②低比转速水轮机的过流量随着转速增高而 减小，而高比转速水轮机的过流量则随转速增 高而增加。中比转速水轮机的过流量则几乎不 随转速变化。
二、工作特性曲线
n 、转是n速指尺不寸变（条D1件）下确，定其的主水要轮工机作，参在数水之头间H的
关系曲线，常见的有以下。
1.出力特性曲线 Q , ,a 0fP
PfH
2. 效率与水头关系曲线 fH
曲线特点: 当水头低于最高效率点所对应的水头时，水轮
机效率的变化比较急剧，相反，效率变化比较缓
慢。
3. 流量与水头关系曲线 Qf H
曲线特点: 在小开度时，曲线接近于直线，但在大开度 时，呈现非直线。
注意
不同比转速的水轮机其水头特性也不同: 从下图可以看出，
此类曲线常用于模型试验中，试验中改
n 变
比 H 改变容易得多。
常见的有以下。
1. 出力与转速关系曲线 Pf n
2. 效率与转速关系曲线
f n
3. 流量与转速关系曲线 Qf n
注意
不同比转速的水轮机其转速特性也不同: 从下图可以看出，
①低比转速水轮机的效率对转速的变化比较 敏感，在偏离额定转速时，水轮机的效率下降 较快，而高比转速水轮机的效率下降较慢。
思考题：为什么轴流式水轮机不绘制5% 的出力限制线？
⒋ 冲击式水轮机
冲击式水轮机的过流量与水轮机的转速无 关，仅与喷嘴的开度有关，因此，它的等开度 线是与 坐标轴垂直的直线。
思考题：冲击式水轮机为什么不绘制5% 的出力限制线和空化系数线？
二、不同型式水轮机模型综合特性曲线特征比较
⒈ 等开度线比较 ⑴ CJ式水轮机：等开度
水轮机综合特性曲线——表示水轮机两个以 上参数之间的关系曲线。
综合特性曲线
模型综合特性曲线 运转综合特性曲线
一、水轮机的模型综合特性曲线
n 以单位转速
、单位流量
11
Q11
为纵、
横坐标轴，绘制的几组等值参数曲线，有等效
率曲线（等 线）、等空化系数曲线（等
线）、等开度曲线（等 a 0 线）、等转角曲
偏低，等效率线形状如扁 平椭园，意味着水轮机对 水头变化敏感，而对功率 变化不敏感，适用于高水 头、低流量、水头变化小 及负荷变化大的水电站。
如：曲线4
⑶ 中高 n s 的HL式水轮机：
等效率线在坐标上位置居中，等效率线形状 接近椭园，意味着水轮机对水头、功率变化程 度相差不大，适用于水头、流量中等范围开发 的水电站。
不同比转速的水轮机在偏离最优工况时，效率 下降的快慢程度不同，①高比转速水轮机在偏离 最优工况时的效率下降较慢；相反，低比转速水 轮机在偏离最优工况时的效率下降较快 。②低比 转速水轮机对应的空载水头值要比高比转速水轮 机大得多。
说明高比转速水轮机对水头的适应性优于低比 转速水轮机。
§5-3 水轮机的模型综合特性曲线
⒉ 协联工况
转浆式水轮机的转轮叶片可以改变角度， 当水轮机的工作水头或负荷发生变化时，导水 叶与叶片的协联机构，将使叶片角度作出相应 的改变，从而水轮机保持较高的工作效率，这 种运行方式保证的运行工况，称为协联工况。
协联工况包括两层含义：导水叶、转轮叶片
维持协联关系。协联工况点是指等 线和等 a 0
n1T 1 n11 M
Q1T 1Q1M 1
⒉ 工作特性曲线的计算
⑴ 在 Hmax与 Hmin之间，选取3—6个水
头值，其中应包括
Hmቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
、
ax
Hr
及
Hm
。
in
⑵ 求出与各选取水头值相对应的模型单
位转速
nD1 Hmax
n11 C1
n11M
n11T
2. 流量特性曲线 P , ,a 0fQ
3. 开度特性曲线 P ,,Q fa 0
以开度曲线为例说明： ①当 a0 0 时，Q,P,0。
②当 a0 a0x（空载开度）时，水
轮机以额定转速空载运转，P,0
QQx（空载流量）
③当 a0aox，水轮机才有功率输出， P和同时 。
④当 a0 达到某一个值时，效率出现峰值 max 。
绘制运转综合特性曲线时，首先要将模型水 轮机的参数换算成原型水轮机的工作参数，换 算中，要对换算的参数进行必要修正。
⑴ 效率修正计算 HL式、ZL式原型水轮机最优工况点（即最高
效率）效率计算分别为：
ma x11M max5
D 1M D 1
m a1 x 1 M m a 0 . x 3 0 .7 5D D 1 M 11H 0 H M 原、模型水轮机效率差值： 000M 原型水轮机在任意工况点的效率：
⑤当 a0继续，水轮机内的水流条件变坏，水力损失
， P虽有 ，但 值会 。
⑥ 当 a 0 a 0 m 时 , Q a xQ m , 但 a P x ,
注意:
