[发明专利]一种确定混流式水轮机尾水管压力脉动幅值的方法

说明书

一种确定混流式水轮机原型机尾水管压力脉动幅值的方法，用来预测混流式水电站每个运行工况下的运行稳定性。在模型水轮机的研发阶段，就能准确预估原型机的稳定性；该方法基于相对流量和基于转轮叶片出口速度头的压力脉动相对幅值；根据统计规律，得到反映该电站尾水管压力脉动本质的曲线；根据原型机运行参数对尾水管压力脉动进行预测，进而判断机组的运行区域的稳定性。该方法首次在世界范围了建立了一种混流式水轮尾水管压力脉动的预测方法。不论是对于原型机的运行还是新建电站的研发阶段，都有重要意义。

技术领域：

本发明涉及水力机械领域，一种确定混流式水轮机原型机尾水管压力脉动幅值的方法。

背景技术：

首先，在国家能源体系中占有重要的地位的三峡、溪洛渡、向家坝等大型、巨型混流式水电机组论证、研发、运行及白鹤滩、乌东德等1000MW级巨型混流式水电机组的论证、研发过程中，混流式水电机组的稳定性问题，特别是混流式水轮机的压力脉动问题始终是机组选型的重要指标，某些情况下，由混流式水轮机压力脉动引起的机组不稳定可能成为影响机组稳定安全运行乃至电网安全的大问题；再者，针对某些大型、巨型电站水轮机的压力脉动过大问题，往往无法也不能够直接在原型水轮机上进行相应的修改完善工作。针对上述情况，业内通行的做法是首先通过在与原型机模拟的模型水轮机上进行试验的结果来预测和检验原型机的压力脉动情况。但是，由于混流式水轮机压力脉动影响因素很多，目前还没有一种有效的方法能够准确地将模型水轮机的压力脉动试验结果换算到原型机。本发明就是要形成一种能够准确地将模型水轮机的压力脉动试验结果换算到原型机的方法，从而能够在大型、巨型混流式水轮机研发阶段就能够根据模型试验的结果对拟建设的原型机的压力脉动情况做出一个准确的预测同时还可以检验相应的完善方案对已运行的大型、巨型混流式水轮机压力脉动的改善情况。对于已运行的电站的安全稳定运行也有重要意义。

我国水能资源可开发的装机容量5.70亿千瓦，2012年底已开发装机容量2.489亿千瓦。这其中有相当大的一部分是混流式机组。本发明将直接有效地实现准确预测拟建混流式水轮机压力脉动情况从而合理选择原型机组的安全运行区域，消除安全隐患。同时，还可以针对已运行混流式水轮机压力脉动情况，在模型水轮机上快速检验完善方案，实现降低已运行混流式水轮机压力脉动的目的，扩大原型机组的安全运行区域，提高机组的利用率。

发明内容：本发明的目的是能够在水电站的模型研发阶段，就能准确的预估原型机的稳定性，降低原型机的运行风险。

本发明采用基于零环量的相对流量和基于转轮叶片出口速度头的压力脉动相对幅值对该水轮机尾水管压力脉动特征进行归一化，采用统计规律得到该水轮机的本质属性曲线，根据原型机的实际运行参数预估尾水管压力脉动特性。

具体的技术方案如下：

基于零环量流量的相对流量和基于叶片出口速度头的压力脉动相对幅值，该方法包括如下步骤：

1)通过模型水轮机效率试验确定该水轮机零环量流量线：水轮机的零环量流量定义为转轮出口速度三角形流体绝对速度为法向时的流量，各单位转速下零环量流量连成的线为零环量流量线，通过模型试验给出，定义为每个单位转速下最高效率点连成的直线，在高空化系数下，水轮机的水力效率为工况点Q₁₁和n₁₁的函数，即η＝f(Q₁₁,n₁₁)，其中Q₁₁和n₁₁的定义为：

式中，Q、H、D、n分别为模型试验流量、模型试验水头、模型转轮公称直径和转轮转速；零环量流量线为每个单位转速下效率最高点对应点连成的直线；

2)通过模型水轮机压力脉动试验确定水轮机尾水管压力脉动幅值：