[发明专利]一种变速水轮机转轮选型计算方法

说明书

本发明公开一种变速水轮机转轮选型计算方法，步骤包括：以单位流量为横坐标、单位转速为纵坐标，在坐标轴内绘制水轮机效率线和95％出力限制线；在坐标轴内读取各工况点处水轮机效率，计算各工况点的单位出力，并画出等单位出力线；将各等单位出力线上效率最高点依次连接，得水轮机变速最优特性曲线；将95％出力限制线与水轮机变速最优特性曲线的交点作为变速水轮机额定工况点；根据额定工况点处的位置坐标、效率以及由水能计算已确定的水轮机额定功率和设计水头计算水轮机转轮直径。该方法省略了水轮机转速计算部分，简化了选型计算步骤，提高了选型效率；所得转轮直径最小，可以降低电站投资。

技术领域

本发明属于水电站水轮机选型技术领域，具体涉及一种变速水轮机转轮选型计算方法。

背景技术

水轮机选型计算作为水电站设计的重要组成部分，其参数选择是否合理直接关系到电站的动能经济指标及运行稳定性和可靠性。

变速机组可通过调整转速使水轮机运行于最佳工况，较定转速机组，不仅能够有效地提高水轮机效率，还可显著降低振动和压力脉动，特别适用于水头变化较大的潮汐电站，以解决潮汐电站低水头下水轮机效率急剧下降、机组稳定性差的问题。

目前对变速水轮机还没有明确的选型计算方法，一般参考定速水轮机的选型计算方法，所计算选择的水轮机转轮直径偏大，在变速运行时出现效率低、综合经济指标差的情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种变速水轮机转轮选型计算方法，省去水轮机转速计算，提高了转轮选型计算效率。

本发明采用的技术方案是，一种变速水轮机转轮选型计算方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、以单位流量为横坐标、单位转速为纵坐标，根据所选的转轮型号在坐标轴内绘制水轮机效率线和水轮机95％出力限制线；

步骤2、在坐标轴内读取各工况点处水轮机效率，计算各工况点的单位出力，并画出等单位出力线；

步骤3、找出每个等单位出力线上效率最高点，并将各等单位出力线上效率最高点依次连接，得水轮机变速最优特性曲线；

步骤4、将水轮机95％出力限制线与水轮机变速最优特性曲线的交点作为变速水轮机额定工况点；

步骤5、根据额定工况点处的位置坐标、效率以及由水能计算已确定的水轮机额定功率、设计水头计算水轮机转轮直径。

步骤2中计算各工况点的单位出力的公式为：

P₁₁＝9.81ηQ₁₁ (1)；

式(1)中，P₁₁为单位出力，Q₁₁为单位流量，η为工况点(Q₁₁，n₁₁)处水轮机效率。

步骤3中每个等单位出力线上效率最高点即为每个等单位出力线上单位流量最小的点。

步骤5具体过程为：根据步骤4确定的额定工况点位置坐标、效率以及由电站水能计算已确定的水轮机额定功率、设计水头计算水轮机转轮直径。

步骤5计算水轮机转轮直径公式为：

式(2)中P_T表示水轮机额定功率，H_r表示设计水头，D₁表示水轮机转轮直径，Q_11,r表示额定工况单位流量，η_r表示原型水轮机额定工况效率。

本发明的有益效果是：