[发明专利]一种基于水泵水轮机的液力透平设计方法

权利要求书

1.一种基于水泵水轮机的液力透平设计方法，设计的液力透平由背靠背式叶轮、导叶、蜗壳以及双吸式出水管组成，各部件按照蜗壳、导叶、叶轮、出水管依次连接，其特征在于，设计方法包括以下步骤：

(1)选用模型水泵水轮机的模型，利用通用水泵水轮机模型试验台完成水轮机工况活动导叶不同开度下的性能测试，水泵水轮机的水头H由水泵水轮机进、出口压力差测量获得，输出功率P可由测功电机完成测量，流量Q可由水泵水轮机进口管路上安装的电磁流量计测出，由此可以计算出水泵水轮机在不同工况点的水力效率η＝P/(ρgQH)，其中ρ：水的密度，g：重力加速度；

(2)完成不同开度下的特性曲线绘制，绘制不同开度下的单位转速单位流量曲线并在n₁₁-Q₁₁曲线中做出水力效率等值线，其中D₂为模型水泵水轮机转轮直径；

(3)选取液力透平工作时转速为n_y；

(4)根据n₁₁-Q₁₁曲线中的最优效率点的单位转速n₁₁，已知液力透平的设计水头，根据相似定律，通过公式计算得到液力透平转轮对应的公称直径D_2y，其中H_d为液力透平设计水头；

(5)利用求解得到的D_2y根据液力透平的设计流量Q_d通过单位流量计算公式计算得到液力透平的单位流量Q_11y；

(6)判断液力透平的工况点(n₁₁，Q_11y)是否在水泵水轮机特性曲线的高效区，如果计算得到的工况点偏离水泵水轮机特性曲线的高效区，则返回第(3)步，直至液力透平工况点计算出的单位转速和单位流量处于水泵水轮机特性曲线的高效区；

(7)对模型水泵水轮机的几何参数进行缩放，使其模型水泵水轮机转轮直径D₂＝D_2y；

(8)在缩放后的水泵水轮机转轮轴面图上做出中间流线；

(9)利用中间流线回转形成的回转面分割删除转轮中靠近轮毂的部分水力区域；

(10)对水泵水轮机转轮剩余部分以导叶中间平面为对称面进行镜像处理，并优化转轮内部结构，使其变成背靠背式叶轮；

(11)对于液力透平的导叶部件，去除已有模型水泵水轮机的固定导叶部件，仅保留水泵水轮机的活动导叶部件，对应工况点的取值以单位转速和单位流量为参数，其开度与液力透平额定工况点在水泵水轮机特性曲线上对应的开度一致，同时保持已有模型水泵水轮机的涡壳断面形状不变，减小液力透平的蜗壳水力模型基圆直径至叶轮入口直径的1.2～1.6倍；

(12)按照双吸泵出口管设计方法设计液力透平的出口管路并进行水力优化。

2.如权利要求1所述的基于水泵水轮机的液力透平设计方法，其特征在于：所述的液力透平转轮对应的公称直径是根据相似设计按照单位转速和单位流量位于水泵水轮机特性曲线的高效运行区计算得到。

3.如权利要求1所述的基于水泵水轮机的液力透平设计方法，其特征在于：所述的液力透平的背靠背式叶轮是基于水泵水轮机转轮按照中间流面分割并进行背靠背式叶片水力变换获得的。

4.如权利要求1所述的基于水泵水轮机的液力透平设计方法，其特征在于：所述液力透平的蜗壳水力模型基圆直径为液力透平叶轮入口直径的1.2～1.6倍。