水轮机吸出高度的安全规定

1.吸出高度的计算公式

水轮机在某一工况下，其最低压力点K 处的动力真空值是一定的，但其静力真空Hs却与水轮机的装置高程有关，因此，可通过选择合适的吸出高度Hs 来控制K 点的真空值，以达到避免空化和空蚀的目的。为了避免转轮叶片上的空化，必须使K 点压力大于水流的饱和汽化压力，即

将上式代入式（4-11）得

将上式整理后得

式中——相应于平均水温下的汽化压力。考虑到水电站压力管道中的水温一般为5～20℃，对于含量较小的清水质，可取=0.09～0.24（mH2O）；

σ——水轮机实际运行的空化系数，σ值通常由模型试验获取，但考虑到水轮机模型空化试验的误差及模型与原型之间尺寸不同的影响，对模型空化系数σm作修正，取σ=σm+Δσ或σ=Kσσm。

式（4-12）中为水轮机安装位置的大气压。考虑到标准海平面的平均大气压为10.33mH2O，在海拔高程3000m 以内，每升高900m 大气压降低1mH2O，因此当水轮机安装位置的海拔高程为▽m 时，有

在实际应用时，常将式（4-12）简写成

式中 ▽——水轮机安装位置的海拔高程，在初始计算中可取为下游平均水位的海拔高程；

σm——模型空化系数，各种工况的σm 值可从该型号水轮机的模型综合特性曲线中查取；

Δσ——空化系数的修正值，可根据设计水头Hr 由图4-7中查取；

图4-7　空化系数修正值Δσ与水头H 的关系曲线

H——水轮机水头，一般取为设计水头Hr；轴流式水轮机还应用最小水头Hmin，混流式水轮机还应用最大水头Hmax及对应工况的σm 进行校核计算；

Kσ——水轮机的空化安全系数，根据技术规范，对于转桨式水轮机，取Kσ=1.1；对混流式水轮机，可采用表4-3中的数据。

表4-3　水轮机水头与空化安全系数Kσ 关系

当然，吸出高度Hs 值的最后确定，还必须考虑基建条件、投资大小和运行条件等进行方案的技术经济比较。如水中含沙量大，为了避免空蚀和泥沙磨损的相互影响和联合作用，吸出高度Hs 值应取得安全一些。

2.吸出高度的规定

水轮机的吸出高度Hs 的准确定义是从叶片背面压力最低点K 到下游水面的垂直高度，如图4-8所示。但是K 点的位置在实际计算时很难确定，而且在不同工况时K 点的位置亦有所变动。因此在工程上为了便于统一，对不同类型和不同装置形式的水轮机吸出高度Hs 作如下规定。

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图4-8　各种不同型式水轮机的吸出高度

（a）轴流式；（b）混流式；（c）斜流式；（d）卧式反击式

（1）轴流式水轮机的Hs 是下游水面至转轮叶片旋转中心线的距离。

（2）混流式水轮机的Hs 是下游水面至导水机构的下环平面的距离。

（3）斜流式水轮机的Hs 是下游水面至转轮叶片旋转轴线与转轮室内表面交点的距离。

（4）卧式反击式水轮机的Hs 是下游水面至转轮叶片最高点的距离。

Hs 为正值表示转轮位于下游水面之上；若为负值，则表示转轮位于下游水面之下，其绝对值常称为淹没深度。

3.吸出高度与安装高程的关系

对于立轴反击式水轮机安装高程是指导叶中心高程，如图4-9（a）所示；对于卧式水轮机是指主轴中心高程，如图4-9（b）所示。不同装置方式的水轮机安装高程的计算方法如下。

图4-9　水轮机安装高程示意图

（a）立轴反击式机组安装高程；（b）卧轴水轮机安装高程

（1）立轴混流式水轮机

式中 ▽w——尾水位，m；

b0——导叶高度，m。

（2）立轴轴流式水轮机

式中 D1——转轮直径，m；

X——轴流式水轮机结构高度系数，取0.41。

（3）卧式反击式水轮机

确定水轮机安装高程的尾水位通常称为设计尾水位。设计尾水位可根据水轮机的过流量从下游水位与流量关系曲线中查得。一般情况下水轮机的过流量可按水电站装机台数参见表4-4采用。

表4-4　确定设计尾水位的水轮机过流量