**個實驗為離心泵作水輪機和水泵兩種工況運行,其特性曲線如圖1所示。圖中下標T代表水輪機的效率。離心泵在作水輪機時是一個沒有活動導葉的水輪機,在水頭和轉速一定的條件下,其特性曲線只有一條,也就是開機后只能滿負荷運行,沒有調節能力。由圖可以看出,在nP=nT條件下,離心泵作水輪機運行時的流量QT要比作水泵運行的最優點流量QP大。隨水頭的提高,水輪機工況的出力將繼續增大,耗水量也不斷增加。
第二個實驗為高比轉速水輪機作水泵運行,其特性曲線很不理想,如圖2所示,作水泵運行的效率要比作水輪機低得多。揚程曲線H~Q上出現了兩個大的駝峰,表示有不穩定現象,所以,高比轉速水輪機做水泵運行不是一個理想的可逆式水力機械。
因此可以說,常規水泵和常規水輪機雖都可以雙向運行,但離心泵的可逆性反應在外特性上比水輪機要好得多。佛山水泵廠發現如果在離心泵葉輪四周裝上和水輪機一樣的活動導葉,則離心泵作水輪機運行時耗水量就會降低,效率還將有所提高,兩種工況在最優效率點的水頭也會更接近些。因此,目前抽水蓄能電站中廣泛使用的混流可逆式水泵水輪機就是以一個離心泵或混流泵型的葉輪為基礎,配以近似水輪機的活動導葉和固定導葉而形成的。
從理論分析上也可以證明葉片式水力機械的可逆性,即同一機械(葉片系統)在一種情況下可作水輪機運行,在另一種情況下可做水泵運行。
水力機械工作時,轉輪葉片對水流中一個微元所產生的力矩為通常水泵水輪機可以看作是穩定運轉,即=3吧/^=Q,則由于水流慣性引起的力矩(上式右側第二項)和水流流量改變時引起水流相對流速變化產生的力矩(上式右側第三項)可不考慮。
在水泵工況下,轉輪將由電機輸入的機械能轉換為水流能量,泵出口能量高于進口能量,故M>0,說明轉輪對水流做功。在水輪機工況下,轉輪將水流能量轉換為機械能,故M〈0,說明水流對轉輪做功。
通過肯富來水泵廠的分析,可以進一步說明水輪機和水泵雙向運行特性的關系。圖3中實線所示為普通混流式水輪機的進出口流速三角形,因轉輪葉片比較短,可見流道斷面變化大,葉片進口角hr也較大(70°~90°),所以在水輪機工況運行時能產生較大的分量。圖中虛線表示水輪機做水泵運行時的流速三角形,由于P2p角度大,水泵出口的流速)很大,因而轉輪出口和蝸殼中損失過大,所以這樣的轉輪做泵運行的效率不高。同時,流道的擴散度過大,也會引起水流脫流,對泵工況的運行很不利。
因泵葉片的流道長而擴散平緩,葉片出口角較小,可較好的適應葉輪出口和在蝸殼中的流動,能得到較好的性能。圖中虛線表示肯富來水泵做水輪機運行時的流速三角形,因葉片進口角較小,會產生一定的撞擊損失,但由于葉片長而流道變化平緩,使水流有足夠的空間進行調整,故使作水輪機運行時的效率仍然很高。由圖可見這種葉輪在水輪機工況的進口絕對流速小,其值比常規水輪機的小,因而為利用同樣的水頭,葉輪直徑必須做得比水輪機直徑大才能滿足要求。
在以上分析的基礎上所發展出來的可逆式水泵水輪機具有進出口流速三角形。轉輪基本上為離心泵葉輪形狀,配有水輪機型的活動導葉,在兩種工況運行時都有優良的水力性能。
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