在水轮机相似理论中曾经指出，同系列水轮机在相似工况下其单位流量及单位转速分别相等，一定的、值就决定了一个相似工况。因此，可以用、为参变量表示同系列水轮机在不同工况下的效率、开度及空化系数等的变化情况。在以、为纵、横坐标轴的直角坐标系中同时绘出等效率曲线、等开度曲线以及等空化系数线，对于转桨式水轮机还绘出等叶片转角线，这些等值线表示出了同系列水轮机的主要性能，故称之为水轮机的主要综合特性曲线。这种主要综合特性曲线一般由模型试验的方法获得，因此，又称之为模型综合特性曲线。目前，世界各国对于水轮机模型综合特性曲线的表示方法不尽相同，但上述表示方法采用单位转速和单位流量作参变量，使各水轮机的特性曲线均用统一的尺度绘制，这样，就消除了因水轮机的几何尺寸及工作条件的差异而造成的影响，以便于考察、比较水轮机的性能。列入我国水轮机型谱的水轮机转轮以及我国新研制的水轮机转轮，除少数从国外引进的转轮之外，都采用上述方法绘制出模型综合特性曲线。

不同类型的水轮机，其模型综合特性曲线具有不同的特点，掌握它们的特点，对于正确的选择水轮机及分析水轮机的性能都是很重要的。下面说明各类型水轮机模型综合特性曲线的特点。

1．1．混流式水轮机模型综合特性曲线

图6-6混流式水轮机模型综合特性曲线

图6-6为某混流式水轮机模型综合特性曲线，它由等效率线、等开度线、等空化系数线与出力限制线所构成。

同一条等效率线上各点的效率均等于某常数，这说明等效率线上的各点尽管工况不同，但水轮机中的诸损失之和相等，因此水轮机具有相同的效率。

等开度线则表示模型水轮机导水叶开度为某常数时水轮机的单位流量随单位转速的改变而发生变化的特性。

等空化系数线表示水轮机各工况下空化系数的等值线，等空化系数线上各点尽管工况不同，其空化系数却相同。由于模型水轮机的空化系数大多是通过能量法空化试验而获得的，因此，尽管等空化系数线上的工况点具有相同的空化系数，但它们的空化状态可能是不相同的。

混流式水轮机模型综合特性曲线上通常标有5%出力限制线，它是在某单位转速下水轮机的出力达到该单位转速下最大出力的95%时各工况点的连线。绘制出力限制线的目的是考虑到水轮机在最大出力下运行时，不可能按正常规律实现功率调节，而且，在超过95%最大功率运行时，即使流量增加较多，因水头损失增加和效率下降而出力改变较少，从而使调速器对水轮机的调节性能变差，甚至不能稳定运行。为了避开这些情况，并使水轮机具有一定的出力储备，因此，将水轮机限制在最大出力的95%（有时取97%）范围内运行。

轴流定桨式水轮机及其他固定叶片的反击式水轮机，其模型综合特性曲线与混流式水轮机具有相同的形式。

2．转桨式水轮机模型综合特性曲线

图6-7为某轴流转桨式水轮机模型综合特性曲线。轴流转桨或斜流转桨式水轮机的叶片可以改变角度，当水轮机的工作水头或负荷发生变化时，通过协联机构使叶片角度作相应的改变，从而保证水轮机具有良好的工作效率，这种运行方式称为协联方式。转桨式水轮机模型综合特性曲线上标有等效率线、等开度线、等叶片转角线。

转桨式水轮机的等效率线是水轮机在协联方式下工作时的效率等值线。它是水轮机在不同叶片角下各同类水轮机等效率线的包络线。

等开度线则表示在协联方式下，导水叶开度为某常数而叶片角度不同时，水轮机单位流量与单位转速之间的关系，它代表了水轮机在协联方式工作下的过流特性。

等叶片转角线则是同一叶片转角下各所对应的最高效率点连线。

由等线与等线可以找出导水叶开度与叶片转角的最佳协联关系。

转桨式水轮机的等空化系数线是各角下的同类水轮机的等线与等线的一系列交点中相同值的连线。

转桨式水轮机具有宽广的高效区，在相当大的单位流量下不出现流量增加而出力减少的情况，因此一般不绘出5%出力限制线。而水轮机的最大允许出力常受到空化条件的限制。

图6-8 切击式水轮机模型综合特性曲线

3．冲击式水轮机模型综合特性曲线

冲击式水轮机包括切击式也称水斗式、斜击式、双击式等几种类型，它们的模型综合特性曲线有共同的特点。图6-8为某水斗式水轮机的模型综合特性曲线，它由等效率线（=常数）与等开度线（喷针行程S=常数）组成。

