水轮机的比转速.docx

第三节、水轮机比转速的概念水轮机的比转速n11加;R1 吊数，这个常数就称为水轮机的比n. P~5 4H (3-26)与D1无关的综合单位参数，它表示同一系列水轮机在H 1m, P 1kw时的转速n 11 f H 2 ■~P 9.81HQ , n ——和 Q Q11D1 vH 如果将D1代入式（3-26 ）,可导出ns的另外两个公式ns 3.13匕字H 4(3-27 )ns 3.13nn Q11(3-28 )另外，如果在式（3-26 ）中P定义为马力，对应比转速ns（用马力计算）与上述ns（用千瓦计算）的换算关系为:n.,.P(hp)5ns（用马力计算） H 4n. P(KW)H547 ns6 （用千瓦计算）水轮机的单位参数 门11, Q11, P11只能分别从不同的方面反映水轮机的性能为了找到一个能综合反映水轮机性能的单位参数，提出了比转速的概念由式（3-14 ）、式（3-16）消去Qi可得niijRi nJNP/H5"对于同一系列水轮机,在相似工况下其nii和pi均为常数，因此， 转速，常用仏表示，即nskw计从上式可见，比转速 ns是一个式（3-26 ）中，n以r/min计；H以m计；P以(3-29 )将比转速表达式作适当变换，可写成以下公式:7 n y9.81HQ ns3.65n . QH34(3-30 )用单位参数表示为:ns 3.65nii ：*Qii （ 3-31 ）由式（3-26 ） ~式（ 3-28 ）可见，ns综合反映了水轮机工作参数 n，H ,。

或P之间的关 系，也反映了单位参数 nn，P11或Q11之间的关系，因此，ns是一个重要的综合参数，它代 表同一系列水轮机在相似工况下运行的综合性能目前国内大多采用比转速 ns作为水轮机系列分类的依据但由于 ns随工况变化而变化，所以通常规定采用设计工况或最优工况下 的比转速作为水轮机分类的特征参数现代各型水轮机的比转速范围约为：水斗式ns 10 ~70 ；混流式ns 60 - 350 ；斜流式ns 200 ~ 450;轴流式ns 400 ~ 900,贯流式足600 ~ "00随着新技术、新工艺、新材料的不断发展和应用，各型水轮机的比转速值也正在不断地提高 出现这种趋势的原因可从以下两方面得以说明：1. 由式（3-26 ）可见，当n, H —定时，提高ns，对于相同尺寸的水轮机，可提高其出 力，或者可采用较小尺寸的水轮机发出相同的出力2. 当H，P —定时，提高ns可增大n，从而可使发电机外形尺寸减小同时可使机组零部件的受力减小，即可减小零部件的尺寸总之，提高比转速ns对提高机组动能效益及降低机组造价和厂房土建投资都具有重要的意义二、比转速与水轮机的关系1. 比转速与水轮机性能水轮机性能一般是指水轮机能量， 空化等水力性能。

根据统计资料，取水轮机额定工况的空化系数 和该工况的比转速之间的关系如图 3-2所示图中绘出了不同形式的水轮机可能偏差的范围对于这样额定工况（即满负荷）时空化系数 的平均值可按经验公式绘出：1.8（ns 30）20000 （ 3-32）式（3-32 ）指出，随着比转速增加，空化系数增加在高水头的电站中，如采用比转速高的水轮机，即使保证了机器的强度条件， 还要有较大的淹没深度， 这显然增加了厂房的开挖和土建投资因此，从材料强度和抗空化性能（影响厂房投资）条件着眼，在一定的水头 段只能采用对应合适比转速的水轮机2. 比转速与水轮机几何参数比转速与水轮机的几何参数，可从水轮机转轮几何形状和使用条件来说明不同型号的水轮机，具有不同的比转速由上述分析可知，水轮机的 ns越高，则Q11越大在一定的流速下，其所需过流断面的面积越大，要求导叶的相对高度 bo /D1大（如图3-3所示），转轮叶片数少，因此比转速将直接影响转轮的几何形状MAX图3-3 不同比转速的反击式水轮机转轮水轮机比转速与转轮几何形状之间大致有如下的变化规律水轮机导叶相对高度与比转速的近似关系:如 0.1 0.00065 ns混流式(3-33)Di轴流式boDi0.44 21.47/ ns(3-34 )转轮进、出口直径比 Di'D2随比转速ns的增加而减小。

Di D2对不同比转速具有 个水力性能最优的比值，其近似关系Di 1 (3-35)D2 0.96 0.00038 ns近代在水电工程中不断提高同一类型水轮机的应用水头或者说，对于已确定的水头，倾向于选用更高比转速的水轮机 例如，在世界范围内从60~80年代，混流式水轮机应用比转速提高了 17%轴流转桨式水轮机提高了 15%冲击式水轮机提高了 9%这种倾向的原因 是使用高比转速水轮机能带来经济效益 因为从水轮机本身看来，随着比转速的提高，在相同出力与水头条件下，能够缩减水轮机的尺寸，这样，能降低水轮机的成本及节约动力厂房 的投资或者，对既定的水轮机尺寸，在相等水头条件下，提高比转速能够增加水轮机的出 力对于发电机，由于水轮机比转速提高则提高了发电机转速，从而可以用较小的磁极数， 也缩小发电机的尺寸，从而导致电机成本的降低因此无论从动能或经济的观点， 提高水轮机的比转速都是有利的。