水泵水轮机全特性课件
水轮机课件——水轮机的特性曲线
空载
P
， 曲线
空载
Q
， 曲线
空载
a
， 曲线
2.转速特性曲线
水轮机的导水叶开度和水头H为某常数时，水 轮机的流量Q、出力P及效率η与转速n之间的
关系。偏离最优转速时出力、效率降低。
0 50 100 150 200 250 300 350
n
n
～ 曲线；（ ） ～ 曲线；（ ） ～ 曲线
3、水头特性曲线
Q11
aH0
➢水轮机模型特性曲线的绘制
一、混流式水轮机模型综合特性曲线绘制
1、等开度线的绘制
水轮机能量实验通常是在固定H和固定ao 下，通过控制水轮机转矩 去调节水轮机的转速n，从而测得统一导叶开度下一系列工况点的 性能参数。按照个实验工况点的水头H、流量Q及转速年n，用相似 率公式可以求出各工况点的Q11和n11，将各工况点绘到图上如图所 示的坐标系，用光滑曲线将各点连接，即得到模型水轮机的等开度 线。
水轮机在转速n、导水叶开度为某常数时，其 出力P、流量Q及效率η与水头H之间的关系
空载水头
水轮机模型综合特性曲线
水轮机模型综合特性曲线的特点：1）通过模型试验而获 得的水轮机特性（外特性）；2）综合表示水轮机能量指 标、空化性能等；3）以单位流量、单位转速为坐标系的 标准表达形式。在以n11、Q11为纵、横坐标轴的直角坐 标系中同时绘出等效率线、 C1， 等开度线 a C2 以
• 根据模型实验所获得的数据，计算出各工况点的效率与单 位转速，绘出各导叶开度下的曲线，每个开度有一条曲线。
• 在曲线图上以为某常数作一直线，与各开度下的曲线相交， 得交点b1、b1’、b2、b2’……，找出各交点相对应的与。
• 以为横坐标，以为纵坐标绘一直角坐标系，并在其中绘出 各导叶开度的等开度线，将②中所得到的各交点按其、值 绘到坐标图中相应的等开度线上，将各点连成光滑曲线， 即得到相应于所取得效率值的一条等效率曲线。
水轮机的主要类型及应用PPT(共20页)
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31、我们无法选择自己的出身，可是我 们的未 来是自 己去改 变的。
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32、命好不如习惯好。养成好习惯，一 辈子受 用不尽 。
•
33、比别人多一点执着，你就会创造奇 迹。
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50、想像力比知识更重要。不是无知 ，而是 对无知 的无知 ，才是 知的死 亡。
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51、对于最有能力的领航人风浪总是格 外的汹 涌。
61、在清醒中孤独，总好过于在喧嚣人 群中寂 寞。
•
62、心里的感觉总会是这样，你越期待 的会越 行越远 ，你越 在乎的 对你的 伤害越 大。
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63、彩虹风雨后，成功细节中。
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64、有些事你是绕不过去的，你现在逃 避，你 以后就 会话十 倍的精 力去面 对。
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65、只要有信心，就能在信念中行走。
•
66、每天告诉自己一次，我真的很不错 。
小结 （表1—1）
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1、不是井里没有水，而是你挖的不够深 。不是 成功来 得慢， 而是你 努力的 不够多 。
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2、孤单一人的时间使自己变得优秀，给 来的人 一个惊 喜，也 给自己 一个好 的交代 。
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3、命运给你一个比别人低的起点是想告 诉你， 让你用 你的一 生去奋 斗出一 个绝地 反击的 故事， 所以有 什么理 由不努 力!