冲击式水轮机的过流量与水轮机的转速无关，仅与喷嘴的开度有关，因此，它的等开度线是与坐标轴近似垂直的直线。

冲击式水轮机一般对负荷变化的适应性较好，等效率曲线扁而宽，在相当大的开度下仍不会出现单位流量增加而出力减小的情况，因此，一般不标出力限制线。另外，冲击式水轮机的转轮在大气压力下工作，虽然也有空蚀破坏现象，但其空化机理与反击式水轮机不同，很难用空化系数的形式表达冲击式水轮机的空化性能，因此，冲击式水轮机模型综合特性曲线上不标注等空化系数线。

4．水泵水轮机模型综合特性曲线

水泵水轮机在发电工况下作为水轮机运行，在扬水工况下作为水泵运行，因此，其特性曲线也由水轮机工况特性曲线与水泵工况特性曲线两部分构成。一般情况下，两部分特性曲线分开绘制，有时也把两部分曲线绘于同一坐标图上，分别用实线与虚线表示。

水泵水轮机的水轮机工况的模型综合特性曲线与常规水轮机相同，但水泵工况的特性曲线根据习惯常采用不同的方式表示。

图6-9 斜流转浆式水泵水轮机模型综合特性曲线

（a）水轮机工况；（b）水泵工况

水泵水轮机的水轮机工况的表示方法之一是以、为参变量分别绘制水轮机工况与水泵工况的模型综合特性曲线，如图6-9所示，其中图（a）是某斜流式水泵水轮机的水轮机工况的模型综合特性曲线，图中标有等效率线、等叶片转角线与协联工况的等开度线。图（b）是水泵工况的模型综合特性曲线，图中标有水泵工况的等效率线、等叶片转角线、等空化系数线与协联工况的等开度线。

比较图6-9的（a）与（b）图可以看出，同一水泵水轮机转轮在水轮机工况运行与水泵工况运行时，其性能参数有很大差别，水泵工况的最优单位转速与最优单位流量均比水轮机工况大一些。

表示水泵水轮机特性的另一种方法是以扬程H、流量Q为参变量绘制水泵工况的模型综合特性曲线，而水轮机工况特性曲线的表示方法仍同常规水轮机。图6-10为某斜流式水泵水轮机模型综合特性曲线。

图6-10（a）为水轮机工况的特性曲线，仍以、为参变量，表示方法同常规水轮机。而图6-10（b）为水泵工况的模型综合特性曲线，它以模型转轮（）的试验扬程与流量为纵、横坐标，绘有水泵工况的等效率线、等叶片转角线与等

空化系数线，图中还标有各叶片转角下的容许空化系数与临界空化系数。采用这种表示方式，可以方便地把模型水泵的扬程、流量等参数换算为原型水泵的扬程、流量等。

图6-10 斜流式水泵水轮机模型综合特性曲线

（a）水轮机工况，D1M=450mm；（b）水泵工况,D1M=450mm， nM=1200r/min

                    ——容许空化系数 ——临界空化系数

水泵水轮机的特性曲线除了上述的表示方法之外，按照水泵特性的表示习惯，常用线性曲线的方式表示水泵的特性，即分别绘出模型水泵的扬程—流量曲线、效率—流量曲线、轴功率—流量曲线、吸上真空度—流量曲线等，供相似换算时使用。

需要指出的是，水轮机模型综合特性曲线除上述表达方式外，还有其它的一些表示方式，如欧美一些国家对水轮机模型综合特性曲线采用线性特性曲线或数据表的表达方式，单位转速的定义也有所不同，尽管表达方式不同，它们都反映了水轮机的运行性能，有关这方面的内容，读者可参考其它的有关资料。