最優(yōu)工況

水輪機(jī)效率最高的工況稱為水輪機(jī)的最優(yōu)工況，其余工況均稱為水輪機(jī)的非最優(yōu)工況。

水輪機(jī)在最優(yōu)工況運(yùn)行時，水力損失最小。理論上，最優(yōu)工況應(yīng)發(fā)生在進(jìn)口水流無撞擊、出口水流呈法向的條件下。

1、無撞擊進(jìn)口

當(dāng)轉(zhuǎn)輪進(jìn)口水流的相對速度的方向與葉片剖面的中線在進(jìn)口處的切線相一致的時候，水流繞流平順，不產(chǎn)生撞擊、脫流等現(xiàn)象，水力損失最小，稱為無撞擊進(jìn)口。

但當(dāng)水流相對速度與葉片剖面中線在進(jìn)口處的切線方向不一致的時候，就會發(fā)生撞擊時，會出現(xiàn)脫流和漩渦區(qū)，產(chǎn)生撞擊損失，使水輪機(jī)效率下降。

2、最優(yōu)水流出口

不同水頭下的反擊式水輪機(jī)對最優(yōu)水流出口的要求略有不同。對高水頭水輪機(jī)，最理想的轉(zhuǎn)輪出流是法向出口；而對中、低水頭混流式水輪機(jī)及軸流式水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪的略具正環(huán)量的水流出口是有利的。

（1）法向出口。當(dāng)從轉(zhuǎn)輪流出的水流是沿著軸面流動且無旋時，稱為法向出口，此時出口水流角α₂=90°，出口速度三角形為直角三角形。

（2）略具正環(huán)量的水流出口。當(dāng)轉(zhuǎn)輪出口水流略具正環(huán)量時，出口水流角α₂略小于90°，V_u2略大于零，此時V_u2的方向與轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動的方向一致。此出流與法向出口相比，對混流式水輪機(jī)及軸流式水輪機(jī)，反而能減少水力損失，改善水輪機(jī)的效率及汽蝕性能。

原因如下：

①具微量正向旋轉(zhuǎn)的水流，在水流自身的離心力作用下，將緊貼尾水管的管壁流動，因而不易發(fā)生脫流及滯水區(qū)，從而減少尾水管的能量損失；

②由于轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口環(huán)量的增大，相應(yīng)使轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口水流相對流速w₁、w₂減少，從而也能降低轉(zhuǎn)輪中的水力損失。

對于形狀和尺寸均已確定的水輪機(jī)，最優(yōu)工況只會在某個水頭、流量和轉(zhuǎn)速的條件下出現(xiàn)。但水輪機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，水頭、流量總是變化的，因此不可避免地要偏離最優(yōu)工況運(yùn)行。

下圖《水輪機(jī)非最優(yōu)工況》為水頭固定、導(dǎo)葉開度減小和導(dǎo)葉開度固定、水頭降低時的轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口速度三角形的變化情況，其中虛線表示最優(yōu)工況。

對于軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪槳葉可隨著工況的改變而轉(zhuǎn)動到相應(yīng)的角度，使轉(zhuǎn)輪進(jìn)口水流接近無撞擊和出口接近最優(yōu)出流，因而轉(zhuǎn)輪可以在相當(dāng)大的水頭和流量變化范圍內(nèi)具有高的效率和穩(wěn)定性。 2100433B

水輪機(jī)在運(yùn)行過程中，由于外界條件（如水電站水頭、機(jī)組負(fù)荷）的變化，其水頭、流量、功率等工作參數(shù)也在不斷地發(fā)生變化，轉(zhuǎn)輪中的水流流態(tài)也是不斷地改變的。相應(yīng)的，這些不同運(yùn)行工況下的水輪機(jī)的水力損失也各不相同，即水輪機(jī)效率各不一樣。

根據(jù)GB18285-2005點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)汽車排氣污染物排放限值及測量方法（雙怠速法及簡易工況法）在機(jī)動車保有量大、污染嚴(yán)重的地區(qū)所要求的，對機(jī)動車尾氣排放檢測的檢測方法之一。

在底盤測功機(jī)上的測試運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)由 ASM5025 和 ASM2540 兩個工況組成。具體如圖《穩(wěn)態(tài)工況法(ASM)試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)》所示。

簡易工況法ASM5025

經(jīng)預(yù)熱后的車輛加速至 25.0km/h，測功機(jī)以車輛速度為 25.0km/h、加速度為 1.475m/s 時的輸出功率

的 50%作為設(shè)定功率對車輛加載，工況計(jì)時器開始計(jì)時（t=0s）。車輛以25.0 km/h 1.5km/h 的速度持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) 5s，如果底盤測功機(jī)模擬的慣量值在計(jì)時開始后持續(xù) 3s 超出所規(guī)定誤差范圍，工況計(jì)時器將重新開始計(jì)時（t=0）。如果再次出現(xiàn)該情況，檢測將被停止。系統(tǒng)將根據(jù)分析儀最長響應(yīng)時間進(jìn)行預(yù)置，（如果分析儀響應(yīng)時間為 10s，則預(yù)置時間為 10s，t=15）然后系統(tǒng)開始取樣，持續(xù)運(yùn)行 10s（t=25s）即為 ASM5025 快速檢查工況。ASM5025 快速檢查工況結(jié)束后繼續(xù)運(yùn)行至 90s（t=90s）即為 ASM5025工況。

簡易工況法ASM2540

ASM5025 工況檢測結(jié)束后車輛立即加速至 40.0km/h，測功機(jī)以車輛速度為 40.0km/h，加速度為1.475m/s 時的輸出功率的25%作為設(shè)定功率對車輛加載。工況計(jì)時器開始計(jì)時（t=0s）。車輛以40.0 km/h 1.5km/h 的速度持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) 5s，如果底盤測功機(jī)模擬的慣量值在計(jì)時開始后持續(xù) 3s超出所規(guī)定誤差范圍，工況計(jì)時器將重新開始計(jì)時（t=0）。如果再次出現(xiàn)該情況，檢測將被停止。系統(tǒng)將根據(jù)分析儀最長響應(yīng)時間進(jìn)行預(yù)制，（如果分析儀響應(yīng)時間為 10s，則預(yù)時間為 10s，t=15）然后系統(tǒng)開始取樣，持續(xù)運(yùn)行10s（t=25s）即為ASM2540快速檢查工況。ASM2540快速檢查工況結(jié)束后繼續(xù)運(yùn)行至90s(t=90s)即為 ASM2540 工況。2100433B

計(jì)算特征水位穩(wěn)定性系數(shù)、庫水位工況下穩(wěn)定性變化、庫水位不同下降速率表，工況下穩(wěn)定性變化。

中文名稱

計(jì)算工況

英文名稱

design condition

定　　義

設(shè)計(jì)計(jì)算時所采用的工況。

應(yīng)用學(xué)科

機(jī)械工程（一級學(xué)科），傳動（二級學(xué)科），液力傳動（三級學(xué)科）