而维持转轮以额定转速旋转，没有输出功率。 • （2）效率最高点对应的流量为最优流量。 • （3）功率曲线最高点处的功率，称为极限功率，对应
的流量称为极限流量。 • （4）5%出力储备（见下图） • （5）工作水轮机工作特性的比较（见下图）
• 三种工作特性曲线可以相互转换，将一种形式变换成任 何其他一种形式。
、
1：高比速轴流转浆式 2：中比速混流式 3：低比速冲击式 4：高比速轴流定桨式
• 从上述分析，可得出下列结论：
• （1）凡转轮叶片固定不动的各种型式的水轮机，比转 速越高，效率曲线越陡，偏离没计工况时效率下降越快。 如轴流定桨式水轮机效率下降最大，不宜应用在出力变 化较大的水电站。
• （2）各种型式的水轮机最高效率并不在最大出力处， 所以通常尽可能使水轮机不在最大出力下工作。
• 各效率曲线与横坐标的交点所对应的水头即各水轮机的 相对空载水头值。
• 三、水轮机模型综合特性曲线
• 概念：水轮机模型综合特性曲线是指以单位转速和单位 流量为纵、横坐标而绘制的若干组等值曲线，这些等值 线表示出了同系列水轮机的各种主要性能。
• 在图中常绘出下列等值线： • ①等效率线：曲线上各点的效率相等。 • ②导叶（或喷针）等开度线：曲线上各点的开度相等。 • ③等空化系数线：曲线上各点的空化系数相等。 • ④混流式、轴流定桨式水轮机的出力限制线：
第一节 水轮机特性曲线
贵州天生桥水电站
一、水轮机特性曲线的类型 二、水轮机线性特性曲线 三、水轮机模型综合特性曲线 四、水轮机运转综合特性曲线及其绘制
• 一、水轮机特性曲线的类型
• 水轮机的特性曲线用于表达水轮机不同工况下 对水流的能量转换、空化等方面的水力性能、 力特性及其他性能。
• 目前主要通过模型试验，将各种水轮机的性能 参数整理并绘制成不同形式的曲线，即获得水 轮机的特性曲线图。
• 3、高比速水轮机的流量随转速的增加而增加；而低比 速的水轮机流量随转速变化趋势则相反；中等水轮机流 量则几乎不随转速变化。
图8-2 各类型水轮机转速特性的比较
• 二、水轮机线性特性曲线 • 2. 工作特性曲线： • 水电站的水轮机通常在固定的转速下运转，水头的变化
也较缓慢，但机组负荷则是经常变化的。
• （1）在低水头的径流式水电站，可能由于洪水期或电 站在大负荷工况下运行时流量的增多而使下游水位升高， 或者由于防洪需要而必须降低上游水位，导致水头降低；
• （2）在高水头水电站，上游库水位可能发生较大变化；
• （3）在具有长引水管道的水电站，流量变化时使得引 水损失发生变化。
• 水头特性曲线：表示水轮机在转速、导水叶开度为某常 数时，其流量、出力、效率与水头之间的关系。包括： 水头流量特性曲线、水头功率特性曲线、水头效率特性 曲线
• （1）转速特性曲线 • （2）工作特性曲线 • （3）水头特性曲线 • 常用的是反映出力与效率间的工作特性曲线。 • 2. 综合特性曲线：表示多个参数之间的关系，能较完整
地描述水轮机各运行工况的特性。
• （1）模型综合特性曲线 • （2）运转综合特性曲线
• 模横坐型标综轴合的特综性合曲特线性：曲以线单。位参数n11、Q11为纵、
n~Q曲线 n~P曲线 n~η曲线
• 转速特性曲线的比较： • 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 水轮机则下降较慢。
• 2、低比转速的混流式水轮机，其飞逸转速为额定转速 的160％左右；而高比转速的轴流式水轮机则高达2.6～ 3.0倍的额定转速。
• 运转综合特性曲线：以工作参数H、P为纵、横 坐标轴的的综合特性曲线。
• 二、水轮机线性特性曲线
• 1. 转速特性曲线： • 表示水轮机在导水叶开度 叶片转角和水头为某常数时，
其他参数与转速之间的关系。包括：
• 转速与流量的关系曲线
• 转速与出力的关系曲线 • 转速与效率的关系曲线
• 由水轮机转速特性曲线可以看出水轮机在不同转速时的 流量、出力与效率，还可以看出水轮机在某开度时的最 高效率、最大出力及水轮机的飞逸转速。
• 工作特性曲线：表示水轮机工作在固定的转速和水头下 的特性曲线。包括：
• 出力工作特性曲线 • 流量工作特性曲线 • 开度工作特性曲线
、
出力工作特性曲线
流量工作特性曲线
开度工作特性曲线
• 工作特性曲线的特点： • （1）当功率为零时，流量不为零，此处的流量称为空
载流量，对应的导叶开度称空载开度。 • 这时的流量很小，水流作用于转轮的力矩仅够克服阻力
关于水轮机的特性 曲线
第一章 绪论 第二章 水轮机的工作原理 第三章 水轮机的相似理论与模型试验 第四章 水轮机的空化与空蚀 第五章 反击式水轮机的结构 第六章 冲击式与贯流式水轮机 第七章 水轮机的特性曲线与选型设计 第八章 水轮机的运行与检修
第七章 水轮机特性曲线与选型设计
第一节 水轮机特性曲线 第二节 水轮机选型设计
水头流量特性曲线 水头效率特性曲线 水头功率特性曲线
、
图8-5 各类水轮机水头特性的比较
• 水头特性曲线的比较： • 1、对于反击式水轮机，高比速水轮机在偏离最优水头
时效率下降比低比速水轮机缓慢。
• 2、低比速水轮机的相对空载水头值要比高比速水轮机 大得多，这说明高比转速对于水头变化的适应性优于低 比转速水轮机。
• 特性曲线的作用：利用水轮机特性曲线来分析 水轮机的特性，从而在水电站设计中选择水轮 机的基本参数，并确定合理的运行方式。
• 一、水轮机特性曲线的类型 • 1. 线性特性曲线：反映2个参数之间关系的曲线。 • 几何参数（转轮直径、导叶或盆栽开度、桨叶转角）
• 工作参数（水头、流量、转速、效率、出力、空蚀系数、 吸出高度；单位转速、单位流量、单位出力、单位轴向 水推力）
• （3）轴流转桨式和水斗式水轮机，因效率变化较平稳， 故均可应用于负荷变化较大的水电站。轴流转桨式水轮 机的工作持性曲线是由不同轮叶装置角度φ的定桨式水 轮机效率特性曲线的员高效率点组成的。
• 具体情况参见下图。
、
• 二、水轮机线性特性曲线
• 3. 水头特性曲线：
• 水头在比较长的的时期内，可能发生较显著的变化：