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25、你不能拼爹的时候，你就只能 去拼命 ！
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26、如果人生的旅程上没有障碍，人还 有什么 可做的 呢。
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27、我们无法选择自己的出身，可是我 们的未 来是自 己去改 变的。 励志名 言：比 别人多 一点执 着，你 就会创 造奇迹
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28、伟人之所以伟大，是因为他与别人 共处逆 境时， 别人失 去了信 心，他 却下决 心实现 自己的 目标。
水泵、水轮机讲义资料
第一章概述1．基本概念（1）什么叫水轮机？答：将水能转变为旋转机械能的水力原动机叫做水轮机。
（2）冲击式水轮机与反击式水轮机的区别。
答：工作原理方面：利用水流的势能与动能做功的水轮机为反击式水轮机；利用水流的动能做功的水轮机为冲击式水轮机。
流动特征方面：反击式水轮机转轮流道有压、封闭、全周进水；冲击式水轮机转轮流道无压、开放、部分进水。
结构特征方面也显著不同。
如转轮的差别，有无喷嘴、尾水管。
（3）反击式水轮机的过流部件及其作用引水室：作用是引水流进入导水机构。
导水机构：作用是调节水轮机过流量，并使水流能按一定方向进入转轮。
转轮：将水流能量转换为固体旋转机械能量的部件。
尾水管：作用是将水流排下下游，并回收转轮出口的剩余动能。
（4）冲击式水轮机的主要部件喷嘴：水轮机自由射流的形成装置。
喷针：与喷嘴共同完成流量控制（以行程变化喷嘴控制喷嘴出口过流面积）。
转轮：由轮盘和轮盘外周均匀排列的水斗构成的组件，转换水流能量为固体旋转机械能。
折向器：自由射流流程内部件，可遮断射流，以防止转轮飞逸。
（5）我国关于水轮机标准直径的定义混流式：转轮叶片进水边上最大直径。
浆叶式（轴流式、斜流式、贯流式）：浆叶转动轴线与转轮室相交处直径。
冲击式：射流中心线与转轮相切处节圆直径。
（6）水轮机工作参数工作水头H ：水轮机的进口和出口处单位重量水流的能量差值。
流量Q ：单位时间内通过水轮机的水流体积。
转速n ：水轮机转轮单位时间内旋转的次数。
出力P ：水轮机轴端输出的功率。
效率η：水轮机的输入与输出功率之比。
2．基本计算（1）水电站的毛水头g H ：du g Z Z H －=其中：u Z ，d Z 分别为电站上、下游水位高度。
（2）水电站的工作水头H ：理论表达式：)2()2(2211g v p Z g v p Z H ∏∏∏∏I I ++-++=αγαγ式中参量见装置示意图。
测量与计算：因为如示意图所示，I -I 断面为距出口断面一定距离的下游断面γαγap Z g v p Z +≈++I ∏∏∏∏22，工作水头测量计算可如下进行。
水轮机课件——轴流式水轮机
➢水轮机的特性
（１）轴流定桨式水轮机的特性
１、效率线
n11
窄长，负荷
变化适应性
差。
a
２、等开度
线为上升曲
线，单位转
速增大时流
Q11
量增大。
(２)转桨式水轮机的特性
特点：高效区宽；叶片与水头、导叶双协联
定桨、转桨比较
n11
等开度线
等叶片转角线
Q11
转桨式水轮机桨叶与导叶的协联 导叶开度增大时叶片角度增大
Tz TZ11D12H max TZ11 : 单位轴向水推力，查实验曲线
➢混流式水轮机的轴向水推力
• 公式
Ft
9.81103
4
D12Hmax (N )
K
4
D12
H
max
(104
)(N
)
转轮型号 HL310 HL240
K
0.37-0.45 0.30-0.41
HL100 0.08-0.14
1.图中没有安装轮叶 操作架；
2.图中没有标出所有 的连接螺钉和轴套。
轮叶连杆转壁
轮叶操作机构
铜瓦
枢轴
转臂
铸铁瓦
操作架连接处
连杆 图中尚缺乏轮叶操作架
➢轴流式水轮机的性能特点
转速高，过流能力强，同样条件下，出力大。 转桨式可随水头与负荷的变化自动调整叶片角 度，有宽广的高效率区。 单位流量大，空化系数大，同样工作条件下比 混流式空化严重。
大
Q11
(3)转桨式水轮机的轴向水推力
Tz=K
4
D12Hmax (104
N
)
Do
bo Vm
T
➢轴向水推力的计算
１一般由实验确定水推力系数（水轮机型谱或模型 特性曲线）
水轮机概论及工作原理ppt课件
水轮机安装高程:
水轮机安装高程是水电站厂房设计中
的控制性高程，对于不同类型、不同装置方
式的水轮机，工程上规定的安装高程位置不
同.
