最優工況指水輪機效率最高的工作狀況（一定的水頭、出力和轉速）。反擊式水輪機在最優工況時，水流進入轉輪的方向與轉輪葉片在進口部分的安置方向比較一致，因而能以很小的撞擊損失繞過葉片。同時，從轉輪出來的水流大體上沿著通過軸線的平面，旋轉很小，其動能可以順利地由尾水管回收。水斗式水輪機在最優工況時，從噴嘴出來的射流速度和射流直徑是最優值，射流能夠以最小的損失將能量傳給轉輪。
基本介紹
- 中文名：最優工況
- 外文名：The optimal conditions
- 釋義：水輪機效率最高的工作狀況
- 學科：水利工程
簡介,水輪機的最優工況,水輪機非最優工況,
簡介
水輪機在運行過程中，由於外界條件（如水電站水頭、機組負荷）的變化，其水頭、流量、功率等工作參數也在不斷地發生變化，轉輪中的水流流態也是不斷地改變的。相應的，這些不同運行工況下的水輪機的水力損失也各不相同，即水輪機效率各不一樣。
水輪機的最優工況
水輪機效率最高的工況稱為水輪機的最優工況，其餘工況均稱為水輪機的非最優工況。
水輪機在最優工況運行時，水力損失最小。理論上，最優工況應發生在進口水流無撞擊、出口水流呈法向的條件下。
1、無撞擊進口
當轉輪進口水流的相對速度的方向與葉片剖面的中線在進口處的切線相一致的時候，水流繞流平順，不產生撞擊、脫流等現象，水力損失最小，稱為無撞擊進口。
但當水流相對速度與葉片剖面中線在進口處的切線方向不一致的時候，就會發生撞擊時，會出現脫流和漩渦區，產生撞擊損失，使水輪機效率下降。
2、最優水流出口
不同水頭下的反擊式水輪機對最優水流出口的要求略有不同。對高水頭水輪機，最理想的轉輪出流是法向出口；而對中、低水頭混流式水輪機及軸流式水輪機，轉輪的略具正環量的水流出口是有利的。
（1）法向出口。當從轉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）略具正環量的水流出口。當轉輪出口水流略具正環量時，出口水流角α2略小於90°，Vu2略大於零，此時Vu2的方向與轉輪轉動的方向一致。此出流與法向出口相比，對混流式水輪機及軸流式水輪機，反而能減少水力損失，改善水輪機的效率及汽蝕性能。
原因如下：
①具微量正向旋轉的水流，在水流自身的離心力作用下，將緊貼尾水管的管壁流動，因而不易發生脫流及滯水區，從而減少尾水管的能量損失；
②由於轉輪進、出口環量的增大，相應使轉輪進、出口水流相對流速w1、w2減少，從而也能降低轉輪中的水力損失。
最優水流出口水輪機非最優工況
對於形狀和尺寸均已確定的水輪機，最優工況只會在某個水頭、流量和轉速的條件下出現。但水輪機在實際運行中，水頭、流量總是變化的，因此不可避免地要偏離最優工況運行。
下圖為水頭固定、導葉開度減小和導葉開度固定、水頭降低時的轉輪進、出口速度三角形的變化情況，其中虛線表示最優工況。
水輪機非最優工況對於軸流轉槳式水輪機，轉輪槳葉可隨著工況的改變而轉動到相應的角度，使轉輪進口水流接近無撞擊和出口接近最優出流，因而轉輪可以在相當大的水頭和流量變化範圍內具有高的效率和穩定性。
