[发明专利]一种基于水泵水轮机的液力透平设计方法

说明书

本发明涉及一种基于水泵水轮机的液力透平设计方法，所述液力透平转轮的直径根据水泵水轮机全特性曲线高效运行区单位转速和单位流量相似得到，所述液力透平的转轮是基于水泵水轮机叶轮按照中间流面分割并进行背靠背式叶片水力变换得到，所述液力透平导叶的开度是依据水泵水轮机全特性曲线中对应工况点的活动导叶开度进行设置，所述的蜗壳水力模型基圆为液力透平外径的1.2～1.6倍，所述液力透平出水管水力模型是根据双吸泵双吸结构进水管设计以及优化得到。本发明的优点在于：不但可以保证设计液力透平具有较高水力效率，而且还可以使该液力透平具有较宽的高效运行区，同时该液力透平继承了水泵水轮机的优点，启动迅速，运行稳定性好。

技术领域

本发明属于流体机械及工程技术领域，特别是涉及一种背靠背式叶片的液力透平设计方法，尤其涉及一种基于水泵水轮机的液力透平设计方法。

背景技术

液力透平能有效的利用余压能转变成动能等机械能，达到节约能源，提高经济效益的目的。目前国内普遍使用的液力透平以的反转泵为主，不仅运行效率偏低，而且高效区相对较窄，启动过程耗费时间长，运行工况不稳定，制约了能量回收工程领域的发展。因此，工程上也需要发展一种新型的液力透平，提高整机效率、运行稳定性、拓宽高效运行区以及提高液力透平的运行稳定性。

例如：文献《能量回收液力透平的研究现状及展望》对目前国内外已有液力透平设计方法进行了总结，其中尚无关于本方法涉及的设计方法。文献《能量回收液力透平开发设计》公开了一种通过反转泵设计方法设计的液力透平水力部件效率约为84％，运行效率偏低，而且高效区相对较窄，启动过程耗费时间长，运行工况不稳定。

CN201110439235文献公开了一种径流式液力透平优化设计方法，与本方法区别在于其为优化已有迳流水力部件，而本方法主要针对原始水力部件设计。

CN201110317836.0文献公开了一种液力透平叶轮，与本方法区别在于其为通过对于反转泵叶轮优化后设计的新叶轮，而方法主要为水力部件的设计方法，而非某种具体叶轮。且实施例运行效率偏低，而且高效区相对较窄，启动过程耗费时间长，运行工况不稳定。

上述文献均未公开一种基于水泵水轮机的液力透平设计方法，而且也没有得到本发明的技术启示。

主要技术内容

为了克服现有液力透平设计方法的运行效率偏低、高效区相对较窄、启动过程耗费时间长、运行工况不稳定等方面的不足，本发明提出了一种基于水泵水轮机的液力透平设计方法。本发明以水泵水轮机的性能为依据，进行背靠背式液力透平的设计。不但可以保证设计的液力透平具有较高的水力效率，而且还可以使该液力透平具有较宽的高效运行区，同时该液力透平继承了水泵水轮机的优点，启动迅速，运行稳定性好。

本发明的技术方案是：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，所述各部件按照蜗壳、导叶、叶轮、出水管依次连接，其各部件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；