí)值， 不用單位值。故不區(qū)分模型與原型，但是要注明轉(zhuǎn)輪直徑與試驗(yàn)轉(zhuǎn)速。水泵模型能量試驗(yàn)中，保持轉(zhuǎn)速n = const，可以得到一系列以流量為自變量 的特性曲線（通過閥門或特殊消能裝置實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)），試驗(yàn)中繪制效率n =（Q）、 水頭H=f （Q）、入力（輸入功率N = f （Q）曲線（稱為能量特性曲線，如圖4

32、-5 示）。圖4-5水泵能量特性曲線（D1 = 500mm，n=1200r/min）11、水泵綜合特性曲線水泵綜合特性曲線就是將一系列不同轉(zhuǎn)速下n =f（Q）、水頭H=f（Q）曲線 繪制到H-Q坐標(biāo)系下，并將等效率點(diǎn)連成光滑曲線，如圖4-6示。L=1200r/mirLOOr.i1 m i n ti=700r/m i n rL=500r/mirL，-，fL=1200r/mirL圖4-6水泵綜合特性曲線（D1=500mm）12、水泵運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線水泵管路上各部件組成了水泵裝置系統(tǒng)，水泵的裝置有自己的裝置特性曲 線，即裝置的揚(yáng)程與管路中流量的關(guān)系曲線。裝置的揚(yáng)程包括三部分：位能的增 加H。；壓能的增加

33、AP；管路的損失 h = KXQ212、水泵運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線He=H+A P+XKXQ2是一條拋物線，它與水泵能量曲線交點(diǎn)即為水泵運(yùn)行 工況點(diǎn)。定轉(zhuǎn)速水泵運(yùn)行工況點(diǎn)只能是這一點(diǎn)，要改變運(yùn)行工況點(diǎn)需要通過改變 裝置特性曲線，來改變其交點(diǎn)。13、可逆式水泵工況運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線可逆式水泵水輪機(jī)其能量特性曲線隨導(dǎo)葉開口不同有所變化，故其能量特性 曲線是一組曲線，將此組曲線的每一開口效率最優(yōu)點(diǎn)找出，并找出其對應(yīng)的流量、 揚(yáng)程及入力，畫出圖4-7所示曲線，即為水泵工況運(yùn)轉(zhuǎn)曲線。在圖4-7所示曲線中，水泵工況運(yùn)行范圍為最大揚(yáng)程與最小揚(yáng)程所對應(yīng)的最 小開口與最大開口，水泵工況運(yùn)行時根據(jù)揚(yáng)程的變化調(diào)整開口（運(yùn)行點(diǎn)為裝置

34、特性 曲線（橫坐標(biāo)換為開口）與此圖中揚(yáng)程特性曲線交點(diǎn)），這時流量自然就是此開口 下最優(yōu)效率點(diǎn)流量。這種協(xié)連關(guān)系靠特性自然保證，轉(zhuǎn)槳式導(dǎo)葉與葉片的協(xié)連關(guān) 系靠系統(tǒng)調(diào)節(jié)保證不同。有時為了滿足水力性能，水泵工況運(yùn)行并不取各開口下 最優(yōu)點(diǎn)，而是偏離一點(diǎn)。在圖4-7所示曲線中，還有一條入力限制線，這條線是根據(jù)水泵電機(jī)性能確 定的。雖然電網(wǎng)中有足夠的電能，但是電機(jī)的能量是有限制的，如果電機(jī)選擇不 好，此限制線落在最大揚(yáng)程以下，那么水泵工況就達(dá)不到要求，就需要調(diào)整水泵 的直徑（減小直徑，減小流量，減小入力）。14、模型水力機(jī)械和空化相關(guān)的曲線和空化相關(guān)的曲線有：記錄效率與空化系數(shù)變化關(guān)系的曲線，用于確定臨界

35、 空化系數(shù)值，如圖4-8所示。另外還有所謂等空化系數(shù)線，是指利用試驗(yàn)結(jié)果繪 制的=（%，Q11）曲線，并將此曲線繪制到綜合特性曲線上。可逆式水輪機(jī)在水泵工況需要畫出運(yùn)行范圍及臨界空化、初生空化曲線，以 判斷水泵工況運(yùn)行范圍內(nèi)的機(jī)組空化狀況，因?yàn)樗霉r的空化要比水輪機(jī)工況 嚴(yán)重，所以可逆式水輪機(jī)人們更關(guān)注水泵工況的空化。圖4-8確定臨界空化系數(shù)曲線（水輪機(jī)試驗(yàn)水頭H=30m，工況點(diǎn)Qn = xxx，n11 = xxx；水泵試驗(yàn)轉(zhuǎn)速n=1200r/min，工況點(diǎn)Q = xxx，H = xxx）軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)等空化系數(shù)線可以在繪制完定槳特性曲線的等空化系數(shù) 線后，用繪制其它線相同的方法繪制主要綜

36、合特性曲線上的等空化系數(shù)線。試驗(yàn)室中可以先選定協(xié)連工況點(diǎn)，然后直接做協(xié)連工況點(diǎn)的空化試驗(yàn)。-QIffiL nfisEW 度高入吸正凈機(jī)型原100OOOOOOOOO0987654321特征凈揚(yáng)程H=220.05m特征凈揚(yáng)程H=185.56m特征凈揚(yáng)程H=175.4m極限最小凈揚(yáng)程，電網(wǎng)頻 率-QIffiL nfisEW 度高入吸正凈機(jī)型原100OOOOOOOOO0987654321特征凈揚(yáng)程H=220.05m特征凈揚(yáng)程H=185.56m特征凈揚(yáng)程H=175.4m極限最小凈揚(yáng)程，電網(wǎng)頻 率49.8Hz,水泵運(yùn)行范圍極限最小凈揚(yáng)程，電網(wǎng)頻 率50Hz，水泵運(yùn)行范圍極限最小凈揚(yáng)程，電網(wǎng)頻 率50.2Hz，水泵運(yùn)行范圍極限最小凈揚(yáng)程，電網(wǎng)頻 率50.5Hz，水泵運(yùn)行范圍正常最小凈揚(yáng)程，電網(wǎng)頻 率49.8Hz,水泵運(yùn)行范圍正常最小凈揚(yáng)程，電網(wǎng)頻 率50Hz，水泵運(yùn)行范圍正常最小凈揚(yáng)程，電網(wǎng)頻 率50.2Hz，水泵運(yùn)行范圍正常最小凈揚(yáng)程，電網(wǎng)頻 率50.5Hz，水泵運(yùn)行范圍原型機(jī)凈正吸入高度NPSHip（m）原型機(jī)凈正吸入高度10NPSHcp(m)105110115120125130135140原型機(jī)流量Qpm3/s145圖4-9水泵工況空化曲線可逆式機(jī)組水泵工況一般直接做出原型機(jī)的空化特性圖，如圖4-9,圖中上 面是水泵運(yùn)行范圍（不同水頭對應(yīng)的裝置空化系數(shù)），中間兩條粉線是出生空化系 數(shù)，