水轮发电机组在正常情况下，总是以额定转速运行。这时，水轮机的转动力矩和发电机的电磁力矩是平衡的。如果外界负荷突然丢掉，调速机构失灵、导水机构又不能及时关闭时，由于输出的电磁力矩为零，因而输入的水流转动力矩除了少部分消耗于机械损失外，其余大部分就使机组转速急剧增高，并达到某一最大转速，这时的运行工况称为飞逸工况，这时的最大转速称为飞逸转速。
水轮机飞逸转速的大小与水轮机的飞逸特性有关，而飞逸特性一般用单位飞逸转速n11R表示。按转速相似公式换算出相应的单位飞逸转速
根据各n11R值可绘出该系列水轮机的飞逸特性曲线（图3-8、图3-9）。
图3-8 混流式水轮机的飞逸特性曲线（模型直径D1=460mm）
混流式与定桨式水轮机的飞逸转速只与导叶开度和水头有关。但对转桨式水轮机，除了前两个因素外，还与转轮桨叶的转角有关。因此，转桨式水轮机的飞逸转速存在两种情况：
（1）当导水机构、转轮叶片操作机构同时失灵，且两者的协联机构也遭破坏。桨叶安放角φ0 与导叶开度a0 可能发生任意组合。此时可对每一φ 角在不同导叶开度下进行飞逸转速实验，绘出非协联工况下不同桨叶转角的飞逸特性曲线，如图3-9中的φ 组曲线。这组曲线中的每一根曲线可看作是其φ 角的定桨式水轮机的飞逸特性。
图3-9 转桨式水轮机的飞逸特性曲线（D1M=460mm）
为协联关系破坏；
为协联关系保持
（2）当导水机构和转轮叶片操作机构同时失灵，但两者之间的协联关系仍保持。此时，可利用其模型综合特性曲线，选择若干个单位转速n11值，对每个n11值找出若干个协联工况点，亦即φ 角与a0 的关系。将φ 角和a0 的对应点绘于上述的φ 组线上，然后将相同的n11值的点连成曲线，即得n11=常数的协联工况飞逸特性曲线，见图3-9中n11组曲线。
一般说来，在同一水头下，导叶全开时飞逸转速最高。对转桨式水轮机，当导叶开度a0 及桨角转角φ 的协联关系破坏，并且在导叶全开同时桨叶转角愈小，飞逸转速愈大。这一规律可在图3-9中看出。
已知模型水轮机飞逸特性后，即可按相似公式换算出原型水轮机的飞逸转速nR 为
式中，使用最大水头Hmax是考虑到最大的飞逸转速；单位飞逸转速n11R与导叶开度a0 有关，对转桨式还与桨叶转角φ 有关。
对混流式水轮机，求原型水轮机飞逸转速时，若原模型几何相似，可按公式a0M=
把原型水轮机导叶开度a0T换算为模型导叶开度a0M。
对于转桨式水轮机，可根据计算要求在飞逸特性曲线图上选定n11R值。例如要计算协联工况的飞逸特性，可以在图5-9中n11组曲线上找出飞逸前的n11值的曲线，在该曲线上根据所求的协联工况点的导叶开度a0 值确定n11R值。(www.xing528.com)
对未给出飞逸特性曲线的转轮可按最大水头Hmax和建议的最大单位飞逸转速n11max计算。一些转轮的n11max值列于表3-2中，表中ZZ600和ZZ460分别为协联破坏和协联保持时的数值。
表3-2 转轮的单位飞逸转速值
水轮机飞逸转速与额定转速之比称飞逸系数，即
水轮机的飞逸转速系数大致范围如下：
轴流转桨式水轮机保持协联关系时KR=2.0～2.2；
轴流转桨式水轮机协联关系破坏时KR=2.4～2.6；
混流式或水斗式水轮机KR=1.7～2.0。
以上KR 值其下限适用于低比转速水轮机，上限适用于高比转速水轮机。
水轮机的飞逸特性除与机型、水头和导叶开度等有关外，水轮机的气蚀特性对飞逸转速也有影响。试验研究表明，由于气蚀破坏了正常流态，水力损失增加，因此水轮机的飞逸系数要降低一些，特别对轴流转桨式水轮机影响较显著。
水轮机在飞逸转速下运行对机组是危险的，因为离心力与转速的平方成正比，如圆周速度增加2倍，离心力则增加4倍。可见当机组在飞逸工况时产生的离心力是很大的。如不采取措施，强大的离心力可能损害机组转动部件或轴承系统，或引起机组及厂房强烈振动。为此，制造厂规定，对水轮机转动部件要按飞逸转速来设计，机组飞逸时间不允许超过2min。
由于飞逸转速的大小将直接影响机组的安全和造价，因此一方面要按厂家的规定尽量限制飞逸转速的升高，以降低机组的重量和造价，另一方面还要在技术上采用防飞逸保护措施，以防止飞逸事故。目前常采用如下措施：
（1）设置快速闸门。在水轮机引水钢管上装置不同类型的闸门，例如对中低水头水轮机设置平板闸门或蝴蝶阀，高水头采用球阀。当机组过速达1.4～1.5倍额定转速而导叶又不能关闭时，可在动水的情况下电动或液压操作快速闸门，保证在两分钟内截断水流。这种装置是水电站常用的比较可靠的防飞逸措施，但由于快速闸门会增加水轮机设备成本约20%～30%，而且也增加了设备维护工作量。
（2）增设事故配压阀。通常采用在导水机构接力器压力供油管上装设事故配压阀，当接力器发生故障时，事故配压阀自动操作接力器，关闭导水机构。这种防飞逸装置比较经济，但实用表明动作可靠性较差，并且当压力油压力下降或消失时这种装置将失效。
（3）对转桨式水轮机，可采用强行关闭或开大叶片转角φ，以降低飞逸转速。但在飞逸工况下开大桨叶转角φ，可能会引起机组强烈振动，同时需增大转轮叶片操作机构零件的尺寸。
（4）为了降低飞逸转速，有的轴流式水轮机采用制动叶片，它们装设于转轮体上靠近叶片法兰孔的下部或上部，当转轮的转速超过额定值时，这些制动叶片伸入水流中，起到阻尼作用。
（5）导叶自关闭。导叶自关闭就是适当地加大导叶偏心距，使其能在水流力矩作用下，自行关闭到空载开度，以防止机组产生飞逸。这是一种简单可靠的防飞逸方法，目前国内外都在进行试验研究。它可使机组的转动部件不必按飞逸转速计算结构强度，可大大降低机组的造价。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