1. 设计制造方面： 合理选型，叶型流线设 计，表面光滑，抗空蚀钢衬(不锈钢)。
2. 工程措施：合理选择安装高程，采取防 沙、排沙措施，防止有害泥沙进入水轮机。 3. 运行方面：避开低负荷、低水头运行， 合理调度，必要时向尾水管补气。
水轮机的吸出高度
汽蚀系数 吸出高度 水轮机安装高程
汽蚀系数
动力真空的相对值
水轮机能量转换过程
从高处引水流进水轮机，通过水流与水轮 机转轮的相互作用，水流就把自己的能量 传给了水轮机。水轮机获得能量后就开始 旋转起来，把水能转换成了旋转的机械能。 由于水轮机与发电机相连，于是发电机转 子跟着水轮机一起旋转，这样水轮机就把 能量传递给了发电机，磁极旋转时，会改 变线圈中的磁通，在线圈中产生电流。 水能→机械能→电能
水轮机类型及应用水头范围
类 型
反击式 HL式
型
式
混 流 式 混流可逆式 轴流转桨式 轴流定桨式 斜 流 式 斜流可逆式
适应水头范围（m）
40～700 80～600 3～90 3～50 40～200 40～120 2～30 300～1700 20～300 5～100
ZL式
XL式 GL式
贯流转桨式
贯流定桨式 水斗式 斜击式 双击式
HS为下游水
面至叶片转
动中心的
距离 （如右图）
立轴混流式水轮机， HS为下游水面 至导叶下部底 环平面的垂 直高度(图右)
立轴斜流式水轮机，HS为下游水面至叶片 旋转 轴线与转轮 室内表面相交点 的垂 直距离 （如右图）
水轮机培训经典实用课件
水轮机类型及构造主要内容1、水轮机类型2、水轮机工作参数3、水轮机各类型特点4、水轮机各类型构造5、水轮机型号水轮机是一种将水能转换为旋转机械能的水力机械。
用于带动发电机发出电能。
水轮机是水电站中最主要动力设备之一。
水轮机贯流式轴流式混流式冲击式轴流式水轮机•混流式•轴流式•斜流式•贯流式•混流式•斜流式•轴流式冲击式可逆式反击式轴流定浆式轴流转浆式•水斗式•双击式•斜击式全贯流式半贯流式灯泡式轴伸式竖井式水轮机的分类反击式混流式（HL）轴流式（ZL）斜流式(XL)贯流式(GL)轴流定桨式（ZD）轴流转桨式(ZZ)斜流定桨式（XD）斜流转桨式(XZ)贯流定桨式（GD）贯流转桨式(GZ)冲击式切击式（CJ）斜击式（XJ）双击式(SJ)可逆式*混流式轴流式斜流式水轮机类型水轮机的分类水轮机反击式水轮机冲击式水轮机水流的压能转变为机械能水流的高速射流动能转变为机械能混流式轴流式贯流式斜流式切击式斜击式双击式水轮机的主要类型参数：水头、流量、功率、效率、转速等1.工作水头又称净水头，等于毛水头减去引水系统水头损失。
毛水头也叫装置水头，等于水电站上下游水位差。
2.流量表示水流在单位时间内通过水轮机的体积。
3.功率输入功率为水流对水轮机每秒钟付出的机械能。
输出功率为水轮机轴输出的机械功率，也叫水轮机的出力。
通常所说的水轮机功率，指水轮机输出功率。
4.效率水轮机输出功率与输入功率之比称为水轮机效率。
5.转速水轮机轴每分钟转动的圈数，称为水轮机的转速，单位为r/min。
水轮机可以有不同转速，但H一定时，一定的转轮直径D有一个效率1最高的转速n，通常由此转速选择相近的同步发电机转速。
电工学中：f=p.n/60n=f.60/p=3000/pn=3000/pf-频率p-磁极对数n-转速对于水轮机与同步发电机直接联接的机组，水轮机的额定转速必须与发电机转速同步。
我国电网的额定频率为50HZ ，水轮机额定转速:各型水轮机的特点1.混流（HL）式水流特点：转轮区水流径向流入，轴向流出；结构特点：转轮由上冠，下环，叶片，泄水锥组成；9～22叶片（固定不动）。
水轮机概论及工作原理ppt课件
小流量电站（如刘家峡）。 适用范围：H=30～ 700m，单机容量：几十kW～几十万
kW
三峡转轮
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
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水轮机的牌号及装置形式
