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在水泵水轮机设计和选择时，主要考虑三个方面的力特性，即轴向水推力、径向水推力、导叶水力矩。
1. 轴向水推力
轴向水推力主要由转轮外侧高压面和低压面上存在的水压差所引起，除机组本身重量之外，影响轴向水推力的主要因素有：
（1）转轮外缘和迷宫环上间隙大小、顶盖与转轮之间以及转轮与下环之间的间隙与形状。
（2）机组运行时，机组运行工况不同，转轮两侧水压力分布发生变化，引起轴向水推力也发生变化。
（3）转轮平衡孔的位置与布置等。
为了减小水泵水轮机在稳定工况及过渡过程中的轴向水推力，除了仔细研究计算各部件的间隙与布置位置外，还应在转轮上设置机组平压管。一般情况下，机组只设置外均压管，有些公司在机组结构设计中采用了两套均压管，外均压管将转轮上冠外缘与转轮下环的空腔相连，内均压管将转轮上冠的内圈与尾水管的上部相连，外均压管可以在不增加漏损的情况下显著降低水推力，而内均压管上设置调节阀以调节水推力的小及主轴密封前的压力。
2.径向水推力
由于转轮周围的水压脉动、转轮止漏环间隙中的流量变化和作用在叶片上不均匀作用力等会导致产生径向水推力。水泵运行时，由于涡壳中压力分布比水轮机工况更加不均匀，而产生较大的向水推力，此径向水推力随运行工况而改变，且有一定的随机性。试验表明，在水轮机运行工况中，水轮机空载和甩负荷过程中产生的径向力最大，水泵工况运行时机组压水启动过程和水泵断电工况径向力最大。
3.导叶水力矩
导叶水力矩直接影响水泵水轮机的结构设计和操作控制系统的设计，其变化规律对机组的稳定性有一定影响。
常规机组的导叶设计，除要求满足水流条件外，还要求作用在导叶上的力矩最小和具有自关闭趋势。水泵水轮机是双向的，它要求水轮机和水泵两种工况下，导叶的设计都能满足这些要求，且尽量使用两种工况下的最大力矩相接近。模型验收时，应根据这些要求来检查导叶力矩试验曲线。
常规机导叶矩的自关闭趋势范围较大，水泵水轮机两种工况下的导叶自关闭趋势范围都比较小，随着导叶开度的增加，逐渐由自关闭趋势变为自开启趋势。
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