在水轮机工作特性曲线上，有三个重要的特征点 ①当出力为零时，流量不为零，此处的流量称为 空载流量，对应的导叶开度称为空载开度。此时 ，流量很小，水流作用于转轮的力矩仅够克服阻 力而维持转轮以额定转速旋转，没有功率输出。 ②效率最高点对应的流量为最优流量。 ③出力曲线最高点处的功率，称为极限功率，对 应的流量为极限流量。 三种工作特性曲线可以相互转换。
第五章 水轮机的特性曲线
§5-1 水轮机的特性曲线分类
水轮机特性曲线——表示水轮机在各种运行 工况下，特性参数之间变化规律的曲线。
用于表示水轮机特性参数的有以下几类： 几何参数 、工作参数、综合参数
几何参数： D 1,D 2,a0,b0, 等。
工作参数： n,Q ,H ,P,H s,等。
综合特性参数：n1,1Q 1,1P 1,1ns, 等。
曲线特征： 曲线呈“直线
”形，每一条曲 线上，尽管工况 不同，但转轮叶
片的转角值
却相同。
fn 1,1 Q 11
⒌ 5%出力限制线
曲线特征：
曲线呈不规则形，出力 限制线把模型综合特性 曲线分成两部分，左边 为工作区域，右边为非 工作区域。出力限制线 上的工况点，称为水轮 机的限制工况点。
5%出力限制线——限制水轮机出力的曲 线，它是在各单位转速下水轮机的出力达到最 大出力的95%时各工况点的连线。
5%出力限制线是为保证水轮机正常、稳 定的工作条件而绘制的，是人为制定的标准， 随着设计、制造技术的不断提高，安全裕量值 会适当下降，可能会有4%、3%等。
注 意：
⒈ 不同类型的水轮机模型综合特性曲线不一样 ① HL式水轮机有：等效率线、等空化系数线、 等开度线、5%出力限制线。 ② ZZ式水轮机有：等效率线、等空化系数线、 等开度线、等转角线。 ③ ZD式水轮机有：等效率线、等空化系数线、 等开度线、5%出力限制线。 ④ CJ式水轮机有：等效率线、等开度线（喷针 行程线S=C）。 ⑤ XL式水轮机一般都是转浆式，与ZZ式水轮 机相同。
线为垂直于 Q11 坐标轴
的直线，开度不变时， Q与n变化无关，只取 决于n喷s 针开度。 如：曲线a
⑵ 低 n s的HL式水轮机：
由于经向流道较长，转 速n增加时，转轮内水流 受的外向离心力也增加， 流动受阻，Q减小，等开 度线呈左向上倾曲线。
如：曲线b
⑶ 中高 n s 的HL式水轮机：
由于转轮流道位于经向到 轴向弯道上，水流离心力 和旋转速度对Q的影响相 当，故转速变化对流量的 影响不大，等开度线基本 上呈竖直线。
对于单调节的水轮机有四个自变量
Q ,P , fD 1 ,a 0 ,H ,n
对于双调节的水轮机有五个自变量
Q ,P , f D 1 ,a 0 ,H ,n ,
因此，参数之间的关系较复杂，难以找出具
体的函数表达式，只能逐一分解，找出部分参数
之间的关系。
特性曲线分为 :
工作特性曲线
线性特性曲线 转速特性曲线
如：曲线1
3. 工作特性曲线比较
HL式水轮机比转速愈高， 效率曲线愈陡，偏离最 优工况时效率下降愈大。
轴流转桨和斜流转桨水轮 机效率变化平缓，平均 效率高。
§5-4 水轮机的运转综合特性曲线
一、概念
水轮机运转综合特性曲线——以工作参数H、 P为纵、横坐标轴，绘制的几组等值的工作 参数曲线，有等效率曲线（等效率线）、等 吸出高度曲线（等吸出高度线）、出力限制 线。
三、水头特性曲线
n 是指尺寸（ D1 ）确定的水轮机，在转速
a 、导叶开度 不变条件下，其主要工作参数之 0
间的关系曲线，常见的有以下
1.出力与水头关系曲线 Pf H
2.效率与水头关系曲线 f H
3.流量与水头关系曲线 Qf H
1. 出力与水头关系曲线 PfH
曲线特点: 曲线接近于直线，各导叶下的曲线从相应的 空载水头开始引出。在低于空载水头时，水轮 机即使在空载时，也不能达到额定转速。
这些曲线反映原型水轮机工作参数之间的变化 规律，可用于检查所选水轮机是否正确和指 导水轮机合理运行。
二、水轮机运转综合特性曲线的绘制
水轮机运转综合特性曲线，是根据同系列水 轮机的模型综合特性曲线，按水轮机相似理论 进行换算而绘制的。包含等效率曲线、等吸出 高度线、出力限制线。 （一）等效率曲线的绘制 ⒈ 参数修正计算
线（等 线）、5%出力限制线。
这些特性曲线能全面反映同系列水轮机的性 能，称为水轮机主要的模型综合特性曲线。
⒈ 等效率曲线 fn 1,1 Q 11
曲线特征：
曲线由内向外扩 大呈“鸭蛋”形， 效率逐渐降低。说 明在每一圈“鸭蛋 ”图上，尽管工况
不同，但效率值
却相同。
⒉ 等空化系数曲线
曲线特征： 曲线呈不规则形，每
如:曲线c
⑷ ZD式水轮机：由 于转轮流道位于轴向 弯道上，水流Q随转 速的增加而增大，等 开度线呈右向上倾斜 曲线。 如：曲线d