一. 型号(由三部分组成)
Ⅰ
Ⅱ
型式 型号
主轴布 引水室 置型式 型式
容积式：依靠运动元件改变 工作容积来实现能量转化 。
（2）按结构分
叶片式 ：依靠高速旋转叶片 与流体之间力的相互作用来 转换能量，又称透平机械 。
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
4. 转轮（工作核心）——能量转换。决定水轮机的 尺寸、性能、结构。 5. 泄水部件（尾水管）—— ①回收能量；②排水至 下游。 6. 主轴——将转轮机械能传递给发电机。 7. 轴承——承受水轮机轴上的荷载（径向力和轴向 力），并传递给基础。如水轮机导轴承。
水流流动方向：
水流→蜗壳→座环→导叶→转轮→尾水管→下游
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
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水泵水轮机全特性
1．水泵水轮机全特性曲线
抽水蓄能电站的水泵水轮机均设有活动导叶，通过导叶调节水轮机运行时的流量，故水泵水轮机的特性曲线一般为一组不同导叶开度下的全特性曲线，其区域的划分与水泵的全特性区域划分一样，只是习惯上以正常水轮机运行工况的各参数为正。
同时抽水蓄能电站一般H 也总是正值，即在实际工程中实用也就是5个工况区，即水轮机工况、水轮机制动工况、水泵工况、反水泵工况、水泵制动工况。
水泵水轮机全特性曲线表示方法通常采用1111~n Q 和1111~n M 来表示。
图3-7和图3-8所示为某抽水蓄能电站水泵水轮机的四象限特性曲线。
图3-7 水泵水轮机流量特性曲线 图3-8 水泵水轮机力矩特性曲线
2．水泵水轮机全特性曲线的特点
通过对不同水泵水轮机的全特性分析可以看出，水泵水轮机全特性有着下述的规律与特点：
（1）在水泵工况，大开度等导叶开度曲线汇集成一簇很窄的交叉曲线，说明在此区域水泵扬程与导叶开度的关系不大，开度的改变不会造成单位转速及单位力矩的很大的变化。
当导叶开度较小区域时随着导叶开度的减小其流量曲线及力矩曲线则加速分又，说明此时的导水机构可看作是节流装置，水头损失急剧增大，从而对水泵的力矩及流量产生较大的影响。
在水泵实际运行中导叶开度将随着扬程的变化而沿各导叶开度特性曲线的外包络线变化，使得水力损失最小，也即使得水泵的效率在此工况最高。
此外，随着单位转速的增大，也即水泵扬程的减小，水泵的流量及水力矩将快速增大，所以在水泵及电动机设计时应充分考虑此时水泵的力矩特性，电动机容量应根据可能的正常运行最低扬程工况进行设计，并留有一定的裕量；同时根据导叶小开度区域力矩分散的特性，在异常低扬程起动时（如初次向上水库异常低扬程充水时）可采取关小导叶开度来限制其水力矩，即限制水泵的入力在一定范围以内。
（2）水泵制动区力矩随单位转速的减小而逐渐增大，其中沿大导叶开度线要比小导叶开度线要明显得多；另外，各导叶开度线与单位转速坐标轴的交点集中，表明水泵水轮机冰泵的零流量点与导叶开度关系不大，同时各导叶开度线的切线基本为正斜率，表明随着水泵工况反向流量的增大其制动水力矩不断增大，但水力矩的增速逐渐变缓，同时单位转速减小，转速减小的速度逐渐加快，这主要是机组转动部件及水体有着惯性力矩的抑制作用。
由于在该区力矩随着单位转速的减小而增大，尤其是对低比转速的水泵水轮机在大导叶开度断电而导叶拒动时，水力矩有可能达到除正常水泵工况及反水泵工况外的最大值，故在机组设计时应对此过渡工况产生的水力矩进行详细计算；同时由于小导叶开度线较大导叶开度线平缓得多，因此建议在水泵断电时宜快速关闭导叶至小开度。
（3）水轮机工况区不同导叶开度线在小单位转速区较为平缓，并且向零力矩线（飞逸线）方向及向大导叶开度方向逐渐变得密集，并在大单位转速区变化快速加剧。
一方面说明机组转速在小单位转速区域对流量的影响不大，流量主要由导叶开度来决定，并且在相同水头下，大开度区导叶开度对流量的影响要小于小开度区导叶开度对流量的影响。
