水轮机特性对调压室稳定断面积的影响

摘要：通过理论推导，研究了水轮机综合特性系数对调压室稳定断面的影响，即水轮机运行中不同工况点效率的相对变化对调压室稳定断面的影响.得出了最危险的调压室稳定断面取决于设计水头，并通过实例得到验证。

关键词：水轮机特性 综合特性系数 水轮机工况点 调压室 临界稳定断面

p=mt+x，

	mt=ehh+eyy+exx，	(2)
	q=eqhh+eqyy+eqxx.	(3)

.

.

F=e(Lf)/(2αgH0)=eFth.

.

.

(10)

根据，可得：

	(ΔQ′1)/(Q′10)=q-(1)/(2)h，	(11)
	(Δn′1)/(n′10)=x-(1)/(2)h.	(12)

.

	，	(14)
	，	(15)
	.	(16)

，

.

.

而可以改写成如下形式：

	，	(20)
	.	(21)

	，	(22)
	.	(23)

	区				线
	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	a	b	c	d
	&<0	&>0	&>0	&>0	=0	&>0	=0	&<0
	&<0	&<0	&>0	&>0	&<0	=0	&>0	=0
	&>1	在Ⅰ-Ⅲ之间	&<1	在Ⅰ-Ⅲ之间	&>1	&<1	&<1	&>1

　　各区域内e随和的变化规律见图2.从图2可看出：d线附近的e值较大，a线附近次之，c线附近又次之，而b线附近的e值较小.并且Ⅱ区的e值比Ⅳ区的小.其原因是大小对e起主要的作用.

　　对于中高比速混流式水轮机而言，它的等η线接近于椭圆，其长轴与短轴的长度相差不大，长轴与Q′₁座标轴成某一较小的角度，效率对Q′₁及n′₁变化的敏感程度在各类型水轮机中均属中等，5%出力限制线靠近最优效率区^［3］.于是Ⅰ区和Ⅲ区的范围减小，Ⅱ区和Ⅳ区的范围增大.n′max与5%出力限制线的交点落在a线附近，甚至进入Ⅱ区，而n′_1r与5%出力限制线的交点则落在d线附近，或进入Ⅳ区.因此后者的e值有可能大于前者.表2给出了我国水轮机制造上所采用的8种中、高比速混流式水轮机在限制工况点和最小水头工况点的e值，从中可以看出：限制工况点的e值均大于最小水头工况点的e值：随着比转速提高，限制工况点和最小水头工况点从Ⅰ区分别向d线和a线靠近，然后进入Ⅳ区和Ⅱ区.其结果与前面的理论分析是完全一致的.另外从表2得知：对于HL180，HL220，HLA286和HLD75等型号的水轮机，限制工况点的e值是最小水头工况点的1.55倍以上，而相应的水头之比还不到1.55倍.这表明增加水头对调压室稳定断面的直接正面影响，在一定条件下要比水轮机效率变化的负面影响小，甚至小得多.于是最危险的稳定断面不是取决于最小水头，而是设计水头.

水轮机型号	比速ns/(m*kW)	n′10/(r/min)	Q′10/(1/s)	η0			e
HLD46	164.4	70.0	630	0.894	-0.3523	-0.1566	1.937
		86.0	608	0.815	-0.1856	-0.8492	1.863
HL180-46	191.5	70.0	855	0.894	-0.4620	0.0509	2.241
		86.0	871	0.850	-0.0020	-0.7798	1.392
HL200	202.1	70.0	950	0.896	-0.3857	0.0391	1.910
		86.0	956	0.850	-0.1856	-0.7026	1.773
HL220	223.8	71.0	1140	0.890	-0.4483	0.0638	2.161
		88.0	1150	0.847	-0.0067	-0.7273	1.376
HLA23	237.8	75.4	1160	0.875	-0.4375	0.0689	2.105
		93.7	1110	0.840	0.0099	-0.9221	1.442
HLA286	253.4	79.0	1180	0.890	-0.3845	0.0843	1.868
		98.0	1174	0.840	0.4146	-1.0442	0.929
HLA112	260.8	79.0	1250	0.890	-0.3371	0.0799	1.702
		98.0	1285	0.850	0.1008	-0.7951	1.224
HLD75	263.9	80.0	1230.4	0.903	-0.3673	0.0753	1.811
		98.0	1210.9	0.870	0.2320	-0.7040	1.003

　　注：①最小水头是限制工况点的0.65倍左右；②表中的比速是按限制工况点计算的.

3　工程实例

工况点	n′10/(r/min)	Q′10/(1/s)	η0			e
设计水头	79.963	1172.4	0.9175	-0.2846	0.0087	1.5906
最小水头	93.50	1194.4	0.894	0.0511	-0.3936	1.1143

　　注：①最小水头工况点n′₁₀=93.5与5%出力限制线的交点；②设计水头工况点不在5%出力限制线上，相差Q′_1t-Q′₁₀=58.0(1/s).