比转速和水轮机的相关性

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σ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σ的平均值可按经验公式计算，即

图3-2　满负荷时空化系数与比转速的关系

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b0/D1 大（图3-3），转轮叶片数少，因此比转速将直接影响转轮的几何形状。(www.xing528.com)

图3-3　不同比转速的反击式水轮机转轮（单位：mm）

（a）混流式；（b）混流式；（c）轴流式；（d）轴流式

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为

转轮进、出口直径比D1/D2 随比转速ns 的增加而减小。D1/D2 对不同比转速具有一个水力性能最优的比值，其近似关系

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20世纪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。