同时，不同导叶开度飞逸工况下的流量随开度的减小而减小，且减小的速度逐渐变缓，在小开度区不同导叶开度飞逸工况下的流量变化最小。
另外一方面在大单位转速区流量变化剧烈，沿等导叶开度线单位流量及单位力矩快速下降，说明随着机组转速的上升，离心制动作用迅速加大，使得水轮机方向流量及力矩迅速减小。
（4）水轮机制动区不同导叶开度线变得密集，斜率大，基本上与单位转速坐标轴垂直，在比转速小的机组甚至出现明显的反弯现象，即“S”特征明显，此时等单位转速线与等导叶开度线有两个或两个以上的交点，即同一个转速下对应着多个不同流量的运行工况，从而在飞逸工况下出现不稳定现象，在多个工况间来回摆动。
这是由于随着比转速的减小，转轮的流道变得长而窄，转轮内水体的离心力增大，随着转速的上升，当离心力产生的力矩接近和大于水力矩与机组阻力矩之和时，便产生制动力矩，转速开始下降，使得离心力矩减小，当水力矩大于离心力矩与机组阻力矩之和时，机组又开始加速，于是使机组的运行产生来回震荡。
另外，“S”特征随着导叶开度增大而越来越明显，说明随着水头的降低，其空载飞逸越来越靠近或深入“S”区。
（5）反水泵区的等导叶开度线随着单位转速的增大出现交叉，导叶开度对机组的流量及力矩影响不大。
反水泵区的流量不大，但随着流量的增加，机组的转速和力矩均快速增加，从而使扬程也快速增加。
因此在事故情况下应尽量避免进入反水泵区太深（如甩负荷时快速关闭导叶，机组有可能进入反水泵工况区）。
而对于“S ”特征明显的低比转速机组，应对额定水头及最小水头工况下甩负荷导叶拒动时可能进人反水泵工况区而产生的力矩进行详细计算。
（6）不同比转速的水泵水轮机有着不同的特点，如图3-9及图3-10所示为比转速，
st n =120的混流式水泵水轮机四象限特性曲线，图3-11及图3-12所示为st n =232的斜流式水泵水轮机的四象限特性曲线。
图3-9 比转速st n =120的 图3-10 比转速st n =120的 混流式水泵水轮机流量特性曲线 混流式水泵水轮机力矩特性曲线
图3-11 比转速st n =232的 图3-12 比转速st n =232的 斜流式水泵水轮机流量特性曲线 斜流式水泵水轮机力矩特性曲线
① 低比转速水泵水轮机“S ”区明显；高比转速水泵水轮机“S ”区不明显，有的甚至没有“S ”区。
② 低比转速水泵水轮机大导叶开度线在正流量区的特性比高比转速水泵水轮机的大导叶开度线平缓。
③ 随着比转速的增大，零力矩线（飞逸线）的斜率越来越大。
④ 各比转速水泵水轮机流量特性在反水泵工况均较平缓，但高比转速机组的力矩特性较低比转速机组的变化要剧烈得多，也即在等单位转速变化的情况下高比转速机组的反水泵工况扬程变化比低比转速机组的要大得多。
“S”特性
中，高比转速水轮机在Q11~ n11曲线上的开度线在高转速区略呈向下弯曲的形状，如图1虚线，和飞逸线（M11=0）的交角较大，故这种水轮机在到达飞逸后容易保持稳定，一般不会越过飞逸线而进入制动区。
但是可逆式水泵水轮机和低比转速水轮机因为转轮直径较大，离心力作用大，水的进流很快下降，开度线显著地向下弯曲，如图1中实线。
这些线和M11=0线交角很小，故这种机组达到飞逸以后有可能直接进入制动区。
比转速特别小的水泵水轮机在受到其自身惯性驱动而进入制动区后，由于水流对转轮的阻挡作用，在流量减小的同时转速也略下降，故开度线出现向小n11值的反弯现象，如图2。
如果惯性力矩仍不消失，转轮离心力将使水向反方向流出，即进入反水泵区。
此时转速将再增大，使开度线向大n11方向弯曲，总的形成一个S形，这段曲线通称为“S”特性曲线。
中比转速水泵水轮机的“S”特性不甚明显，而低比转速水泵水轮机则很突出。
在“S”区域内机组在同一单位转速下可以有三个不同单位流量，其中一个还是负值，所以“S”区域是个不稳定区，运行中要尽量避免进入这一区域。
图1飞逸转速附近的开度线
图2可逆式水泵水轮机的“S”特性。